O vanaadium, sümbol V, on siirdemetall aatomnumber 23, mis asub perioodilise tabeli 5. rühmas. See esitab mitu võimalikku oksüdatsiooniolekut, luues erinevate ja silmatorkavate värvidega lahendusi. Metallvanaadiumil on hea korrosioonikindlus ja hallikas värv.
Elementi kasutatakse enamasti ferrovanaadiumisulami tootmisel, mis annab terasele soodsad omadused, näiteks suurema mehaanilise ja korrosioonikindluse. See on ka oluline katalüsaator tööstusele keemiline, toimides mitmetes tööstusprotsessides. Vanadiini peamine allikas on vanadiniit, samas on raske leida mineraali, milles vanaadium oleks põhimetalliks.
Vaata ka: Tantaal – teine metall perioodilise tabeli 5. rühmas
Kokkuvõte vanaadiumi kohta
Vanaadium on a metallist üleminekurühm 5 Perioodilisustabel.
Selle peamised mineraalsed allikad on vanadiniit ja karnotiit, kuid seda võib leida mitmest looduslikust allikast, nagu fosfaatkivimid ja Nafta toores.
Kuvab paljusid olekuid oksüdatsioon võimalik.
Seda kasutatakse peamiselt ferrovanaadiumisulami valmistamisel.
Selle avastus pärineb 19. sajandi algusest ja selle nimi viitab Skandinaavia ilujumalannale Vanadisele.
Vanadiini omadused
Sümbol: v.
Aatomnumber: 23.
Aatommass: 50 942 c.u.s.
Elektronegatiivsus: 1,63.
Liitmispunkt: 1910 °C.
Keemispunkt: 3407 °C.
Tihedus: 6,0 g.cm-3 (temperatuuril 18,7 °C).
Elektrooniline konfiguratsioon: [Õhk] 4s2 3d3.
Keemiline seeria: rühm 5; siirdemetallid.
Ära nüüd lõpeta... Pärast kuulutust on rohkem ;)
Vanadiini omadused
Vanaadium on a pehme metall, hea korrosioonikindlusega, halli värvi. Visuaalselt sarnaneb see terasest. Selle metalliline vorm on lahustumatu happed mitteoksüdeeriv, välja arvatud vesinikfluoriidhape (HF) ja in alused. Seda võib aga keemiliselt rünnata lämmastikhape (HNO3) ja aqua regia (segu vesinikkloriidhape ja lämmastikhape suures kontsentratsioonis).
Nagu paljudel siirdemetallidel, on ka vanaadiumil paljuoksüdatsiooninumbrid võimalik, tavaliselt vahemikus +2 kuni +5. Siiski on teada, et on ühendeid, milles see võtab -1 või isegi -3 laengu. See võimalike laengute suur valik on tajutav nende reaktsioonide kaudu.
Kuumutamisel võib vanaadium reageerida kummagiga hapnikku kui palju koos halogeenid, nagu näitavad järgmised reaktsioonid:
4V + 5O2 → 2 V2O5
2V + 5F2 → 2 VF5
V + 2 Cl2 → VCl4
2V + 3X2 → 2 VX3, kus X = Br või I
Vanadiinisoolad, mille oksüdatsiooniarv on +3, on üsna redutseerivad, kuna oksüdatsiooniaste +4 on elemendi jaoks kõige stabiilsem.
Looduslik vanaadium on segu kahest isotoobist, 50 (rohkesusega 0,25%) ja 51 (arvuga 99,75%). O 50V on kergelt radioaktiivne, ajaga pool elu pikk, vahemikus 3,9 x 1017 aastat vana.
Loe ka: Nikkel – veel üks hea korrosioonikindlusega metall
Kust leida vanaadiumi?
vanaadium on 22. kohal kõige levinumalt element Maakoor, mille hinnanguline kontsentratsioon on 97 mg/kg mulla kohta, mida peetakse suhteliselt rikkalikuks metalliks. Vanaadiumi mineraale on umbes 65, kuid metalli leidub peamiselt:
vanadiniidis, Pb5(VANAEMA4)3Cl;
karnotiidis, K2(OU2)2(VANAEMA4)·3H2O;
roskoeliidis vanaadiumi sisaldav vilgukivi;
patroniidis polüsulfiid valemiga VS4.
