O vanadium, symbol V, er et overgangsmetall av atomnummer 23 plassert i gruppe 5 i det periodiske system. Den presenterer flere mulige oksidasjonstilstander, og genererer løsninger med forskjellige og slående farger. Metallvanadium har god korrosjonsbestandighet og en gråaktig farge.
Elementet brukes mest i produksjon av ferrovanadiumlegering, som gir stål fordelaktige egenskaper, som større mekanisk og korrosjonsbestandighet. Det er også en viktig katalysator for industri kjemisk, som virker i flere industrielle prosesser. Hovedkilden til vanadium er vanadinitt, men det er vanskelig å finne et mineral hvor vanadium er hovedmetallet.
Se også: Tantal - et annet metall i gruppe 5 i det periodiske system
Sammendrag om vanadium
Vanadium er en metall overgangsgruppe 5 av Periodiske tabell.
Dens viktigste mineralkilder er vanadinitt og karnotitt, men det kan finnes i flere naturlige kilder, som fosfatbergarter og Petroleum grov.
Viser mange tilstander av oksidasjon mulig.
Den brukes hovedsakelig til fremstilling av ferrovanadiumlegering.
Oppdagelsen stammer fra begynnelsen av 1800-tallet, og navnet refererer til den skandinaviske skjønnhetsgudinnen Vanadis.
Vanadiumegenskaper
Symbol: v.
Atomnummer: 23.
Atommasse: 50 942 c.u.s.
Elektronegativitet: 1,63.
Fusjonspunkt: 1910°C.
Kokepunkt: 3407°C.
Tetthet: 6,0 g.cm-3 (ved 18,7°C).
Elektronisk konfigurasjon: [Luft] 4s2 3d3.
Kjemisk serie: gruppe 5; overgangsmetaller.
Ikke stopp nå... Det er mer etter annonsen ;)
Vanadium egenskaper
Vanadium er en mykt metall, med god korrosjonsbestandighet, grå i fargen. Visuelt ligner den på stål. Dens metalliske form er uløselig i syrer ikke-oksiderende, med unntak av flussyre (HF), og i baser. Det kan imidlertid bli kjemisk angrepet av salpetersyre (HNO3) og aqua regia (en blanding av saltsyre og salpetersyre i høy konsentrasjon).
Som mange overgangsmetaller har vanadium mangeoksidasjonstall mulig, vanligvis mellom +2 og +5. Imidlertid er det kjent at det er forbindelser der den tar -1 eller til og med -3 ladning. Dette store utvalget av mulige ladninger er merkbare gjennom reaksjonene deres.
Ved oppvarming kan vanadium reagere med begge oksygen hvor mye med halogener, som vist av følgende reaksjoner:
4V + 5O2 → 2 V2O5
2V + 5F2 → 2 VF5
V + 2 Cl2 → VCl4
2V + 3X2 → 2 VX3, med X = Br eller I
Vanadiumsalter der det har et oksidasjonstall lik +3 er ganske reduserende, siden +4 oksidasjonstilstanden er den mest stabile for grunnstoffet.
Naturlig vanadium er en blanding av to isotoper, 50 (med en overflod på 0,25%) og 51 (med en overflod på 99,75%). O 50V er svakt radioaktiv, med en tid på halvt liv lang, i området 3,9 x 1017 år gammel.
Les også: Nikkel - et annet metall med god korrosjonsbestandighet
Hvor kan vanadium finnes?
vanadinet er det 22. mest tallrike elementet i jordskorpen, med en estimert konsentrasjon på 97 mg/kg jord, anses som et relativt rikelig metall. Det er omtrent 65 vanadiummineraler, men metallet finnes for det meste:
i vanadinitt, Pb5(BESTEMOR4)3Cl;
i karnotitt, K2(OU2)2(BESTEMOR4)·3H2O;
i roscoelite, et glimmer som inneholder vanadium;
i patronitt, et polysulfid med formel VS4.
Også bemerkelsesverdig er vanadium fra steiner fosfater, titanholdig magnetitt, bauxitt og organiske materialer som:
kull;
råolje;
oljeskifer;
bituminøs sand.
Vanadium, forresten, er det metallet som er vanligst i petroleum, med et innhold på ca. 1600 mg/kg. I bitumen kan vanadiuminnholdet nå 4760 mg/kg.
På verdensreservene av vanadium overstiger 63 millioner tonn, men dette regnes som et metall som forekommer spredt over hele planeten. De fleste mineralene som inneholder vanadium har det som et sekundært grunnstoff, og det er nesten ingen mineraler der vanadium er hovedmetallet.
Innhenting av vanadium
Mye av metallisk vanadium er oppnådd gjennom av reduksjonen din ved hjelp av vanadiumoksid V eller vanadiumklorid IV. Reduksjonsstykkene som brukes er vanligvis metaller. magnesium, kalsium og aluminium. Det er også mulig å bruke ikke-metalliske girkasser, som f.eks karbon og silisium.
Blant de nevnte elementene er aluminium det vanligste i denne sammenhengen. Etter reduksjon, vanadium må foredles, for å fjerne spor av urenheter. For dette brukes vanligvis ett av følgende alternativer:
elektrolyse;
rensing ved elektronisk utveksling;
termisk dekomponering av vanadium II-jodid.
Når det gjelder aluminiumreduksjon, for eksempel, brukes høyrent aluminium, i en metode kjent som Goldschmidt-prosessen, utviklet i 1893. Den ble utnyttet og brukt av Carlson for å skaffe metallisk vanadium.
3 V2O5 + 10 Al ⇌ 6 V + 5 Al2O3
Dette eksperimentet finner sted i atmosfære i argon, og til å begynne med dannes en legering av vanadium og aluminium med ca. 11 masse% vanadium. Så, ved en temperatur mellom 1700–1800 °C og i vakuum, kommer aluminiumet ut.
