Vanadium - en karakteristik af et kemisk element med et foto; dens biologiske rolle i den menneskelige krop; liste over kilder, hvori det er indeholdt. Stor encyklopædi om olie og gas

DEFINITION

Vanadium er det treogtyvende element i det periodiske system. Betegnelse - V fra det latinske "vanadium". Beliggende i den fjerde periode, VB-gruppen. Henviser til metaller. Atomladningen er 23.

Vanadiumforbindelser er vidt udbredt i naturen, men de er meget spredte og danner ingen væsentlige ophobninger; det samlede indhold af vanadium i jordskorpen er anslået til 0,0015 % (masse).

Rent vanadium er et sølvagtigt metal (fig. 1) formbart metal med en massefylde på 5,96 g/cm 3, der smelter ved en temperatur på 1900 o C. Ligesom titanium, mekaniske egenskaber vanadium forringes kraftigt i nærvær af urenheder af oxygen, nitrogen, brint.

Ris. 1. Vanadium. Udseende.

Atom- og molekylvægt af vanadium

Den relative molekylmasse af et stof (M r) er et tal, der viser, hvor mange gange massen af ​​et givet molekyle er større end 1/12 af massen af ​​et kulstofatom, og den relative atommasse af et grundstof (Ar r) er hvor mange gange den gennemsnitlige masse af atomer kemisk element mere end 1/12 af massen af ​​et kulstofatom.

Da calcium i den frie tilstand eksisterer i form af monoatomiske molekyler V, er værdierne af dets atom- og molekylmasser de samme. De er lig med 50,9962.

Isotoper af vanadium

Det er kendt, at vanadium i naturen kan være i form af den eneste stabile isotop 51 V. Massetallet er 51, atomkernen indeholder treogtyve protoner og otteogtyve neutroner.

Der er kunstige isotoper af vanadium med massetal fra 40 til 65, blandt hvilke den mest stabile er 50 V med en halveringstid på 1,5 × 10 17 år, samt fem nukleare isotoper.

Vanadium ioner

På det ydre energiniveau af vanadiumatomet er der fem elektroner, der er valens:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2 .

Som følge af kemisk interaktion opgiver vanadium sine valenselektroner, dvs. er deres donor og bliver til en positivt ladet ion:

Vo-2e → V2+;

Vo-3e → V3+;

Vo-4e → V4+;

Vo -5e → V5+.

Molekyle og atom af vanadium

I den frie tilstand eksisterer vanadium i form af monoatomiske molekyler V. Her er nogle egenskaber, der karakteriserer atomet og molekylet af vanadium:

Vanadium legeringer

Vanadium bruges hovedsageligt som tilsætningsstof til stål. Stål, der kun indeholder 0,1 - 0,3% vanadium, er kendetegnet ved høj styrke, elasticitet og ufølsomhed over for stød og stød, hvilket er særligt vigtigt, for eksempel for automobilaksler, som konstant udsættes for stød. Som regel indføres vanadium i stål i kombination med andre legeringselementer: krom, nikkel, wolfram, molybdæn.

Eksempler på problemløsning

EKSEMPEL 1

V - Vanadium

VANADIUM(lat. Vanadium), V (læs "vanadium"), et kemisk grundstof med atomnummer 23, atommasse 50,9415. Naturligt vanadium er en blanding af to nuklider: stabil 51 V (99,76 % i masse) og svagt radioaktiv 52 V (halveringstid mere end 3,9 10 17 år). Konfigurationen af ​​de to ydre elektronlag er 3s 2 p 6 d 3 4s 2. I det periodiske system af Mendeleev er det placeret i den fjerde periode i gruppen VB. Vanadium danner forbindelser i oxidationstilstande fra +2 til +5 (valenser fra II til V).

Radius af det neutrale vanadiumatom er 0,134 nm, radius af V 2+-ionerne er 0,093 nm, V 3+ er 0,078 nm, V 4+ er 0,067-0,086 nm, V 5+ er 0,050-0,068 nm. Energierne ved successiv ionisering af vanadiumatomet er 6,74, 14,65, 29,31, 48,6 og 65,2 eV. På Pauling-skalaen er vanadiums elektronegativitet 1,63.

I sin frie form er det et skinnende sølvgrå metal.

Fysisk og Kemiske egenskaber: vanadium af udseende magen til stål er det ret hårdt, men samtidig duktilt metal. Smeltepunkt 1920°C, kogepunkt ca. 3400°C, massefylde 6,11 g/cm3. Krystalgitteret er kropscentreret kubisk, parameter a = 0,3024 nm.

Kemisk er vanadium ret inert. Det er modstandsdygtigt over for havvand, fortyndede opløsninger af saltsyre, salpetersyre og svovlsyre, alkalier. Med oxygen (O) danner vanadium flere oxider: VO, V 2 O 3, V 3 O 5, VO 2, V 2 O 5. Orange V 2 O 5 er et surt oxid, mørkeblåt VO 2 er amfotert, resten af ​​vanadiumoxiderne er basiske. Med halogener danner vanadium halogenider af sammensætningerne VX 2 (X = F, Cl, Br, I), VX 3, VX 4 (X = F, Cl, Br), VF 5 og flere oxohalider (VOCl, VOCl 2, VOF 3 osv..).

Vanadiumforbindelser i oxidationstilstande +2 og +3 er stærke reduktionsmidler, i oxidationstilstande +5 udviser de egenskaberne som oxidationsmidler. Kendt ildfast vanadiumcarbid VC (tpl = 2800°C), vanadiumnitrid VN, vanadiumsulfid V2S5, vanadiumsilicid V3Si og andre vanadiumforbindelser.

Når V 2 O 5 interagerer med basiske oxider, dannes vanadater - salte af vanadinsyre med den sandsynlige sammensætning H 2 .

Åbningshistorik: Vanadium blev opdaget i 1801 af den mexicanske mineralog A. M. Del Rio som en urenhed i blymalm fra en mine i Zimapan. Del Rio navngav det nye grundstof erythronium (fra det græske erythros, rød) på grund af dens røde farve. Men senere besluttede han, at han ikke havde opdaget et nyt grundstof, men en række chrom (Cr), opdaget fire år tidligere og stadig næsten uudforsket. I 1830 tog den tyske kemiker F. Wöhler det mexicanske mineral op, men efter at være blevet forgiftet af hydrogenfluorid stoppede han sin forskning i flere måneder. Samme år gjorde den svenske kemiker N. Sefstrom opmærksom på tilstedeværelsen af ​​urenheder i jernmalm, hvori der sammen med de kendte grundstoffer viste sig at være et eller andet nyt stof. Som et resultat af analyse i J. Berzelius' laboratorium blev det bevist, at et nyt grundstof var blevet opdaget. Dette element danner forbindelser med smuk farve, deraf navnet på elementet, der er forbundet med navnet på den skandinaviske skønhedsgudinde Vanadis. I 1831 beviste Wöhler identiteten af ​​erythronium og vanadium, men grundstoffet beholdt det navn, som Sefstrom og Berzelius gav det.

At finde i naturen: Vanadium findes ikke i naturen i fri form, det hører til spredte grundstoffer. Indholdet af vanadium i jordskorpen er 1,6·10–2 masseprocent, i havvand 3,10–7 %. De vigtigste mineraler er patronit V(S 2) 2, vanadinit Pb 5 (VO 4) 3 Cl og nogle andre. Hovedkilden til vanadium er jernmalm, der indeholder vanadium som en urenhed.

