ВАНАДИЈУМ: ИСТОРИЈА, СВОЈСТВА, СТРУКТУРА, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2026

Ванадијум је трећи прелаз метала у периодном систему, коју представља хемијски симбол В. није популаран као других метала, али ко разуме челика и титаниумс сте чули помињање као један адитив за јачање у легура или алата. Физички је синоним за тврдоћу, а хемијски за боје.

Неки се хемичари усуђују да га опишу као метал камелеона који је способан да прихвати широк спектар боја у својим једињењима; Електронска својства која подсећају на метале манган и хром. У свом родном и чистом стању изгледа исто као и други метали: сребро, али са плавкастим нијансама. Једном захрђали, изгледа као што је приказано испод.

Метални комади ванадијума са танким преливајућим слојевима жутог оксида. Извор: Јурии

На овој слици је иридесценција оксида једва да се разликује, што зависи од обраде или површине металних кристала. Овај оксидни слој штити га од даље оксидације и, према томе, од корозије.

Таква отпорност на корозију, као и на термичко пуцање, пружа се легурама када им се додају В атоми. Све то, без превише повећања тежине, јер ванадијум није тежак метал, већ лак; за разлику од онога што многи могу помислити.

Име потиче од норвешке богиње Ванадис, из Скандинавије; међутим, откривено је у Мексику, као део ванадинитног минерала, Пб _{5 3} Цл, црвенкастих кристала. Проблем је био да то | добити од овог минерала и многих других, ванадијум морао да се трансформише у једињење лакше смањити од свог оксида, В ₂ О ₅ (која се редукује са калцијумом).

Остали извори ванадијума налазе се у морским бићима или у сировој нафти, "затвореној" унутар петропорфирина.

У раствору, боје које њена једињења могу да имају, у зависности од стања оксидације, су жута, плава, тамно зелена или љубичаста. Ванадијум се не истиче само по овим бројевима или оксидационим стањима (од -1 до +5), већ и по својој способности да на различите начине координира с биолошким окружењем.

Хемија ванадијума је обилна, тајанствена, а у поређењу са другим металима, још увек има пуно светлости које се мора пролити на њега ради његовог ближег разумевања.

Историја

Откриће

Мексику је дата част да је земља у којој је откривен овај елемент. Минералог Андрес Мануел дел Рио је 1801., анализирајући црвенкасти минерал који је сам назвао смеђим оловом (ванадинит, Пб _{5 3} Цл), извукао металне оксиде чије карактеристике нису одговарале карактеристикама било којег елемента познатог у то време.

Тако је први пут крстио овај елемент именом „Панцромо“ због богате разноликости боја његових једињења; затим га је преименовао у "Еритхроно", од грчке речи еритхрониум, што значи црвено.

Четири године касније, француски хемичар Хиполит Вицтор Цоллет Десцотилс успео је да натера Дел Рио да повуче своје тврдње сугеришући да еритрон није нови елемент већ нечистоћа хрома. И требало је више од двадесет година да се нешто сазна о овом заборављеном елементу откривеном у мексичким тлима.

Појава имена

Швајцарски хемичар Нилс Габриел Сефстром је 1830. године открио још један нови елемент у минералима гвожђа, који је назвао ванадијум; име које је добило од норвешке богиње Ванадис, у поређењу са својом лепотом и сјајним бојама једињења овог метала.

Исте године, немачки геолог Георге Виллиам Феатхерстонхаугх, нагласио је да су ванадијум и еритрон заправо исти елемент; и иако је желео да име реке победи називајући га „Рионио“, његов предлог није прихваћен.

Изолација

Да би се изоловао ванадијум било је потребно смањити га из минерала, а попут скандијума и титанијума, овај задатак није био лак због снажног афинитета за кисеоник. Прво је требало да се трансформише у врсте које су релативно лако редуковане; током процеса Берзелиус је 1831. године добио ванадијум нитрид, који је погрешно прихватио за нативни метал.

1867. је енглески хемичар Хенри Енфиелд Росцое, остварио смањење Ванадијум (ИИ) хлорид, ВЦЛ _2. да металне ванадијума користећи гасовити водоник. Међутим, метал који је произвео је нечист.

Коначно, означавајући почетак технолошког историје ванадијума, високе чистоће узорак је добијен редукцијом В ₂ О ₅ са металним калцијумом. Једна од његових првих истакнутих примена била је израда шасије аутомобила Форд Модел Т.

Својства

Физичка присутност

У свом чистом облику, сивкаст је метал с плавкастим тоновима, мекан и коктел. Међутим, ако је прекривен слојем оксида (посебно производа упаљача), он поприма упечатљиве боје као да је кристални камелеон.