Tähelepanuväärne on ka vanaadium kivid fosfaadid, titaanmagnetiit, boksiit ja orgaanilised materjalid, nagu:
kivisüsi;
toornafta;
põlevkivi;
bituumenliivad.
Vanaadium, muide, on naftas kõige levinum metall, mille sisaldus on umbes 1600 mg/kg. Bituumenis võib vanaadiumisisaldus ulatuda 4760 mg/kg-ni.
Kell Maailma vanaadiumivarud ületavad 63 miljonit tonniSiiski peetakse seda metalliks, mis levib kogu planeedil. Enamikul vanaadiumi sisaldavatest mineraalidest on see sekundaarne element ja peaaegu puuduvad mineraalid, milles vanaadium oleks põhimetall.
Vanaadiumi saamine
Suur osa metallilisest vanaadiumist on saadud läbi teie vähendamisest kasutades vanaadiumoksiid V või vanaadiumkloriid IV. Kasutatavad reduktorid on tavaliselt metallid. magneesium, kaltsium ja alumiiniumist. Samuti on võimalik kasutada mittemetallist käigukaste, nt süsinik ja räni.
Nimetatud elementide hulgas on selles kontekstis kõige levinum alumiinium. Pärast redutseerimist vanaadium vajab täpsustamist, et eemaldada mustuse jäljed. Selleks kasutatakse tavaliselt ühte järgmistest valikutest:
elektrolüüs;
puhastamine elektroonilise vahetuse teel;
vanaadium II jodiidi termiline lagunemine.
Näiteks alumiiniumi redutseerimisel kasutatakse kõrge puhtusastmega alumiiniumi Goldschmidti protsessina tuntud meetodil, mis töötati välja 1893. aastal. Carlson kasutas seda ja kasutas metallilise vanaadiumi saamiseks.
3 V2O5 + 10 Al ⇌ 6 V + 5 Al2O3
See katse toimub aastal õhkkond sisse argoon, ning esialgu moodustub vanaadiumi ja alumiiniumi sulam, milles on umbes 11 massiprotsenti vanaadiumi. Seejärel väljub alumiinium temperatuurivahemikus 1700–1800 °C ja vaakumis.
1927. aastal tootsid John Marden ja Malcolm Rich vanaadiumi, mille keskmine puhtus oli 99%, redutseerides seda kaltsiumi ja kloriid kaltsiumist. Sel juhul pandi reaktiivid anumasse ja süsteem kuumutati seejärel temperatuurini 900–950 °C. Pärast süsteemi jahtumist saadi vanaadium.
V2O5 + 5 Ca + 5 CaCl2 ⇌ 2 V + 5 CaO·CaCl2
Vanadiini rakendused
Vähemalt 80% saadud vanaadiumist on kasutatakse ferrovanaadiumisulami tootmiseks, mida kasutatakse terase ja muude sulamite valmistamisel. 0,1–5% vanaadiumi lisamine terasele põhjustab selle vastasmõju süsinikuga ja moodustab karbiide.
Selle tulemusena muutub teras tugevamaks, kõvemaks ning sellel on suurem vastupidavus põrutus- ja korrosioonile. Tööriistades on tavaline kasutada terast vanaadiumiga, aga ka kroomiga. Vanaadiumterast kasutatakse siis:
lõike- ja ehitusmaterjalid;
transpordi- ja energiasektoris.
Väljaspool metallurgiat, vanaadium, koostises V2O5, on see tavaliselt kasutatakse katalüsaatorina reaktsioonid orgaaniline ja anorgaaniline. Neil on suur majanduslik tähtsus, näiteks
tootmises väävelhape, üks enimkasutatavaid happeid kogu keemiatööstuses;
naftaleeni muundamisel ftaalhappeks;
polüamiidide, näiteks nailoni tootmisel;
oksüdatsioonis etüülalkohol atseetaldehüüdiks, suhkur oksaalhappeks ja antratseen antrakinooniks.