Kvittering: i industrien, når man opnår vanadium fra jernmalme med dets tilblanding, fremstilles først et koncentrat, hvori vanadiumindholdet når 8-16%. Yderligere, ved oxidativ behandling, overføres vanadium til den højeste oxidationstilstand på +5, og det let vandopløselige natriumvanadat (Na) NaVO 3 fraskilles. Når opløsningen syrnes med svovlsyre, dannes et bundfald, som efter tørring indeholder mere end 90 % vanadium.

Det primære koncentrat reduceres i højovne, og der opnås et vanadiumkoncentrat, som derefter bruges til smeltning af en legering af vanadium og jern - det såkaldte ferrovanadium (indeholder fra 35 til 70% vanadium). Vanadiummetal kan fremstilles ved reduktion af vanadiumchlorid med hydrogen (H), calcium-termisk reduktion af vanadiumoxider (V 2 O 5 eller V 2 O 3), termisk dissociation af VI 2 og andre metoder.

Ansøgning: Vanadium anvendes hovedsageligt som legeringsadditiv ved fremstilling af slidbestandige, varmebestandige og korrosionsbestandige legeringer (især specialstål), som en komponent i produktionen af ​​magneter. Vanadiumoxid V 2 O 5 tjener som en effektiv katalysator, for eksempel ved oxidation af svovldioxid S0 2 til svovlgas S0 3 i produktionen af ​​svovlsyre. Vanadiumforbindelser finder en række anvendelser i forskellige industrier (tekstil, glas, maling og lak osv.).

Biologisk rolle: Vanadium er konstant til stede i alle organismers væv i spormængder. I planter er indholdet (0,1-0,2%) væsentligt højere end hos dyr (1 10 -5 -1 10 -4%). Nogle marine organismer- bryozoer, bløddyr og især ascidianer - er i stand til at koncentrere vanadium i betydelige mængder (hos ascidianer findes vanadium i blodplasma eller specielle celler - vanadocytter). Tilsyneladende er vanadium involveret i nogle oxidative processer i væv. Humant muskelvæv indeholder 2·10-6% vanadium, knoglevæv - 0,35·10-6%, blod - mindre end 2·10-4% mg/l. I alt indeholder kroppen af ​​en gennemsnitlig person (kropsvægt 70 kg) 0,11 mg vanadium. Vanadium og dets forbindelser er giftige. Den toksiske dosis for mennesker er 0,25 mg, den dødelige dosis er 2-4 mg. For V 2 O 5 er MPC i luften 0,1-0,5 mg/m 3.

Vanadium er et kemisk element i den 5. gruppe af det periodiske system af kemiske elementer af Dmitry Ivanovich Mendeleev. Navnet på grundstoffet "Vanadium" kommer fra navnet på den oldnordiske skønhedsgudinde - "Vanadis". Årsagen til dette var farven på saltene. Vanadium er et stålgråt hårdt metal. Det er ret modstandsdygtigt over for vand og mange syrer. Vanadium er spredt i jordskorpen, ofte ledsaget af jern, og jernmalme er en meget vigtig kilde til industriel produktion vanadium.

Vanadium er måske den sjældneste repræsentant for jernholdige metaller på Jorden. Det vigtigste anvendelsesområde for dette metal er produktion af kvalitetsstål såvel som støbejern. Vanadium tilsætningsstoffer kan give Høj ydeevne titanlegeringer, som er så vigtigt i luftfarts- og rumfartsindustrien. Vanadium er meget udbredt som katalysator i fremstillingen af ​​svovlsyre.

I naturen findes vanadium normalt i titanomagnetitmalme, nogle gange i fosforitter, uranholdige siltsten og sandsten, og koncentrationen af ​​vanadium overstiger som regel ikke to procent. De vigtigste malmmineraler i sådanne aflejringer er vanadiummuskovit-roscoelit og carnotit. Vanadium findes ofte i store mængder i bauxit, brunkul, tunge olier, tjæresand og skifer. Vanadium udvindes normalt som et biprodukt under udvindingen af ​​andre hovedkomponenter fra mineralske råvarer. For eksempel fra aske fra olieforbrænding eller fra titaniumslagge under forarbejdning af titanomagnetitkoncentrater.

Vanadium i sin reneste form er et lysegråt metal, der kan smedes. Vanadium er næsten dobbelt så let som jern. Metallets smeltepunkt er 1900 grader Celsius, plus eller minus 25 grader. Kogepunktet for vanadium er 3400 grader Celsius. I tør luft, underlagt stuetemperatur, opfører vanadium sig ret passivt ud fra et kemisk synspunkt. Men når høje temperaturer nås, er grundstoffet i stand til nemt at kombinere med nitrogen, oxygen og andre atomer.

Vanadiumforbindelser bruges i den kemiske industri som katalysatorer. Derudover bruges vanadium i medicin og landbrug, såvel som i gummi-, tekstil-, maling- og lak-, glas-, keramiske industrier, i produktionen af ​​enheder til foto- og videofilm. Vanadium bruges som en legeringskomponent i skabelsen af ​​strukturelle legeringer og stål, som bruges i rum- og luftfartsteknologi, marine skibsbygning. Metallet bruges også som en komponent i superledende legeringer.

Vanadiumforbindelser er i sig selv giftige og kan forårsage skade på kroppen. Vanadiumforgiftning opstår normalt ved indånding af metalstøv i luften. Resultatet af en sådan indånding kan være irritation af luftvejene, svimmelhed, lungeblødninger. Vanadiumstøv påvirker hjertets og nyrernes funktion.

Ind i kroppen med mad har vanadium en gavnlig effekt på immunsystemet, hjælper med at rense blodet. Nogle undersøgelser viser, at vanadium i kombination med visse stoffer er i stand til at bremse kroppens aldring. Det meste vanadium (som et kemisk grundstof) findes i brune ris (400 mg / 100 g), fuldkornshave (200 mg / 100 g), samt bønner (190 mg / 100 g), radiser (185 mg / 100 g) og rå kartofler (149 mg/100g).

Biologiske egenskaber

Vanadiumforbindelser er giftige. Forgiftning med stoffet er mulig efter indånding af vanadiumstøv. Ved indånding kan der opstå irritation af luftvejene, svimmelhed, lungeblødninger, aktiviteten af ​​nyrer, hjerte og andre indre organer forstyrres.

Vanadium er til stede i spormængder i vævene i næsten alle levende organismer på vores planet. Der er en antagelse om, at vanadium tjener som et middel, der undertrykker dannelsen af ​​kolesterol i karrene, men normerne for brugen af ​​dette mineral er ikke blevet etableret.

Vanadiums biologiske rolle er blevet undersøgt på havsprøjter. Vanadium i deres blodceller er i en tri- og tetravalent tilstand, hvorved der opnås en dynamisk balance:

VIII -> VIV,

V III<- V IV .

I havsprøjt er vanadinets fysiologiske rolle ikke direkte relateret til den respiratoriske proces med kuldioxid og iltoverførsel, men til processerne med oxidation og reduktion, dvs. elektronoverførsel ved hjælp, hvis jeg må sige det, af vanadiumsystemet, hvilket højst sandsynligt er vigtigt på det fysiologiske niveau, også i andre organismer.

