Vanadiini (V): hankinta, sovellukset, historia

O vanadiini, symboli V, on siirtymämetalli atominumero 23, joka sijaitsee jaksollisen järjestelmän ryhmässä 5. Se esittelee useita mahdollisia hapetustiloja, luoden ratkaisuja erilaisilla ja silmiinpistävällä värillä. Metallivanadiinilla on hyvä korroosionkestävyys ja harmahtava väri.

Elementtiä käytetään enimmäkseen ferrovanadium-lejeeringin valmistuksessa, mikä antaa teräkselle edullisia ominaisuuksia, kuten paremman mekaanisen ja korroosionkestävyyden. Se on myös tärkeä katalysaattori ala kemikaali, joka toimii useissa teollisissa prosesseissa. Vanadiinin päälähde on vanadiniitti, mutta on vaikea löytää mineraalia, jossa vanadiini olisi päämetalli.

Katso myös: Tantaali – toinen metalli jaksollisen järjestelmän ryhmässä 5

Yhteenveto vanadiinista

• Vanadiini on a metalli- siirtymäryhmä 5 Jaksollinen järjestelmä.

• Sen tärkeimmät mineraalilähteet ovat vanadiniitti ja karnotiitti, mutta sitä löytyy useista luonnollisista lähteistä, kuten fosfaattikivistä ja Maaöljy raakaa.

• Näyttää monia tiloja hapettumista mahdollista.

• Sitä käytetään pääasiassa ferrovanadium-lejeeringin valmistukseen.

• Sen löytö on peräisin 1800-luvun alusta ja sen nimi viittaa skandinaaviseen kauneuden jumalattareen Vanadisiin.

Vanadiinin ominaisuudet

• Symboli: v.

• Atominumero: 23.

• Atomimassa: 50 942 c.u.s.

• Elektronegatiivisuus: 1,63.

• Fuusiopiste: 1910 °C.

• Kiehumispiste: 3407 °C.

• Tiheys: 6,0 g.cm^-3 (18,7 °C: ssa).

• Sähköinen konfigurointi: [Ilma] 4s² 3d³.

• Kemiallinen sarja: ryhmä 5; siirtymämetallit.

Älä lopeta nyt... Mainoksen jälkeen on muutakin ;)

Vanadiinin ominaisuudet

Vanadiini on a pehmeä metalli, hyvä korroosionkestävyys, väriltään harmaa. Visuaalisesti se muistuttaa teräs. Sen metallimuoto on liukenematon hapot ei-hapettava, paitsi fluorivetyhappo (HF) ja in pohjat. Typpihappo (HNO.) voi kuitenkin hyökätä siihen kemiallisesti₃) ja aqua regia (sekoitus suolahappo ja typpihappoa korkeana pitoisuutena).

Vanadiinimetallinäyte, jonka puhtaus on noin 99,9 %.

Kuten monet siirtymämetallit, vanadiinilla on monethapetusluvut mahdollista, yleensä välillä +2 ja +5. Tiedetään kuitenkin, että on yhdisteitä, joissa se ottaa -1 tai jopa -3 varauksen. Tämä laaja valikoima mahdollisia varauksia on havaittavissa heidän reaktioidensa kautta.

Kuumennettaessa vanadiini voi reagoida kumman tahansa kanssa happi kuinka paljon kanssa halogeenit, kuten seuraavat reaktiot osoittavat:

• 4V + 5O₂ → 2 V₂O₅

• 2V + 5F₂ → 2 VF₅

• V + 2 Cl₂ → VCl₄

• 2V + 3X₂ → 2 VX₃, jossa X = Br tai I

Vanadiumsuolat, joissa sen hapetusluku on +3, ovat melko pelkistäviä, koska +4-hapetusaste on alkuaineelle stabiilin.

Luonnollinen vanadiini on kahden isotoopin, 50:n (0,25 %) ja 51:n (99,75 %) isotoopin, seos. O ⁵⁰V on lievästi radioaktiivinen, aika puolikas elämä pitkä, välillä 3,9 x 10¹⁷ vuotta vanha.

Lue myös: Nikkeli - toinen metalli, jolla on hyvä korroosionkestävyys

Mistä vanadiinia löytyy?

vanadiini on 22. sijalla yleisin alkuaine Maankuori, jonka arvioitu pitoisuus on 97 mg/kg maaperää, jota pidetään suhteellisen runsaana metallina. Vanadiinimineraaleja on noin 65, mutta metallia löytyy enimmäkseen:

• vanadiniitissa, Pb₅(ISOÄITI₄)₃Cl;

• carnotiteissa, K₂(OU₂)₂(ISOÄITI₄)·3H₂O;

• roskoeliitissä kiille, joka sisältää vanadiinia;

• patroniitissa polysulfidi, jolla on kaava VS₄.