Моларна маса

50.9415 г / мол

Тачка топљења

1910 ° Ц

Тачка кључања

3407 ° Ц

Густина

-6.0 г / мЛ, на собној температури

-5,5 г / мл, током талишта, то јест да се тешко топи.

Топлина фузије

21,5 кЈ / мол

Топлина испаравања

444 кЈ / мол

Моларни топлотни капацитет

24,89 Ј / (мол К)

Притисак паре

1 Па на 2101 К (практично занемарљиво чак и при високим температурама).

Електронегативност

1,63 по Паулинг-овој скали.

Енергије јонизације

Прво: 650,9 кЈ / мол (В ⁺ гас)

Друго: 1414 кЈ / мол (В ²⁺ гасовити)

Треће: 2830 кЈ / мол (В ³⁺ гасовити)

Мохсова тврдоћа

6.7

Декомпозиција

Када се загрева може испуштати отровне гасове В ₂ О ₅ .

Боје решења

С лева на десно, раствори са ванадијумом у различитим оксидационим стањима: +5, +4, +3 и +2. Извор: В. Оелен путем Википедије.

Једна од главних и запажених карактеристика ванадијума су боје његових једињења. Када се неки од њих растворе у киселом медијуму, раствори (углавном водени) показују боје које омогућавају разликовање једног броја или стања оксидације од другог.

На пример, слика изнад приказује четири епрувете са ванадијумом у различитим оксидационим стањима. Она на левој страни, жуте боје, одговара В ⁵⁺ , тачније као ВО ₂ ⁺ катион . Затим, следи катион ВО ²⁺ , са В ⁴⁺ , обојен у плаво; катион В ³⁺ , тамнозелене боје; и В ²⁺ , пурпурно или бордо.

Када се раствор састоји од смеше једињења В ⁴⁺ и В ⁵⁺ , добија се јарко зелена боја (производ жуте и плаве боје).

Реактивност

Тхе В ₂ О ₅ лаиер он ванадијума га штити да реагује са јаким киселинама, као што сумпорном или хлороводоничном, јаких база, а поред корозије узроковане даљом оксидацијом.

Када се загрева изнад 660 ° Ц, ванадијум оксидује у потпуности, изгледајући као жута чврста супстанца са иридесцентним сјајем (у зависности од углова његове површине). Овај жуто-наранџасти оксид се може растворити ако се дода азотна киселина, која ће вратити ванадијум у његову сребрну боју.

Изотопи

Скоро сви атоми ванадијума у ​​Универзуму (њих 99,75%) отприлике су изотопа ⁵¹ В, док врло мали део (0,25%) одговара изотопу ⁵⁰ В. Због тога није чудно да атомска тежина ванадијума је 50,9415 у (ближа 51 него 50).

Остали изотопи су радиоактивни и синтетички, са полуживотом (т _1/2 ) у распону између 330 дана ( ⁴⁹ В), 16 дана ( ⁴⁸ В), неколико сати или 10 секунди.

Структура и електронска конфигурација

Атоми ванадијума, В, су смештени у кубној (бцц) кристалној структури, производу њихове металне везе. Од структура је ова најмање густа, са својих пет валентних електрона који учествују у „мору електрона“, у складу са електронском конфигурацијом:

3д ³ 4с ²

Тако се три електрона 3д орбитале и два од 4с орбитала уједињују да би пролазили траку која настаје преклапањем валентних орбитала свих В атома кристала; јасно, објашњење засновано на теорији бенда.

Пошто су В атоми нешто мањи од метала са њихове леве стране (скандијум и титан) у периодичној табели, и с обзиром на њихове електронске карактеристике, њихова метална веза је јача; чињеница која се огледа у његовом највишем талишту, а самим тим и са више кохезивних атома.

Према рачунарским студијама, бцц структура ванадијума је стабилна чак и под огромним притисцима од 60 ГПа. Једном када се тај притисак прекорачи, његов кристал пролази кроз ромбоедарску фазу, која остаје стабилна до 434 ГПа; када се бцц структура поново појави.

Оксидациони бројеви

Сама електронска конфигурација ванадијума указује да његов атом може изгубити до пет електрона. Када се то догоди, племенити гас аргон постаје изоелектронски и претпоставља се постојање В ⁵⁺ катиона .

Исто тако, губитак електрона може бити постепен (у зависности од тога за које се врсте везују), с позитивним оксидацијским бројевима који варирају од +1 до +5; према томе, у њеним једињењима се претпоставља постојање одговарајућих катиона В ⁺ , В2 ⁺ и тако даље.

Ванадијум такође може да добије електроне, претварајући се у метални анион. Њени негативни оксидациони бројеви су: -1 (В ^- ) и -3 (В ^3- ). Конфигурација електрона В ^3- је:

3д ⁶ 4с ²

Иако му недостају четири електрона за комплетирање 3д орбитала, В ^3- је енергетски стабилнији од В ^7- , који би у теорији требао изузетно електропозитивне врсте (да му дају своје електроне).

