o vanadio, simbolo V, è un metallo di transizione di numero atomico 23 situato nel gruppo 5 della Tavola Periodica. Presenta diversi possibili stati di ossidazione, generando soluzioni con colori diversi e sorprendenti. Il vanadio metallico ha una buona resistenza alla corrosione e un colore grigiastro.
L'elemento è utilizzato principalmente nella produzione della lega di ferrovanadio, che conferisce all'acciaio proprietà vantaggiose, come una maggiore resistenza meccanica e alla corrosione. È anche un importante catalizzatore per il industria chimico, agendo in diversi processi industriali. La principale fonte di vanadio è la vanadinite, tuttavia è difficile trovare un minerale in cui il vanadio sia il metallo principale.
Vedi anche: Tantalio — un altro metallo nel gruppo 5 della tavola periodica
Riepilogo sul vanadio
Il vanadio è un metallo gruppo di transizione 5 del Tavola periodica.
Le sue principali fonti minerali sono la vanadinite e la carnotite, ma si trova in diverse fonti naturali, come rocce fosfatiche e Petrolio greggio.
Visualizza molti stati di ossidazione possibile.
Viene utilizzato principalmente nella produzione di leghe di ferrovanadio.
La sua scoperta risale all'inizio del XIX secolo e il suo nome si riferisce alla dea scandinava della bellezza Vanadis.
Proprietà del vanadio
Simbolo: v.
Numero atomico: 23.
Massa atomica: 50.942 c.s.
Elettronegatività: 1,63.
Punto di fusione: 1910°C.
Punto di ebollizione: 3407°C.
Densità: 6,0 g.cm-3 (a 18,7°C).
Configurazione elettronica: [Aria] 4s2 3d3.
Serie chimica: gruppo 5; metalli di transizione.
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Caratteristiche del vanadio
Il vanadio è un metallo tenero, con buona resistenza alla corrosione, di colore grigio. Visivamente, assomiglia al acciaio. La sua forma metallica è insolubile acidi non ossidante, ad eccezione dell'acido fluoridrico (HF), e in basi. Tuttavia, può essere attaccato chimicamente dall'acido nitrico (HNO3) e acqua regia (una miscela di acido cloridrico e acido nitrico ad alta concentrazione).
Come molti metalli di transizione, il vanadio ha moltinumeri di ossidazione possibile, solitamente tra +2 e +5. Tuttavia, è noto che esistono composti in cui adotta una carica -1 o addirittura -3. Questa ampia varietà di possibili cariche è percepibile attraverso le loro reazioni.
Dopo il riscaldamento, il vanadio può reagire con entrambi ossigeno quanto con alogeni, come mostrato dalle seguenti reazioni:
4V + 5O2 → 2 V2o5
2V + 5F2 → 2 FV5
V + 2 cl2 → VCl4
2V + 3X2 → 2 VX3, con X = Br o I
I sali di vanadio in cui ha un numero di ossidazione pari a +3 sono piuttosto riducenti, poiché lo stato di ossidazione +4 è il più stabile per l'elemento.
Il vanadio naturale è una miscela di due isotopi, 50 (con un'abbondanza dello 0,25%) e 51 (con un'abbondanza del 99,75%). o 50V è leggermente radioattivo, con un tempo di metà vita lungo, nell'intervallo 3,9 x 1017 Anni.
Leggi anche: Nichel — un altro metallo con una buona resistenza alla corrosione
Dove si può trovare il vanadio?
il vanadio è il 22° elemento più abbondante in la crosta terrestre, con una concentrazione stimata di 97 mg/kg di suolo, essendo considerato un metallo relativamente abbondante. Ci sono circa 65 minerali di vanadio, ma il metallo si trova principalmente:
in vanadinite, Pb5(NONNA4)3Cl;
in carnotite, K2(UO2)2(NONNA4)·3H2O;
in roscoelite, una mica contenente vanadio;
in patronite, un polisolfuro di formula VS4.