I planter er indholdet af vanadium meget højere end hos dyr: 0,1 % - 2 % mod 1·10 -5 % - %1·10 -4 %. Nogle typer af marine beboere, især bryozoer og bløddyr, især ascidianer, koncentrerer vanadium i ret store mængder. Vanadium findes i ascidianer i blodplasmaet eller i vanadocytter - specielle skabningsceller.

Kilderne til vanadium er skifer og magmatiske bjergarter, metalindholdet i dem er cirka 0,013% vanadium. Vanadium findes også i sandsten og kalksten, hvor metalindholdet er omkring 0,002%. I jord, mest i humus, er andelen af ​​vanadium cirka 0,01%. I ferskvand og havvand er metalindholdet cirka 1 x 107–2 x 107 %.

Tilsyneladende er vanadium involveret i nogle oxidative processer i organiske væv. Hos mennesker er indholdet af vanadium i muskelvæv 2·10 -6% vanadium, i blodet - mindre end 2·10 -4% mg/l, i knoglevæv - omkring 0,35·10 -6%. I alt indeholder en sund menneskekrop på 70 kg 0,11 milligram vanadium.

Vanadiumforbindelser og selve grundstoffet er giftige. For mennesker er den toksiske dosis 0,25 milligram, dødeligt udfald ved indtagelse 2-4 milligram. For VO5 er grænseværdien i luft 0,1-0,5 mg/m3.

Tidligere brugte man til behandling af tuberkulose, anæmi og syfilis nogle farmaceutiske præparater, hvori en række vanadiumforbindelser var til stede i små mængder. Til dato er vanadiumsalte brugt som insekticider, fungicider og desinfektionsmidler.

Vanadium i den menneskelige krop er involveret i følgende processer:

1. Forbedrer phospholipidoxidation, forbedrer erytropoiese, stimulerer knoglemarv, deltager i stimulering af knoglecelleproliferation, såvel som i processen med knoglekollagensyntese, fremmer generelt kropsvækst.

2. Reducerer aktiviteten af ​​NaKAtfaza, mens vanadium gør adenylatcyclase endnu mere aktiv, øger aktiviteten af ​​hepatiske lipolytiske enzymer. Vanadium hæmmer syntesen af ​​endogent kolesterol i hepatocytter, reducerer koncentrationen af ​​kolesterol og triglycerider i blodplasma.

3. Vanadium giver ligesom nogle andre mikroelementer (f.eks. selen, zink) en insulinmimetisk effekt, på grund af virkningen på phosphoinositol 3 kinase (PI3), type 1 insulinreceptorsubstrat (IRS-1), proteinkinase B (PKB), GLUT4 aktivitet

Under Første Verdenskrig skabte franske ingeniører et fly, der blev en ægte sensation af den tid. Normalt var flyene bevæbnet med et maskingevær, og en rigtig kanon blev installeret på denne enhed, som holdt alle tyske piloter i skak. Men spørgsmålet opstår, hvordan kunne man sætte en kanon på et fly på det tidspunkt? Trods alt var bæreevnen for flyene fra Første Verdenskrig meget, meget lav. Senere viste det sig, at det hele var i vanadium, det var ham, der hjalp med at installere en fuldgyldig kanon på flyet. Franske flys flykanoner var lavet af vanadiumstål. Da de slet ikke havde meget vægt, havde kanonerne fremragende styrke, hvilket gjorde det muligt at udføre forbløffende knusende ild på fjendtlige fly på det tidspunkt.

Vanadium overlevede ligesom et andet kemisk grundstof - bor - sin opdagelse to gange. Faktisk blev det opdaget allerede i 1781 i blymalme af Andrés Manuel Del Rio, som ville have været professor i mineralogi i Mexico City. Og kun niogtyve år senere, i 1830, blev vanadium genopdaget i jernmalm af kemikeren Nils Söfström fra Sverige. Elementet modtog sit endelige navn fra skønhedsgudinden for de skandinaviske folk ved navn Vanadis, grunden til det var den smukke farve på forbindelsen, der danner vanadium.

Det er også interessant, at nogle repræsentanter for den undersøiske flora og fauna, for eksempel ascidianer, søpindsvin og søagurker, bogstaveligt talt "samler" vanadium. Disse væsner udvinder et kemisk grundstof fra miljø på en eller anden måde uforståelig for det menneskelige sind. Nogle videnskabsmænd foreslår, at vanadium i disse levende organismer tjener samme formål som jern i blodet hos højere væsener, herunder mennesker, dvs. hjælper blodet med at optage ilt, eller billedligt talt hjælper det med at "ånde".

I en sund voksens krop er indholdet af vanadium omkring 10-25 mg, en stor del af grundstoffet falder på tænder, knoglevæv, fedtvæv i blodplasma (op til 10 μg/l), lunger (ca. 0,6). mg/kg).

Det daglige behov for et kemisk grundstof for voksne er 1,8 mg (Food and Nutrition Board. 2004 af National Academy of Sciences).

Vanadium kommer hovedsageligt ind i kroppen med mad: ris, salat, bønner, radiser, dild, ærter, sort peber, svampe, persille, kød.

Gentagne undersøgelser har etableret en forbindelse mellem vanadium og en persons mentale tilstand. Det er videnskabeligt bevist, at ved skizofreni stiger indholdet af vanadium i patientens blod markant.

Ifølge amerikanske lægevidenskabsmænd er manglen på vanadium i den menneskelige krop forbundet med udviklingen af ​​diabetes, fordi dens mangel, som i tilfælde af mangel på zink og krom, er en af ​​de vigtigste indikatorer for symptomerne på diabetes .

Historie

Vanadium som en urenhed i blymalmen i Zimapan-minen blev opdaget af den spanske mineralog A. M. Del Rio i 1801. Del Rio navngav det nye grundstof erythronium ("erythros" - fra det græske "rød"), fordi. dens forbindelser var røde. Her er, hvordan den verdensberømte svenske kemiker Berzelius beskriver historien om opdagelsen af ​​grundstoffet vanadium:

"I oldtiden, langt mod nord, boede den vidunderlige Vanadis, en elsket smuk gudinde. En dag bankede nogen på hendes dør. Men gudinden reagerede ikke i starten, pga. meget behagelig i stolen. Men banket blev ikke gentaget, og nogen bevægede sig væk fra døren. Vanadis spekulerede på, hvad det var for en ydmyg besøgende. Gudinden åbnede vinduet og så ud på gaden. Den fremmede viste sig at være en vis Wöhler, som hurtigt var på vej væk fra sit slot. Et par dage efter skete alt igen, nogen bankede på døren igen, men nu aftog bankningen ikke før Gudinden kom op og åbnede døren. Foran hende var en smuk karl Nils Sevstrøm. Næsten straks blev de forelskede i hinanden, og efter nogen tid fik de en søn, som de kaldte Vanadius. Det var navnet på det helt nye metal, fundet i 1831 af den svenske videnskabsmand, kemiker og fysiker Nils Sövström.