Näyte vanadiniitista, yhdestä vanadiinin mineraalilähteistä.

Huomionarvoista on myös vanadiini kiviä fosfaatit, titaanipitoinen magnetiitti, bauksiitti ja orgaaniset materiaalit, kuten:

• kivihiili;

• raakaöljy;

• öljyliuske;

• bitumisista hiekkaa.

Vanadiini muuten, on öljyn yleisin metalli, jonka pitoisuus on noin 1600 mg/kg. Bitumissa vanadiinipitoisuus voi olla 4 760 mg/kg.

klo Maailman vanadiinivarat ylittävät 63 miljoonaa tonniaTätä pidetään kuitenkin metallina, joka leviää ympäri planeettaa. Suurin osa vanadiinia sisältävistä mineraaleista sisältää sen toissijaisena alkuaineena, eikä mineraaleja, joissa vanadiini olisi päämetalli, ole juurikaan.

Vanadiinin hankkiminen

Suuri osa metallista vanadiinia on saatu kautta vähennyksestäsi käyttämällä vanadiinioksidi V tai vanadiinikloridi IV. Reduktorit ovat yleensä metalleja. magnesium, kalsiumia ja alumiini. On myös mahdollista käyttää ei-metallisia vaihteistoja, kuten hiili ja piitä.

Mainituista elementeistä alumiini on yleisin tässä yhteydessä. Pelkistyksen jälkeen vanadiini on jalostettava, poistaakseen epäpuhtaudet. Tätä varten käytetään yleensä jotakin seuraavista vaihtoehdoista:

• elektrolyysi;

• puhdistus elektronisella vaihdolla;

• vanadiini II -jodidin lämpöhajoaminen.

Esimerkiksi alumiinin pelkistämisessä käytetään erittäin puhdasta alumiinia Goldschmidt-prosessina tunnetussa menetelmässä, joka kehitettiin vuonna 1893. Carlson valjasti sen ja käytti sitä metallisen vanadiinin saamiseksi.

3 V₂O₅ + 10 Al ⇌ 6 V + 5 Al₂O₃

Tämä kokeilu tapahtuu v tunnelmaa sisään argonja aluksi muodostetaan vanadiinin ja alumiinin seos, jossa on noin 11 massaprosenttia vanadiinia. Sitten 1700–1800 °C: n lämpötilassa ja tyhjiössä alumiini tulee ulos.

Vuonna 1927 John Marden ja Malcolm Rich tuottivat vanadiinia, jonka keskimääräinen puhtaus oli 99 % pelkistämällä sitä kalsiumilla ja kloridi kalsiumista. Tässä tapauksessa reagenssit laitettiin säiliöön, jonka jälkeen järjestelmä kuumennettiin 900–950 °C: seen. Kun järjestelmä oli jäähtynyt, saatiin vanadiinia.

V₂O₅ + 5 Ca + 5 CaCl₂ ⇌ 2 V + 5 CaO·CaCl₂

Vanadiinisovellukset

Vähintään 80 % saadusta vanadiinista on käytetään ferrovanadium-lejeeringin valmistukseen, jota käytetään teräksen ja muiden seosten valmistuksessa. 0,1-5 % vanadiinin lisääminen teräkseen saa sen vuorovaikutukseen hiilen kanssa ja muodostaa karbideja.

Tämän seurauksena teräksestä tulee vahvempi, kovempi ja sillä on parempi iskun- ja korroosionkestävyys. Työkaluissa on yleistä käyttää terästä vanadiinin, mutta myös kromin kanssa. Vanadiiniterästä käytetään sitten:

• leikkaus ja rakennusmateriaalit;

• liikenteen ja energian aloilla.

Monissa työkaluissa on vanadiinia.

Metallurgian ulkopuolella vanadiini, koostumuksessa V₂O₅, se on yleistä käytetään katalyyttinä reaktiot Luomu ja epäorgaaninen. Niillä on suuri taloudellinen merkitys mm.

• tuotannossa rikkihappo, yksi kemianteollisuuden eniten käytetyistä hapoista;

• naftaleenin muuttamisessa ftaalihapoksi;

• polyamidien, kuten nailonin, tuotannossa;

• hapettumisessa etyylialkoholi asetaldehydiksi, sokeri oksaalihapoksi ja antraseeni antrakinoniksi.