Degno di nota è anche il vanadio da rocce fosfati, magnetite titanifero, bauxite e materiali organici quali:
carbone;
olio crudo;
scisto bituminoso;
sabbie bituminose.
Vanadio, a proposito, è il metallo più abbondante nel petrolio, con un contenuto di circa 1600 mg/kg. Nel bitume il contenuto di vanadio può raggiungere i 4.760 mg/kg.
In le riserve mondiali di vanadio superano i 63 milioni di tonnellate, tuttavia, questo è considerato un metallo diffuso in tutto il pianeta. La maggior parte dei minerali che contengono vanadio lo hanno come elemento secondario e non ci sono quasi minerali in cui il vanadio sia il metallo principale.
Ottenere il vanadio
Gran parte del vanadio metallico lo è ottenuto attraverso della tua riduzione usando ossido di vanadio V o cloruro di vanadio IV. I riduttori utilizzati sono comunemente metalli. magnesio, calcio e alluminio. È anche possibile utilizzare riduttori non metallici, come carbonio e silicio.
Tra gli elementi citati, l'alluminio è il più diffuso in questo contesto. Dopo la riduzione, il vanadio ha bisogno di essere raffinato, al fine di rimuovere tracce di impurità. Per questo, viene generalmente utilizzata una delle seguenti opzioni:
elettrolisi;
purificazione mediante scambio elettronico;
decomposizione termica dello ioduro di vanadio II.
Nel caso della riduzione dell'alluminio, ad esempio, viene utilizzato alluminio ad alta purezza, in un metodo noto come Processo Goldschmidt, sviluppato nel 1893. Fu imbrigliato e utilizzato da Carlson per ottenere il vanadio metallico.
3 V2o5 + 10 Al ⇌ 6 V + 5 Al2o3
Questo esperimento si svolge in atmosfera in argon, e inizialmente si forma una lega di vanadio e alluminio con circa l'11% di vanadio in massa. Quindi, a una temperatura compresa tra 1700–1800 °C e sotto vuoto, esce l'alluminio.
Nel 1927 John Marden e Malcolm Rich hanno prodotto vanadio con una purezza media del 99% riducendolo con calcio e cloruro di calcio. In questo caso, i reagenti sono stati posti in un contenitore e il sistema è stato quindi riscaldato a 900–950 °C. Dopo che il sistema si è raffreddato, è stato ottenuto il vanadio.
v2o5 + 5 Ca + 5 CaCl2 ⇌ 2 V + 5 CaO·CaCl2
Applicazioni di vanadio
Almeno l'80% del vanadio ottenuto lo è utilizzato per la produzione di lega di ferrovanadio, utilizzato nella produzione di acciaio e altre leghe. L'aggiunta dello 0,1-5% di vanadio all'acciaio fa sì che interagisca con il carbonio e formi carburi.
Di conseguenza, l'acciaio diventa più forte, più duro e ha una maggiore resistenza agli urti e alla corrosione. Negli utensili è comune utilizzare acciaio al vanadio, ma anche al cromo. L'acciaio al vanadio viene quindi utilizzato in:
taglio e materiali da costruzione;
settore dei trasporti e dell'energia.
Al di fuori della metallurgia, il vanadio, nella composizione V2o5, è comunemente usato come catalizzatore in reazioni biologico e inorganico. Sono di grande importanza economica, ad esempio
nella produzione di acido solforico, uno degli acidi più utilizzati nell'industria chimica;
nella conversione del naftalene in acido ftalico;
nella produzione di poliammidi, come il nylon;
nell'ossidazione di alcol etilico ad acetaldeide, zucchero ad acido ossalico e antracene ad antrachinone.