Men der er en unøjagtighed i denne legende. Den første person, der bankede på døren til gudinden, var mineralogen Andree Manuel del Rio, ikke den tyske videnskabsmand Wöhler. Og først kaldte den spanske videnskabsmand elementet "panchrome" ("farverig"), fordi. forbindelser af dette nye metal blev malet i en række forskellige farver og ændrede først derefter navnet til "erythronium", dvs. "rød.

Men del Rio var ikke i stand til videnskabeligt at bevise sit fund. Desuden troede han et år efter opdagelsen, at det nye element ikke var andet end krom, opdaget lidt tidligere. Samme fejl gjorde den tyske lærde Wöhler, den "ydmyge besøgende", som bankede for lidt på døren til gudinden Vanadis.

Først efter næsten tredive år fandt den virkelige fødsel af vanadium sted. Grundlæggeren af ​​dette kemiske grundstof og det nye metal anses for at være en ung videnskabsmand fra Sverige, Nils Sövström. På det tidspunkt begyndte metallurgi at udvikle sig i hjemlandet Sevstrem. Fabrikker dukkede op i forskellige dele af landet. Det blev bemærket, at metallet, der blev smeltet fra nogle malme, viste sig at være sprødt, og metallet, der blev smeltet fra andre, var ret duktilt. Og ingen vidste, hvad fangsten var. Nils Sövström besluttede at prøve at finde svaret.

I processen med at studere den kemiske sammensætning af malme, hvorfra højkvalitetsmetal blev opnået, beviste Sevström efter at have udført mange eksperimenter, at sådanne malme indeholder et grundstof, som Del Rio havde opdaget og forvekslet med chrom. Det nye metal fik navnet vanadium.

Hverken Wöhler eller del Rio var bestemt til at blive "grundlæggerne" af et nyt kemisk grundstof, selvom de var tæt på dette. Efter den svenske videnskabsmands succes skrev tyskeren Wöhler til sin ven: "Jeg var bare et æsel, hvordan kunne jeg overse et nyt element i denne brune blymalm? Alligevel havde Berzelius ret, da han så ironisk beskrev mit svage, mislykkede forsøg på at banke på gudinden Vanadis' palads.

På Ruslands territorium blev vanadium først fundet i 1834 i Ural-bjergene i blymalmen i Berezovsky-minen. I 1839 blev vanadium fundet i permiske sandsten. Allerede på det fjerne tidspunkt udtrykte ingeniør Shubin en mening om den gavnlige virkning af vanadiumurenheder på kvaliteten af ​​kobber og jernlegeringer. Han skrev, at sort kobber, harkupfer, bajonetkobber og kobberstøbejern er legeringer med vanadium, og at det højst sandsynligt er tilstedeværelsen af ​​vanadium, der giver dem en sådan styrke.

Efter mange år kunne ingen isolere vanadium i sin rene form. Først i 1869 var englænderen Henry Roscoe efter en lang søgen i stand til at isolere rent metallisk vanadium. Men kun i de dage kunne det betragtes som rent, fordi. indholdet af fremmede urenheder lå i omegnen af ​​4%. Selv en sådan fraktion kan væsentligt ændre metallets egenskaber. Rent vanadium er et sølvgråt metal, har høj duktilitet og kan smedes.

At være i naturen

Vanadium findes ret ofte i jordens indvolde som en integreret del af titanomagnetitmalme, sjældnere kan det knappe metal findes i phosphoritter, endnu sjældnere i sammensætningen af ​​uranholdige siltsten og sandsten, koncentrationen af ​​vanadium i disse naturlige formationer ikke overstiger 2 procent. De vigtigste malmmineraler i vanadiumaflejringer er vanadiummuskovit-roscoelit og carnotit. I bauxitter, brunkul, tunge olier samt i tjæresand og skifer kan der også nogle gange forekomme ret betydelige andele af det sjældne metal.

De højeste værdier af det gennemsnitlige indhold af vanadium i bjergarter af den magmatiske type blev noteret i basalt og gabbo. Den omtrentlige værdi af koncentrationen i disse klipper varierer fra 230 til 290 gram pr. ton vægt. Blandt sedimentære bjergarter kan vanadium oftest findes i biolitter (asfaltitter, kul osv.), bauxitter og jernmalme. På grund af nærheden af ​​vanadiums ionradius med jern og titanium, der er almindeligt i magmatiske bjergarter, forbliver vanadium altid i en dispergeret tilstand i hypogene processer, hvorfor metallet ikke danner sine egne mineraler. Vanadiumbærere er talrige mineraler af glimmer, titanium (sphene, ilmenit, rutil, titanomagnetit), granater og pyroxener, som har en øget isomorf kapacitet i forhold til vanadium.

Som regel udvindes vanadium som et biprodukt under udvinding og forarbejdning af andre nyttige stoffer fra mineralske råvarer. For eksempel opnås vanadium meget ofte fra titaniumslagge under behandlingen af ​​titaniummagnetitkoncentrater, nogle gange fra aske efter afbrænding af olie, kul og andre fossile brændstoffer.

Vanadiumproducenter på globalt plan er sådanne stater som Republikken Sydafrika, USA, Den Russiske Føderation (hvor de vigtigste udviklinger af det knappe metal er placeret i Uralbjergene) samt Finland. Hvis vi vurderer mængden af ​​vanadium ud fra dets registrerede reserver, er de førende steder på globalt plan besat af lande som Sydafrika, Rusland og Australien.

Det er interessant at bemærke, at selvom andelen af ​​vanadium i jordskorpen er ret betydelig og er omkring 0,2 procent (hvilket er 15 gange mængden af ​​bly og 2000 gange den samlede mængde sølv), er metallet mærkeligt nok klassificeret som knap, fordi dens ophobninger er ret sjældne. Hvis en malm indeholder mindst én procent vanadium i sin sammensætning, betragtes den umiddelbart som meget beriget. I industriel forarbejdning er der ofte tilfælde, hvor vanadium udvindes fra malm med en koncentration af værdifuldt metal på kun 0,1 procent af den samlede masse.

Indholdet af vanadium, som et kemisk element, i jordskorpen på vores planet er 1,6 * 10 -2%, i vandet i alle verdenshavene omkring 3 * 10-7%. De vigtigste mineraler, der er forbindelser af vanadium, er vanadinit Pb 5 (VO 4) 3 Cl, patronit V (S 2) 2 og flere andre. Hovedkilden til vanadium er jernmalm, hvor vanadium forekommer som en urenhed.

Ansøgning

Vanadium anvendes oftest som legeringsadditiv ved fremstilling af varmebestandige, korrosionsbestandige og slidbestandige legeringer, primært til specialstål. Derudover bruges vanadium som en af ​​komponenterne i fremstillingen af ​​en magnet. Vanadium i metallurgi er betegnet med bogstavet F.

Hovedforbrugeren af ​​vanadium er jernmetallurgi, som bruger omkring 95% af alt udvundet metal. Vanadium er også til stede i sammensætningen af ​​højhastighedsstål og dets erstatninger; det er en del af lavlegeret værktøj og nogle typer konstruktionsstål. Selv tilstedeværelsen af ​​0,15% - 0,25% vanadium i sammensætningen af ​​legeringen stiger stålets styrke kraftigt, metallets sejhed, udmattelsesbestandighed og slidstyrke øges. Vanadium indført i stål er både et karbiddannende og deoxiderende element. Vanadiumcarbider fordeles i form af spredte indeslutninger og forhindrer derved kornvækst under opvarmning af stål. Introduktionen af ​​vanadium i stål sker i form af ferrovanadium, som er en af ​​ligaturlegeringens former.