Lisäksi siellä on vanadiiniparistojen kehittäminen, joita on käytetty sähköenergian varastointiin. Vanadiinin etuna on, että se voi esiintyä yhdessä neljässä eri hapetustilassa vesipitoisessa väliaineessa, jolloin syntyy akku, jossa on yksi sähköaktiivinen elementti. Nämä akut lupaavat myös olla kestävämpiä, vakaampia, vähemmän syttyviä ja tuottavat helposti kierrätettäviä yhdisteitä.

Biologisesti vanadiini näyttää olevan ihmiselle välttämätön, mutta sen toimintaa ei vielä tunneta erikseen.. Vanadaattianioni (VO₄)^3-, ja sen johdannaiset ovat fosfaattianalogeja, mikä tarkoittaa, että vanadiiniyhdisteet ovat mahdollisia fosfataasien, ribonukleaasien ja ATPaasien estäjiä.

Tietää enemmän: Renium - toinen kemiallinen alkuaine, jota käytetään katalyyttien valmistuksessa

Varotoimenpiteet Vanadiumin kanssa

Työntekijät altistuvat V-muotoiselle vanadiinille₂O₅ teollisuus raportoi useita oireita, kuten:

• hengitysteiden ärsytys;

• kieli vihertävällä värillä;

• metallin maku suussa;

• kurkun ärsytys;

• yskä.

vanadiinin historia

Vanadiinin löytö juontaa juurensa 1801., Mexico Cityssä, espanjalainen kemisti ja mineralogi Don Andrés Manuel del Río. Hän löysi metallin mineraalista vanadiniitista, joka on louhittu Zimapánin kaupungista, Meksiko.

Del Río nimesi sen vanadiiniyhdisteiden värien vuoksi pankromia uuteen elementtiin, mutta kutsui sitä sitten a erytronium, mikä viittaa sen suolojen punaiseen väriin. Espanjalainen uskoi kuitenkin, että uusi alkuaine ei ollut muuta kuin kromin epäpuhdasta muotoa.

Friedrich Wöhler, saksalainen kemisti, tuli arvioimaan Andrés del Ríon tutkimaa vanadiniittia ja havaitsi, että espanjalainen oli itse asiassa löytänyt uuden alkuaineen. Kuitenkin spekuloidaan, että tuolloin saksalainen kärsi myrkytyksistä, jotka johtuivat altistumisesta fluorivetyhapolle, HF: lle, eikä hän sallinut tutkimusten julkaisemista.

Tämän seurauksena vanadiini sen löysi uudelleen vuonna 1830 ruotsalainen kemisti Nils Gabriel Sefström. Tiedemies päätti nimetä uuden elementin vanadis, kunnioittaa skandinaavista kauneuden ja nuoruuden jumalatarta, koska liuoksessa vanadiiniyhdisteet antoivat aina kauniita värejä.

Vain Vuonna 1867 vanadiini eristettiin ensimmäisen kerran., englantilaisen kemistin Henry Enfield Roscoen työn kautta VCl: stä₂.

Ratkaistiin harjoituksia vanadiinilla

Kysymys 1

(PUC Campinas-SP) Vanadiini (Z = 23), siirtymäelementti, on tärkeä osa terästä. tuottaa metalliseoksen tyyppiä, joka parantaa huomattavasti sen sitkeyttä, mekaanista lujuutta ja korroosiota rauta. Kuinka monta elektronia on vanadiinielektronikonfiguraation 3d-alitasolla?

1

B) 2

C) 3

D) 4

E) 5

Resoluutio:

Vaihtoehto C

kun teet sähköinen jakelu / kemiallinen alkuaine vanadiini, Z = 23, meillä on:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d³

Eli lukumäärä elektroneja 3d-alitasolla on yhtä suuri kuin 3.

kysymys 2

Vanadiini on metalli, jolla on suuri merkitys kemianteollisuudelle, koska sen yhdistettä vanadiinioksidi V käytetään laajalti katalyyttinä. Ilmoita vaihtoehdoista se, joka sisältää vanadiinioksidin V: n molekyylikaavan.

ISOÄITI₅

B) V₂O₄

C) VO₃

D) V₂O₅

E) VO₂

Resoluutio:

Vaihtoehto D

Nimi "oksidi Vanadiini V" osoittaa, että alkuaineen hapetusluku on +5 kyseisessä yhdisteessä. Koska oksideissa hapen hapetusluku on -2, oikea kaava vanadiinioksidille V on V₂O₅, koska se on ainoa tapa, jolla koko vanadiinin positiivinen varaus neutraloituu koko negatiivisella happivarauksella.

Kirjailija: Stefano Araújo Novais
Kemian opettaja