Inoltre, c'è il sviluppo di batterie al vanadio, che sono stati utilizzati per lo stoccaggio di energia elettrica. Il vantaggio del vanadio è che può coesistere in quattro diversi stati di ossidazione in un mezzo acquoso, producendo una batteria con un singolo elemento elettroattivo. Queste batterie promettono anche di essere più durevoli, stabili, meno infiammabili e di generare composti facilmente riciclabili.
Biologicamente, vanadio sembra essere essenziale per l'essere umano, ma la sua funzione non è ancora nota in modo specifico.. L'anione vanadato, (VO4)3-e i suoi derivati sono analoghi del fosfato, il che significa che i composti del vanadio sono potenziali inibitori di fosfatasi, ribonucleasi e ATPasi.
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Precauzioni con Vanadio
Lavoratori esposti al vanadio a forma di V2o5 nelle industrie hanno riportato diversi sintomi, come ad esempio:
irritazione delle vie respiratorie;
lingua con una colorazione verdastra;
sapore metallico in bocca;
irritazione alla gola;
tosse.
storia del vanadio
La scoperta del vanadio risale al 1801., a Città del Messico, dal chimico e mineralogista spagnolo Don Andrés Manuel del Río. Scoprì il metallo dal minerale vanadinite, estratto dalla città di Zimapán, Messico.
A causa dei colori dei composti di vanadio, del Río lo chiamò pancromo al nuovo elemento, ma poi lo ha chiamato a eritronio, alludendo al colore rosso dei suoi sali. Tuttavia, lo spagnolo credeva che il nuovo elemento non fosse altro che una forma impura di cromo.
Friedrich Wöhler, un chimico tedesco, venne a valutare la vanadinite studiata da Andrés del Río e scoprì che, in effetti, lo spagnolo aveva scoperto un nuovo elemento. Tuttavia, si ipotizza che, all'epoca, il tedesco soffrisse di intossicazioni derivanti dall'esposizione all'acido fluoridrico, HF, e non consentisse la pubblicazione degli studi.
Di conseguenza, il vanadio fu riscoperto nel 1830 dal chimico svedese Nils Gabriel Sefström. Lo scienziato ha deciso di nominare il nuovo elemento vanadis, in onore della dea scandinava della bellezza e della giovinezza, poiché, in soluzione, i composti di vanadio presentavano sempre bellissimi colori.
Solo Nel 1867 il vanadio fu isolato per la prima volta., attraverso il lavoro del chimico inglese Henry Enfield Roscoe, dal VCl2.
Risolti esercizi sul vanadio
domanda 1
(PUC Campinas-SP) Il vanadio (Z = 23), elemento di transizione, costituisce un componente importante dell'acciaio per produrre un tipo di lega che migliora notevolmente la tenacità, la resistenza meccanica e la corrosione della ferro. Quanti elettroni ci sono nel sottolivello 3d della configurazione elettronica del vanadio?
A 1
B) 2
C) 3
D) 4
E) 5
Risoluzione:
Alternativa C
quando si fa il distribuzione elettronica di elemento chimico vanadio, Z = 23, abbiamo:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3
Quindi, il numero di elettroni nel sottolivello 3d è uguale a 3.
Domanda 2
Il vanadio è un metallo di grande importanza per l'industria chimica, poiché il suo composto ossido di vanadio V è ampiamente utilizzato come catalizzatore. Tra le alternative, indicare quella che contiene la formula molecolare dell'ossido di vanadio V.
NONNA5
B) V2o4
C) V.O3
D) V2o5
E) V.O2
Risoluzione:
Alternativa D
Il nome "ossido di vanadio V” indica che l'elemento ha un numero di ossidazione pari a +5 in quel composto. Poiché negli ossidi l'ossigeno ha un numero di ossidazione di -2, la formula corretta per l'ossido di vanadio V è V2o5, poiché è l'unico modo in cui l'intera carica positiva del vanadio viene neutralizzata dall'intera carica negativa dell'ossigeno.
Di Stefano Araújo Novais
Insegnante di chimica