Vanadium bruges også i processen med at legere støbejern. Industrien af ​​titanlegeringer, som har været i rivende udvikling i de senere år, er en ny, men ganske betydelig forbruger af vanadium på nuværende tidspunkt. Det skal bemærkes, at individuelle titanlegeringer kan indeholde op til 13% vanadium. Legeringer baseret på niobium, krom og tantalholdige vanadiumadditiver har fundet anvendelse i raket-, luftfarts- og andre industrier. Også inden for luftfart, raket og endda nuklear teknologi forventes det i den nærmeste fremtid at anvende korrosionsbestandige og varmebestandige legeringer af forskellig sammensætning og egenskaber baseret på vanadium samt Zr, Ti, W, Al og Nb additiver. Sådanne legeringer bevæger sig allerede ind i stadiet af industriel produktion. Superledende forbindelser og legeringer baseret på vanadium med Ti, Si og Ga er af stor interesse.

Vanadium bruges som mellemmateriale (mellemlag) i processen med beklædning af stål, såvel som ildfaste metaller med zirconium, titanlegeringer, med legeringer af ædelmetaller.

På grund af dets høje korrosionsbestandighed i de mest aggressive miljøer er vanadium ved at blive et lovende materiale i kemiteknik og andre industrier.

Metallisk vanadium i sin rene form bruges ofte i atomkraftteknik; det bruges til at lave en skal til brændselselementer såvel som forskellige rør. Vanadium er også til stede i nogle elektroniske enheder. Processen med termokemisk nedbrydning af vand bruger vanadiumchlorid, denne proces tilhører atomenergiområdet, for eksempel General Motors' vanadiumchloridcyklus i USA.

Det mest almindelige vanadiumoxid V 2 O 5 bruges ofte som en effektiv katalysator, for eksempel i processen med at oxidere svovldioxid SO 2 og omdanne det til svovlgas SO 3 ved fremstilling af svovlsyre. Vanadiumoxid bruges også som katalysator ved oxidation af ammoniak mv.

Vanadiumforbindelser og -legeringer bruges i forskellige sektorer af økonomien: glas, maling og lak, tekstilindustri, medicin, landbrug, produktion af foto- og filmudstyr og andre områder. Vanadiumpentoxid bruges ret udbredt i batterier og højeffekts lithiumbatterier; her tjener det som katode, dvs. positiv elektrode. I backup-batterier fungerer sølvvanadat som den positive elektrode. Ved fremstilling af katodestrålerør anvendes selvlysende materialer, dvs. yttriumvanadat. Natriumvanadat er et lasermateriale, der er meget udbredt som aktive grundstoffer i faststoflasere.

Produktion

Ved industriel produktion af vanadium fremstilles først et koncentrat af jernmalm med en blanding af metal, vanadiumindholdet i dette koncentrat er ca. 8-16%. Vanadiet omdannes derefter til +5 oxidationstilstanden, den højeste oxidationstilstand, ved oxidativ behandling, hvorved natriumvanadat (dvs. NaVO 3 ), som er letopløseligt i vand, adskilles fra den resulterende masse. Opløsningen syrnes derefter med svovlsyre, som efterfølgende udfældes. Efter tørring af dette bundfald indeholder den resulterende konsistens mere end 90% vanadium.

Det primære koncentrat reduceres ved højovnsmetoden, hvorefter der opnås et vanadiumkoncentrat, som bruges videre i processen med at smelte en legering af jern og vanadium, dvs. ferrovanadium (ferrovanadium indeholder ca. 35 % til 70 % rent vanadium). Vanadium som metal kan fremstilles ved reduktion af vanadiumchlorid med hydrogen, såvel som ved termisk dissociation af VI2 og calcium-termisk reduktion af vanadiumoxider (f.eks. V 2 O 5 eller V 2 O 3) eller andre metoder.

Hammerbart metalvanadium opnås også ved calcium-termisk reduktion af ren V 2 O 3 eller V 2 O 5; ved at genoprette V 2 O 5 ved hjælp af aluminium; ved vakuum carbon termisk reduktion af V 2 O 3; ved magnesiumreduktion VCl 3 eller ved termisk dissociation af vanadiumiodid. Vanadium smeltes i lysbuevakuumovne med en forbrugselektrode, samt i elektronstråleovne.

Vanadium udvindes af metalholdig malm eller dens koncentrater ved direkte udvaskning med syre- eller alkaliopløsninger eller ved udvaskning med fortyndede syrer eller vand af det oxidative risteprodukt (det er blandet med almindeligt salt). Vanadiumoxid V2O5 (V) udvindes fra opløsninger ved hydrolyse; det bruges til smeltning af ferrovanadium og fremstilling af metallisk vanadium.

Jernmalm indeholdende vanadium forarbejdes til stål og efterlader vanadiumslagge. Disse slagger brændes i en blanding indeholdende NaCl. Derefter udvaskes det opnåede produkt ved hjælp af vand, hvorefter det udvaskes med en svag opløsning af svovlsyre, som følge heraf opnås teknisk vanadiumoxid (V).

Vanadiummetal fremstilles enten ved direkte reduktion af vanadiumoxid eller i to trin: Først reduceres oxiderne til det lavere oxid ved hjælp af et reduktionsmiddel, og derefter reduceres det lavere oxid til metallet.

Der er flere måder at opnå metallisk vanadium på: dette er calcium-termisk, når formbart vanadium fremstilles ved at reducere vanadiumoxider med calcium, og aluminotermisk, hvor aluminium spiller rollen som det vigtigste reduktionsmiddel, og vakuum kulstof-termisk reduktion af vanadium oxider (den mest lovende brug af kul), dette er også chloridmetoden, når vanadiumchlorid (VCl3) reduceres.

Det vigtigste råmateriale i produktionen af ​​vanadium er jernmalme, som også indeholder knap vanadium. Først følger processen med berigelse af jernmalm, derefter behandles de resulterende koncentrater indtil det øjeblik, hvor vanadium(V)oxid begynder at dannes. Fra det resulterende oxid kan vanadium opnås på en sådan måde som metallotermi:

V2O5 + 5Ca -> 900 grader Celsius -> 2V + 5CaO.

Vanadium med høj renhed kan opnås ved at reducere vanadiumchlorider ved hjælp af brint:

VCI4 + 2H2 = V + 4HCl;

Meget rent vanadium kan opnås ved magnesium termisk reduktion af vanadium (III) chlorid:

2VCI3 + 3Mg = 2V + 3MgCl2;

Vanadium med høj renhed kan opnås ved termisk dissociation af VI2:

Meget rent vanadium kan også opnås ved elektrolyse af vanadiumhalogenidsmelter:

VCl2 -> elektrolyse -> V + Cl2.

Fysiske egenskaber

I udseende ligner vanadium, som et metal, meget stål. Vanadium i sig selv er ret hårdt, men det har samtidig en god duktilitet.