Апликације

-Метал

Титанове легуре челика

Ванадијум пружа механичку, термичку и вибрациону отпорност, као и тврдоћу легурама у које се додаје. На пример, као ферованадијум (легура гвожђа и ванадијума) или ванадијум карбид, додаје се заједно са другим металима у челику или у титановим легурама.

На тај начин се стварају врло чврсти и лаки материјали, корисни за алате (бушилице и кључеви), зупчанике, аутомобилске или ваздухопловне делове, турбине, бицикле, млазне моторе, ножеве, зубне имплантате итд.

Такође, његове легуре са галијумом (В ₃ Га) су суперпроводне и користе се за производњу магнета. Такође, с обзиром на њихову слабу реактивност, легуре ванадија се користе за цеви у којима делују корозивни хемијски реагенси.

Ванадијум редокс батерије

Ванадиум је део редок батерија, ВРБ (за акроним на енглеском: Ванадиум Редок Баттери). Они се могу користити за подстицање производње електричне енергије из соларне и ветра енергије, као и из батерија у електричним возилима.

-Композити

Пигмент

В ₂ О ₅ користи се да се стаклу и керамици дају златна боја. С друге стране, њихово присуство у неким минералима чини их зеленкастим, што се догађа и са смарагдима (и захваљујући другим металима).

Катализатор

В ₂ О ₅ је такође катализатор употребљен за синтезу сумпорне киселине и анхидрида малеинске киселине киселине. Мешајући се са другим металним оксидима, катализује друге органске реакције, попут оксидације пропана и пропилена у акролеин и акрилну киселину.

Лековите

Лекови који се састоје од ванадијум комплекса сматрани су могућим и потенцијалним кандидатима за лечење дијабетеса и рака.

Биолошка улога

Чини иронично да ванадијум, као њене живописне и токсична једињења, његове јони (ВО ⁺ ВО ₂ ⁺ и ВО ₄ ^3- , углавном) у траговима су корисни и есенцијална за жива бића; посебно она морска станишта.

Разлози су усредсређени на његова стања оксидације, с колико лиганда у биолошком окружењу он координише (или у интеракцији са њима), на аналогију између ванадата и фосфатног аниона (ВО ₄ ^3- и ПО ₄ ^3- ) и на друге проучаване факторе од биоинорганских хемикалија.

Атоми ванадијума могу тада комуницирати са оним атомима који припадају ензимима или протеинима, било са четири (координацијски тетраедар), пет (квадратна пирамида или друге геометрије) или шест. Ако се то догоди, покреће се повољна реакција за тело, каже се да ванадијум врши фармаколошку активност.

На пример, постоје халопероксидазе: ензими који могу користити ванадијум као кофактор. Такође постоје ванабини (у ванадоцитним ћелијама плашта), фосфорилазе, нитрогеназе, трансферини и серумски албумини (сисара), способни да комуницирају са овим металом.

Органски молекул или ванадијев координациони комплекс зван амавадин присутан је у телима неких гљивица, попут Аманита мусцариа (доња слика).

Гљива Аманита мусцариа. Извор: Пикабаи.

И на крају, у неким комплексима ванадијум може бити садржан у групи хема, као што је случај са гвожђем у хемоглобину.

Референце

1. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија . (Четврто издање). Мц Грав Хилл.
2. Википедиа. (2019). Ванадијум. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Асхок К. Верма и П. Модак. (сф) Фононска нестабилност и прелази структуралне фазе у Ванадијуму под високим притиском. Одељење за физику високог притиска, Бхабха Атомиц Ресеарцх Центер, Тромбаи, Мумбаи-400085, Индиа.
4. Хелменстине, др Анне Марие (03. јула 2019.). Чињенице о ванадијуму (В или Атомски број 23). Опоравак од: тхинкцо.цом
5. Рицхард Миллс. (24. октобар 2017.). Ванадијум: Метал без кога не можемо и не производимо га. Глациер Медиа Гроуп. Опоравак од: мининг.цом
6. Национални центар за информације о биотехнологији. (2019). Ванадијум. ПубЦхем база података. ЦИД = 23990. Опоравак од: пубцхем.нцби.нлм.них.гов
7. Цларк Јим. (2015). Ванадијум. Опоравак од: цхемгуиде.цо.ук
8. Пиерце Сарах. (2019). Шта је ванадијум? Употребе, чињенице и изотопи. Студи. Опоравак од: студи.цом
9. Цранс & цол. (2004). Хемија и биохемија ванадијума и биолошке активности ванидијумских једињења. Департман за хемију, Државни универзитет у Колораду, Форт Цоллинс, Колорадо 80523-1872.