Lisaks on olemas vanaadiumpatareide arendamine, mida on kasutatud elektrienergia salvestamiseks. Vanaadiumi eeliseks on see, et see võib vesikeskkonnas eksisteerida neljas erinevas oksüdatsiooniastmes, tekitades ühe elektroaktiivse elemendiga aku. Need akud tõotavad olla ka vastupidavamad, stabiilsemad, vähem süttivad ja tekitavad kergesti ringlussevõetavaid ühendeid.
Bioloogiliselt vanaadium näib olevat inimesele hädavajalik, aga selle funktsioon pole veel konkreetselt teada.. Vanadaadi anioon (VO4)3-, ja selle derivaadid on fosfaatanaloogid, mis tähendab, et vanaadiumiühendid on potentsiaalsed fosfataaside, ribonukleaaside ja ATPaaside inhibiitorid.
Tea rohkem: Reenium – teine keemiline element, mida kasutatakse katalüsaatorite valmistamisel
Ettevaatusabinõud vanaadiumiga
V-kujulise vanaadiumiga kokku puutunud töötajad2O5 tööstused teatasid mitmest sümptomist, näiteks:
hingamisteede ärritus;
roheka värvusega keel;
metalli maitse suus;
kurgu ärritus;
köha.
vanaadiumi ajalugu
Vanaadiumi avastus pärineb 1801. aastast., Mehhikos, Hispaania keemik ja mineraloog Don Andrés Manuel del Río. Ta avastas metalli vanadiniidi mineraalist, mida kaevandati Zimapáni linnast, Mehhiko.
Vanaadiumiühendite värvide tõttu andis del Río sellele nime pankroom uuele elemendile, kuid nimetas seda siis a erütronium, vihjates selle soolade punasele värvusele. Hispaanlane uskus aga, et uus element pole midagi muud kui kroomi ebapuhas vorm.
Saksa keemik Friedrich Wöhler tuli Andrés del Río uuritud vanadiniiti hindama ja leidis, et tegelikult oli hispaanlane avastanud uue elemendi. Samas oletatakse, et sel ajal kannatas sakslane vesinikfluoriidhappega kokkupuutest tingitud mürgistuse all ega lubanud uuringute avaldamist.
Selle tulemusena vanaadium 1830. aastal taasavastas Rootsi keemik Nils Gabriel Sefström. Teadlane otsustas uuele elemendile nime anda vanadis, austades Skandinaavia ilu- ja noorusejumalannat, kuna vanaadiumiühendid andsid lahuses alati ilusaid värve.
Ainult 1867. aastal eraldati vanaadium esimest korda., inglise keemiku Henry Enfield Roscoe töö kaudu VCl-st2.
Lahendas harjutusi vanaadiumil
küsimus 1
(PUC Campinas-SP) Vanaadium (Z = 23), üleminekuelement, on terase oluline komponent. toota sellist tüüpi sulamit, mis parandab märkimisväärselt selle tugevust, mehaanilist tugevust ja korrosiooni raud. Mitu elektroni on vanaadiumi elektronkonfiguratsiooni 3d alamtasandil?
KUNI 1
B) 2
C) 3
D) 4
E) 5
Resolutsioon:
Alternatiiv C
tehes elektrooniline levitamine kohta keemiline element vanaadium, Z = 23, meil on:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3
Niisiis, arv elektronid 3D alamtasemel on võrdne 3-ga.
küsimus 2
Vanaadium on metall, millel on suur tähtsus keemiatööstuses, kuna selle ühendit vanaadiumoksiidi V kasutatakse laialdaselt katalüsaatorina. Alternatiivide hulgas märkige see, mis sisaldab vanaadiumoksiidi V molekulvalemit.
VANAEMA5
B) V2O4
C) VO3
D) V2O5
E) VO2
Resolutsioon:
Alternatiiv D
Nimi "oksiid Vanaadium V” näitab, et elemendi oksüdatsiooniarv selles ühendis on +5. Kuna oksiidides on hapniku oksüdatsiooniarv -2, on vanaadiumoksiidi V õige valem V2O5, kuna see on ainus viis, kuidas kogu vanaadiumi positiivne laeng neutraliseeritakse kogu hapniku negatiivse laenguga.
Autor Stefano Araújo Novais
Keemia õpetaja