Lad os nu overveje fysiske egenskaber vanadium i konkrete tal. Det kropscentrerede kubiske gitter af vanadium har en periode a=3,0282. Vanadium i sin rene form egner sig ret godt til smedning, metallet kan let bearbejdes under tryk. Densiteten af ​​vanadium som et stof er 6,11 gram per kubikcentimeter. Metallets smeltepunkt er 1900 grader Celsius, kogepunktet er 3400 grader Celsius. Den specifikke varmekapacitet for vanadium ved temperaturer fra 20 til 100 grader Celsius er 0,120 cal/g grader. Metallet har en termisk lineær udvidelseskoefficient svarende til 10,6·10 -6 grader -1 ved temperaturer fra 20 til 1000 grader Celsius. Vanadium har specifikke elektrisk modstand 24,8·10 -6 ohm·cm (24,8·10 -8 ohm·m) ved 20 grader Celsius. Under en strøm på 4,5 kV går metallet over i superledningstilstanden.

Højrenhedsvanadium efter udglødningsproceduren har følgende mekaniske egenskaber: værdien af ​​elasticitetsmodulet er 13520 kgf / mm 2 (135,25 n / m 2), trækstyrken af ​​metallet er 12 kgf / mm 2 (120 nm / m 2), den relative forlængelse af stoffet lig med 17 procent, hårdheden af ​​metallet ifølge Brinell er 70 kgf / mm 2 (700 mn / m 2). Vanadium har ofte urenheder af andre grundstoffer, især gasser. Urenheder af gasser i sammensætningen af ​​vanadium påvirker ikke metallet på den bedste måde. De reducerer metallets duktilitet, samtidig med at vanadium bliver endnu hårdere og mere skørt.

Naturligt forekommende vanadium er en blanding af to nuklider: det stabile nuklid 51V, som er 99,76 % i masse, og det svagt radioaktive nuklid 52V, som har en halveringstid på mere end 3,9 x 10 17 år. I dette tilfælde har konfigurationen af ​​de to ydre elektronlag formen 3s 2 p 6 d 3 4s 2 . I det periodiske system af Dmitry Ivanovich Mendeleev er det kemiske element vanadium placeret i den fjerde periode i VB-gruppen. Vanadium er i stand til at danne forbindelser i oxidationstilstanden fra + 2 til + og i valensen fra II til V.

Radius af det neutrale atom af det kemiske grundstof vanadium er 0,134 nm, radius af dets ioner er V 5+ - 0,050-0,068 nm, V 4+ - 0,067-0,086 nm, V 3+ - 0,078 nm, V 2+ - 0,093 nm. De successive ioniseringsenergier af et atom af det kemiske grundstof vanadium er karakteriseret ved værdier på 6,74; 14,65; 29,31; 48,6 og 65,2 eV. Vanadiums elektronegativitet på Pauling-skalaen er 1,63.

Kemiske egenskaber

Vanadium er et grundstof med høj kemisk resistens og er inert under normale forhold. På stuetemperatur vanadium påvirkes ikke af luft, havvand og alkaliopløsninger er metallet modstandsdygtigt over for ikke-oxiderende syrer, undtagen flussyre. Korrosionsbestandigheden af ​​vanadium i saltsyre og svovlsyre er meget højere end for rustfrit stål og titanium.

Ved opvarmning til 300 grader Celsius begynder vanadium at absorbere ilt og bliver ret skørt. Ved opvarmning til en temperatur på 600-700 grader Celsius begynder vanadium at oxidere intensivt og danner V 2 O 5 pentoxid og lavere oxider. Når et kemisk grundstof opvarmes over 700 grader Celsius i en strøm af nitrogen, begynder VN-nitrid at dannes (smelte 2050 ° C), det er stabilt både i syrer og i vand. Ved at nå en høj temperatur begynder vanadium at interagere med kulstof og danner således et ildfast carbid VC (smeltepunkt 2800 grader Celsius), som har en meget høj hårdhed.

Vanadium giver forbindelser af 2., 3., 4. og 5. valens, i overensstemmelse hermed kendes følgende oxider: VO og V 2 O 3 (basiskarakter), VO 2 (amfoter), V 2 O 5 (syre). Forbindelser af di- og trivalent vanadium er ustabile og virker som stærke reduktionsmidler. Forbindelser med højere valens er af praktisk betydning. I analytisk kemi bruges vanadiums evne til at danne forbindelser med forskellige valenser, og dette faktum bestemmer desuden de katalytiske egenskaber af V 2 O 5. Vanadiumpentoxid er i stand til at opløses i alkalier og danne vanadater.

Vanadium dannes med halogener flygtige halogenider, hvis sammensætning ser ud som denne VX 2 (X = F, Cl, Br, I), VX 4 (X = F, Cl, Br), VX 3, VF 5, samt flere oxohalider (f. for eksempel VOF 3, VOCl 2 , VOCl, etc.).

Lad os se på det vigtigste kemiske reaktioner med vanadium.

Ved opvarmning til temperaturer over 600 grader Celsius interagerer vanadium med oxygen, hvilket resulterer i dannelsen af ​​vanadiumoxid (V):

4V + 5O2 = 2V2O5.

Vanadium(IV)oxid dannes også under forbrændingen af ​​grundstoffet i luft:

Når temperaturen når over 700 grader Celsius, reagerer vanadium med nitrogen og danner nitrid:

Når vanadium opvarmes til en temperatur på 200-300 grader Celsius, reagerer det med halogener. Med chlor dannes vanadium (IV) chlorid, med fluor - vanadium (V) fluorid, med jod - vanadium (II) iodid, med brom - vanadium (III) bromid,:

V + 2Cl2 = VCl4,

2V + 5F2 = 2VF5,

V + I 2 \u003d VI 2,

2V + 3Br 2 = 2VBr 3.

Vanadium når 800 grader Celsius med kulstof danner et karbid:

Ved sintring med silicium og bor ved høje temperaturer dannes silicid og borid:

V + 2B = VB2.

Ved opvarmning reagerer vanadium med fosfor og svovl:

V + P = VP, kan være dannelsen af ​​VP2,

2V + 3S = V2S3, kan være dannelsen af ​​VS og VS2.

Vanadium danner faste opløsninger med brint.

Vanadium er placeret før brint i en række metalspændinger, men pga beskyttende film, det er ret inert, medens det ikke opløses i vand, saltsyre, i kulden reagerer det ikke med fortyndet salpeter- og svovlsyre.

Vanadium reagerer med flussyre og danner et fluoridkompleks:

2V + 12HF = 2H3 + 3H2;

Reagerer med koncentreret salpetersyre og danner vanadin-nitrat:

V + 6HNO3 = VO2NO3 + 5N02 + 3H2O;

Reagerer med koncentreret svovlsyre og danner vanadylsulfat:

V + 3H2SO4 = VOSO4 + 2SO2 + 3H2O

Og også med aqua regia, der danner vanadinchlorid:

3V + 5HNO3 + 3HCl = 3V02Cl + 5NO + 4H2O;

Grundstoffet opløses i en blanding af flussyre og salpetersyre:

3V + 21HF + 5HNO3 = 3H2 + 5NO + 10H2O,

I dette tilfælde opløser flussyre den passiverende oxidfilm:

V2O5 + 14HF = 2H2 + 5H2O,

og metalets overflade er oxideret på grund af salpetersyre oxiderer:

6V + 10HNO3 = 3V2O5 + 10NO + 5H2O

Vanadium reagerer ikke med alkaliske opløsninger, men i smelter, hvis der er luft, oxiderer det og danner vanadater:

4V + 12KOH + 5O2 = 4K3VO4 + 6H2O.