I 1927 produserte John Marden og Malcolm Rich vanadium med en gjennomsnittlig renhet på 99 % ved å redusere det med kalsium og klorid av kalsium. I dette tilfellet ble reagensene plassert i en beholder, og systemet ble deretter varmet opp til 900–950 °C. Etter at systemet var avkjølt, ble vanadium oppnådd.
V2O5 + 5 Ca + 5 CaCl2 ⇌ 2 V + 5 CaO·CaCl2
Vanadiumapplikasjoner
Minst 80 % av det oppnådde vanadium er brukes til produksjon av ferrovanadium-legering, brukt til fremstilling av stål og andre legeringer. Tilsetning av 0,1 til 5% vanadium til stål får det til å samhandle med karbon og danne karbider.
Som et resultat blir stål sterkere, hardere og har større motstand mot støt og korrosjon. I verktøy er det vanlig å bruke stål med vanadium, men også med krom. Vanadiumstål brukes deretter i:
skjæring og byggematerialer;
transport- og energisektoren.
Utenfor metallurgi, vanadium, i sammensetningen V2O5, er det vanlig brukes som katalysator i reaksjoner organisk og uorganisk. De er av stor økonomisk betydning, f.eks.
i produksjonen av svovelsyre, en av de mest brukte syrene i den kjemiske industrien;
i omdannelsen av naftalen til ftalsyre;
i produksjon av polyamider, slik som nylon;
i oksidasjon av etyl alkohol til acetaldehyd, sukker til oksalsyre og antracen til antrakinon.
I tillegg er det utvikling av vanadiumbatterier, som har blitt brukt til lagring av elektrisk energi. Fordelen med vanadium er at det kan eksistere side om side i fire forskjellige oksidasjonstilstander i et vandig medium, og produsere et batteri med et enkelt elektroaktivt element. Disse batteriene lover også å være mer holdbare, stabile, mindre brennbare og generere lett resirkulerte forbindelser.
Biologisk, vanadium synes å være avgjørende for mennesket, men funksjonen er ennå ikke spesifikt kjent.. Vanadatanionet, (VO4)3-, og dets derivater er fosfatanaloger, noe som betyr at vanadiumforbindelser er potensielle hemmere av fosfataser, ribonukleaser og ATPaser.
Vite mer: Rhenium - et annet kjemisk element som brukes til fremstilling av katalysatorer
Forholdsregler med vanadium
Arbeidere utsatt for V-formet vanadium2O5 i bransjer rapporterte flere symptomer, for eksempel:
irritasjon i luftveiene;
tunge med en grønnaktig farge;
metallisk smak i munnen;
irritasjon i halsen;
hoste.
vanadiums historie
Oppdagelsen av vanadium dateres tilbake til 1801., i Mexico City, av den spanske kjemikeren og mineralogen Don Andrés Manuel del Río. Han oppdaget metallet fra mineralet vanadinitt, utvunnet fra byen Zimapán, Mexico.
På grunn av fargene til vanadiumforbindelsene ga del Río navnet det panchromium til det nye elementet, men kalte det da en erytronium, som henspiller på den røde fargen på saltene. Spanjolen mente imidlertid at det nye grunnstoffet ikke var noe mer enn en uren form for krom.
Friedrich Wöhler, en tysk kjemiker, kom for å evaluere vanadinitten studert av Andrés del Río og fant ut at spanjolen faktisk hadde oppdaget et nytt grunnstoff. Det spekuleres imidlertid i at tyskeren på det tidspunktet led av forgiftninger som følge av eksponering for flussyre, HF, og tillot ikke publisering av studiene.
Som et resultat, vanadium ble gjenoppdaget i 1830 av den svenske kjemikeren Nils Gabriel Sefström. Forskeren bestemte seg for å navngi det nye elementet vanadis, som hedrer den skandinaviske gudinnen for skjønnhet og ungdom, siden vanadiumforbindelser i løsning alltid presenterte vakre farger.
Kun I 1867 ble vanadium isolert for første gang., gjennom arbeidet til den engelske kjemikeren Henry Enfield Roscoe, fra VCl2.
Løste øvelser på vanadium
Spørsmål 1
(PUC Campinas-SP) Vanadium (Z = 23), et overgangselement, utgjør en viktig komponent i stål for produsere en type legering som betraktelig forbedrer seigheten, den mekaniske styrken og korrosjonen til jern. Hvor mange elektroner er det i 3d-undernivået til vanadiumelektronkonfigurasjonen?
TIL 1
B) 2
C) 3
D) 4
E) 5
Vedtak:
Alternativ C
når du gjør elektronisk distribusjon av kjemisk element vanadium, Z = 23, vi har:
1s2 2s2 2p6 3s2 3 s6 4s2 3d3
Så antallet elektroner i 3d undernivå er lik 3.
spørsmål 2
Vanadium er et metall som har stor betydning for den kjemiske industrien, siden dets forbindelse vanadiumoksid V er mye brukt som katalysator. Blant alternativene, angi den som inneholder molekylformelen for vanadiumoksid V.
BESTEMOR5
B) V2O4
C) VO3
D) V2O5
E) VO2
Vedtak:
Alternativ D
Navnet "oksid av vanadium V" indikerer at grunnstoffet har et oksidasjonstall lik +5 i den forbindelsen. Siden oksygen i oksider har et oksidasjonstall på -2, er den riktige formelen for vanadiumoksid V V2O5, da det er den eneste måten hele den positive ladningen av vanadium nøytraliseres av hele den negative ladningen av oksygen.
Av Stefano Araújo Novais
Kjemilærer