Med metaller er vanadium i stand til at danne forskellige intermetalliske forbindelser og legeringer.

Blandt de 115 kemiske grundstoffer, der er kendt i dag, modtog mange deres navn til ære for heltene græske myter, guder. Andre kaldte opdagernes og berømte videnskabsmænds navn. Atter andre blev opkaldt efter lande, byer, geografiske objekter. Af særlig interesse er historien om navnet på et sådant element som vanadium. Og i sig selv er dette metal ret vigtigt og har særlige egenskaber. Derfor vil vi overveje det mere detaljeret.

Vanadium - et kemisk grundstof i det periodiske system

Hvis karakterisere givet element Efter situationen heri kan der skelnes mellem flere hovedpunkter.

1. Det er placeret i den fjerde store periode, den femte gruppe, hovedundergruppen.
2. Serienummeret er 23.
3. Grundstoffets atommasse er 50,9415.
4. Det kemiske symbol er V.
5. Det latinske navn er vanadium.
6. Det russiske navn er vanadium. Det kemiske grundstof i formlerne læses som "vanadium".
7. Det er et typisk metal, der udviser reducerende egenskaber.

Ifølge positionen i grundstofsystemet er det indlysende, at dette grundstof som et simpelt stof vil have egenskaber svarende til tantal og niobium.

Funktioner af atomets struktur

Vanadium er et kemisk grundstof udtrykt ved den generelle elektroniske formel 3d 3 4s 2 . På grund af denne konfiguration kan både valens- og oxidationstilstande naturligvis vise ulige værdier.

Denne formel giver dig mulighed for at forudsige egenskaberne af vanadium som et simpelt stof - dette er et typisk metal, der dannes et stort antal af forskellige forbindelser, bl.a

Karakteristisk valens og oxidationstilstand

På grund af tilstedeværelsen af ​​tre uparrede elektroner i 3d-underniveauet, kan vanadium udvise en oxidationstilstand på +3. Hun er dog ikke den eneste. Der er fire mulige værdier i alt:

På samme tid, vanadium - som også har to indikatorer: IV og V. Derfor er forbindelserne af dette atom simpelthen talrige, og de har alle en smuk farve. Vandkomplekser og metalsalte er især berømte for dette.

Vanadium: kemisk grundstof. Navnehistorie

Hvis vi taler om historien om opdagelsen af ​​dette metal, så skal vi henvise til tidlig XVIIIårhundrede. Det var i denne periode, i 1801, at mexicaneren del Rio formåede at opdage et for ham ukendt element i sammensætningen af ​​blystenen, som han undersøgte en prøve af. Efter en række eksperimenter modtog del Rio flere smukt farvede metalsalte. Han gav det navnet "erythron", men forvekslede det senere med chromsalte, så han modtog ikke palmen i opdagelsen.

Senere lykkedes det en anden videnskabsmand, svenskeren Sefstrom, at skaffe dette metal ved at isolere det fra jernmalm. Denne kemiker var ikke i tvivl om, at grundstoffet var nyt og ukendt. Derfor er han pioneren. Sammen med Jens Berzelius gav han navnet til det opdagede grundstof - vanadium.

Hvorfor præcis? I nordisk mytologi er der én gudinde, som er personificeringen af ​​kærlighed, udholdenhed, loyalitet og hengivenhed. Hun Hendes navn var Vanadis. Efter at forskerne havde studeret egenskaberne af grundstoffets forbindelser, blev det ret tydeligt for dem, at de er meget smukke, farvede. Og tilføjelsen af ​​metal til legeringer øger deres kvalitet og styrke og stabilitet dramatisk. Derfor, til ære for gudinden Vanadis, blev navnet givet til et usædvanligt og vigtigt metal.

Vanadium er et kemisk grundstof, der blev opnået i form endnu senere. Først i 1869 lykkedes det den engelske kemiker G. Roscoe at isolere metallet i fri form fra klippen. En anden videnskabsmand, F. Weller, beviste, at det "chrom", som engang blev opdaget af del Rio, er vanadium. Men mexicaneren levede ikke for at se denne dag og kendte ikke til hans opdagelse. Navnet på elementet kom til Rusland takket være G. I. Hess.

Det simple stof vanadium

Som et simpelt stof er det betragtede atom et metal. Det har en række fysiske egenskaber.

1. Farve: sølvhvid, skinnende.
2. Skørt, hårdt, tungt, da massefylden er 6,11 g/cm 3.
3. Smeltepunktet er 1920 0 C, hvilket gør det muligt at henføre det til ildfaste metaller.
4. Det oxiderer ikke i luften.

Da det er umuligt at møde det i naturen i en fri form, er folk nødt til at isolere det fra sammensætningen af ​​forskellige mineraler og klipper.

Vanadium - kemisk grundstof-metal, som udviser en tilstrækkelig høj kemisk aktivitet ved opvarmning og under visse betingelser. Hvis vi taler om standard miljøparametre, er det kun i stand til at reagere med koncentrerede syrer, aqua regia.

Det danner binære forbindelser med nogle ikke-metaller, reaktionerne foregår ved høje temperaturer. Det opløses i alkalismelter og danner komplekser - vanadater. Ilt som et stærkt oxidationsmiddel opløses i vanadium, og jo mere, jo højere er temperaturen ved opvarmning af blandingen.

Findes i naturen og isotoper

Hvis vi taler om udbredelsen af ​​det pågældende atom i naturen, så er vanadium et kemisk grundstof, der hører til spredte. Det er en del af næsten alle store sten, malme og mineraler. Men ingen steder er det mere end 2%.

Det er racer som:

• vanadinit;
• patronit;
• carnotit;
• chileitis.

Du kan også finde det pågældende metal i sammensætningen:

• planteaske;
• havvand;
• kroppe af ascidianere, holothurianere;
• landplanter og dyreorganismer.

Hvis vi taler om isotoper af vanadium, så er der kun to af dem: med et massetal på 51, hvoraf langt størstedelen er 99,77%, og med et massetal på 50, som er spredt radioaktivt og forekommer i ubetydelige mængder.

Vanadiumforbindelser

Vi har allerede påpeget ovenfor, at som et kemisk grundstof udviser dette metal tilstrækkelig aktivitet til at danne et stort antal forskellige forbindelser. Så følgende typer stoffer med deltagelse af vanadium er kendt.

1. Oxider.
2. Hydroxider.
3. Binære salte (chlorider, fluorider, bromider, sulfider, iodider).
4. Oxyforbindelser (oxychlorider, oxybromider, oxytrifluorider og andre).
5. komplekse salte.

Da valensen af ​​et grundstof varierer ret meget, opnås en masse stoffer. hjem kendetegn alle sammen farver. Vanadium er et kemisk grundstof, hvis analyse af forbindelserne viser, at farven kan variere fra hvid og gul til rød og blå, inklusive nuancer af grøn, orange, sort og lilla. Dette er til dels grunden til, at de gav navnet til atomet, for det ser virkelig meget smukt ud.

Imidlertid opnås mange af forbindelserne kun under ret strenge reaktionsbetingelser. Derudover er de fleste af dem giftige stoffer, der er farlige for mennesker. Aggregeringstilstand stoffer kan være meget forskellige. For eksempel er klorider, bromider og fluorider oftest mørkelyserøde, grønne eller sorte krystaller. Og oxider - i form af pulvere.

Anskaffelse og brug af metal

Vanadium opnås ved at isolere det fra sten og malme. Desuden anses de mineraler, der indeholder selv 1% af metallet, for ekstremt rige på vanadium. Efter adskillelse af prøven af ​​blandingen af ​​jern og vanadium overføres den til en koncentreret opløsning. Natriumvanadat isoleres fra det ved syrning, hvorfra der efterfølgende opnås en højkoncentreret prøve med et metalindhold på op til 90%.

Derefter kalcineres dette tørrede bundfald i en ovn, og vanadium reduceres til en metallisk tilstand. I denne form er materialet klar til brug.

Vanadium er et kemisk grundstof, der finder nok bred anvendelse i industrien. Især inden for maskinteknik og stålsmeltning. Der kan identificeres flere hovedområder for metalanvendelse.

1. Tekstilindustrien.
2. Glasfremstilling.
3. Produktion af keramik og gummi.
4. Maling industri.
5. Forberedelse og syntese kemiske stoffer(svovlsyreproduktion).
6. Fremstilling af atomreaktorer.
7. Luftfart og skibsbygning, maskinteknik.

Vanadium er en meget vigtig legeringskomponent til at opnå lette, stærke, korrosionsbestandige legeringer, hovedsageligt stål. Ikke underligt, at det kaldes "bilmetal".

Side 1

Valensen af ​​vanadium, niobium og tantal i forbindelser er II, III, IV og V. Valensen af ​​V i normale forhold den mest stabile.

Valensen af ​​vanadium i forbindelser, der udgør sekundære bjergarter, såsom ler, kalksten, sandsten, kul og jernmalme, er endnu ikke blevet præcist fastslået. Hillebrand troede på et tidspunkt, at vanadiumet i disse klipper er i den pentavalente tilstand, men undersøgelsen af ​​nogle vanadiumbærende sandsten2 i det vestlige Colorado, hvor vanadium viste sig at være trivalent, viste inkonsistensen i denne opfattelse.

Valensen af ​​vanadium i vanadiumoxid-arbejdskatalysatorer afhænger normalt ikke af sammensætningen, der tages til fremstilling af oxidet (V.2 O5, V2O4, V2O3), men af ​​sammensætningen af ​​reaktionsblandingen og procesbetingelserne. Under katalysen af ​​en hydrogen-oxygenblanding oxideres vanadiumoxider til V2O6, uanset deres oprindelige sammensætning.

Valensen af ​​vanadium i forbindelser, der udgør sekundære bjergarter, såsom ler, kalksten, sandsten, kul og jernmalme, er endnu ikke blevet præcist fastslået. Hillebrand troede på et tidspunkt, at vanadiumet i disse klipper er i den pentavalente tilstand, men undersøgelsen af ​​nogle vestlige Colorado-sandsten indeholdende vanadium 2, hvor vanadium viste sig at være trivalent, viste inkonsekvensen af ​​denne opfattelse.

Den gradvise farveændring forårsaget af faldet i valensen af ​​vanadium er tydeligt afsløret af virkningen af ​​Zn på saltsyreopløsningen af ​​NHUVO'er. Pentavalent niobium reduceres af zink i surt medium til Mb 3, mens Ta 5 slet ikke reduceres.

Det skal dog understreges, at valensen af ​​vanadium (og titanium), bestemt i produkterne af interaktion mellem katalysatorkomponenterne ved metoden med oxidativ hydrolytisk titrering, i mange tilfælde er væsentligt undervurderet.

En sådan nærhed af værdierne af de normale potentialer af de højere valensgrader af vanadium og chrom forårsager en stor lighed mellem redoxreaktionerne af disse elementer.

De mest undersøgte gode katalysatorer består af vanadiumforbindelser (vanadiumvalens tre eller højere) og aluminiumalkylderivater. Sammensætningen af ​​en af ​​komponenterne skal indeholde halogen. Separat indføring af komponenterne i det katalytiske system i reaktionsblandingen i nærværelse af monomeren foretrækkes. Den gennemsnitlige levetid for den aktive katalysator er kort og er ved 30°C ca. 5-10 minutter.

Ved dannelsen af ​​1 mol Al (C2H5) 2C1 falder valensen af ​​vanadium således med én enhed, og ved dannelsen af ​​1 mol Al (C2H5) 2OC2H5 med to enheder. Når værdien af ​​det initiale molforhold A1 (C2H5) 3: VOC13 er mere end 2, stiger klorindholdet i opløsningen. Dette forklares med vanskeligheden ved at reducere vanadium til en monovalent form og etablere en ligevægt.

Ved dannelsen af ​​1 mol Al (C2H5) 2C1 falder valensen af ​​vanadium således med én enhed, og ved dannelsen af ​​1 mol Al (C2H5) 2OC2H5 med to enheder. Når værdien af ​​det initiale molforhold A1 (C2H5) 3: VOCl3 er mere end 2, stiger chlorindholdet i opløsningen. Dette forklares med vanskeligheden ved at reducere vanadium til en monovalent form og etablere en ligevægt.

Vanadiumoxider med lavere valens er karakteriseret ved mere høje temperaturer smeltning, så opretholdelse af en lav valens af vanadium kan hjælpe med at reducere nedbrydningen af ​​zeolitten.

Ifølge denne mekanisme fortsætter oxidationen af ​​metallet under påvirkning af oxygen på grund af en ændring i vanadiums valens.

Det kan ses fra ovenstående skemaer, at ved dannelsen af ​​1 mol Al (C2H5) 2C1 falder valensen af ​​vanadium med en enhed, og ved dannelsen af ​​1 mol (C2H5) 2A10CgH5 med to enheder. Senere blev det fundet, at interaktionen af ​​A1 (C2H8) 3 med VOC13 i det første trin udelukkende forløber gennem vanadium-oxygen-bindingen, og i tilfælde af RA1 (OR) G1 - gennem vanadium-chlor-bindingen.

De fem kemiske forbindelser, der er opdaget i Bobos arbejde, falder i to grupper i henhold til deres egenskaber, afhængigt af vanadiums valens. Førstnævnte er let opløselige i fortyndede syrer, sidstnævnte kun i koncentrerede. UVO5 er det sværeste at opløse, det opløses kun i koncentreret varm svovlsyre. Forbindelser i den første gruppe er termisk ustabile, de smelter eller nedbrydes ved temperaturer tæt på smeltepunktet for VaO5 - UVOs5 smelter ved nedbrydning ved 750 C, og der dannes et porøst præparat indeholdende UsOs med lidt ændrede parametre. Forbindelser af den anden gruppe er termisk mere stabile. C, over hvilket det nedbrydes til uranoxid og vanadiumdioxid. C nedbrydes til UVOS og V2O5 i henhold til valensen af ​​vanadium i moderforbindelsen.

Det blev antaget, at primære aktive centre spontant kan omdannes til sekundære / mindre aktive / ved en monomolekylær mekanisme, deltage i reaktionen af ​​polymerkædevækst eller deaktiveres med et fald i vanadiumvalens. Denne sidstnævnte reaktion ser ud til at være bimolekylær og kan involvere zatomy nigyl.