Відкрити головне меню

Ванадій

хімічний елемент з атомним номером 23

Вана́дій (V)— хімічний елемент з атомним номером 23 та його проста речовина — рідкісний, м'який і ковкий метал. Ванадій міститься в деяких мінералах і використовується в основному для виробництва певних сплавів.

Ванадій (V)
Атомний номер 23
Зовнішній вигляд простої речовини м'який, ковкий,
сріблясто-білий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса) 50,9415 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 134 пм
Енергія іонізації (перший електрон) 650,1(6,74) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Ar] 3d3 4s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 122 пм
Радіус іона (+5e)59 (+3e)74 пм
Електронегативність (за Полінгом) 1,63
Електродний потенціал 0
Ступені окиснення 5, 4, 3, 2, 0
Термодинамічні властивості
Густина 6,11 г/см³
Молярна теплоємність 0,485 Дж/(К·моль)
Теплопровідність 30,7 Вт/(м·К)
Температура плавлення 2160 К
Теплота плавлення 17,5 кДж/моль
Температура кипіння 3650 К
Теплота випаровування 460 кДж/моль
Молярний об'єм 8,35 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки кубічна
об'ємноцентрована
Період ґратки 3,020 Å
Відношення с/а n/a
Температура Дебая 390,00 К
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Ванадій у Вікісховищі?

Зміст

Загальна інформаціяРедагувати

Ванадій — метал сіро-сталевого кольору. Рідкісний. Середній вміст у земній корі — 0,02 мас.%. Відомо близько 80 мінералів — ванадатів природних, більшість з них — екзогенного походження. Основні мінерали: ванадиніт, карнотит, деклуазит.

ІсторіяРедагувати

Ванадій названий на честь богині краси древніх скандинавів — легендарної Фрейї Ванадіс. Це ім'я елементу дав 1831 року Габріель Сефстрем, професор Гірничого інституту Стокгольму. Він виділив елемент зі шлаку, що утворюється при плавленні руди в доменних печах. Свою роботу Сефстрем здійснив разом із учнем Єнсом Якобом Берцеліусом.

 
Надчистий ванадій 99,9 %, три зразки кристалів, показані різні текстури кристала і зеленувато окиснені поверхні, а також куб ванадію високої чистоти (99,95 %) 1 см³ для порівняння.

Об'єктивність вимагає сказати, що до Сефстрема цей елемент вже було виділено, і навіть не один, а двічі. 1801 року мексиканський мінералог Андрес Мануель дель Ріо виявив у свинцевій руді елемент і назвав його «еритронієм». Проте він сумнівався у своїх висновках, а тому вирішив, що має справу з недавно відкритим хромом.

Трохи раніше від Сефстрема до відкриття цього елемента підійшов Фрідріх Велер, той самий, з яким пов'язують перший в історії синтез органічної речовини в лабораторії. Велер досліджував привезені з Мексики руди (з якими мав справу і Дель Ріо) і знайшов у них щось, але він недоречно захворів, а коли відновив роботу і визначив, що має справу з новими елементом, Сефстрем вже опублікував своє відкриття. Отже, честь відкриття ванадію залишилася за Сефстремом.

Фрідріх Велер після цього написав товаришу про свою невдачу: «Мені випало бути справжнім віслюком, прогледівши новий елемент у свинцевій руді. Берцеліус не без іронії сміявся з того, як невдало, без затятості, стукався Велер у будинок богині Ванадіс».

Проте насправді Сефстрем виділив із шлаку не чистий метал, а тверді і жаростійкі його сполуки — карбіди ванадію. Він здобув порошок чорного кольору, а в чистому вигляді ванадій — ковкий метал світло сірого кольору. Це з'ясувалося лише після 1867 року (тобто тридцять років потому), коли ванадій та його сполуки як слід вивчили Генрі Енфілд Роско і Едуард Горнилі.

1869 — Роско вдалося вперше отримати ванадій 96-процентної чистоти. Метал виявився крихким і твердим, але, як вище говорилося, ванадій — ковкий, а не крихкий. Суперечності тут немає. По мірі видалення решти 4 % домішок ванадій стає дедалі пластичнішим і ковкішим.

ОтриманняРедагувати

Родовища і запасиРедагувати

Розмір атома ванадію близький до заліза і титану, тому у таких рудах він зазвичай є абсолютно розсіянним. Найвищі концентрації ванадію маєть деякі базальти, але і там вона становить 230-290 г/тонну.[1]. Зазвичай ванадій добувається з залізних руд, що містять його як домішку. Велика кількість відомих покладів ванадієвмістних руд зосереджена в Китаї (9 млн.тонн), Росії (5 млн. тонн), ПАР (3,5 млн. тонн) та Австралії (2,1 млн. тонн). Загальносвітовий видобуток ванадію в 2017 році склав 80 тисяч тонн, 72 тисячі з яких припали на Китай, Росію і ПАР, а майже вся решта — на Бразилію.[2].

Видобування з рудиРедагувати

 
Ванадій

У промисловості ванадій отримують із залізних руд. Спочатку з його домішкою готують концентрат, у якому вміст ванадію сягає 8-16 %. Далі окисненням ванадій переводять у вищий ступінь окиснення +5 і відокремлюють легко розчинний у воді ванадат натрію (Na) NaVO3. При підкисленні розчину сірчаною кислотою випадає осад, який після висушування містить понад 90 % ванадію. Первинний концентрат відновлюють в доменних печах і отримують концентрат ванадію, який далі використовують при виплавці сплаву ванадію і заліза — так званого феррованадію (містить від 35 до 80 % ванадію). Металевий ванадій можна приготувати відновленням хлориду ванадію воднем (H), кальційтермічним відновленням оксидів ванадію (V2O5 або V2O3), термічною дисоціацією VI2 та іншими методами.

ЗастосуванняРедагувати

Застосовують у металургії, виробництві електронних приладів тощо. Близько 90 % ванадію споживає чорна металургія як легуючі добавки до сталі та чавуну. Ванадій застосовують також як конструкційний матеріал в ядерних реакторах, а сплави на основі титану з добавками ванадію — в авіаційній і ракетній техніці. Сполуки ванадію часто отруйні. Використовують їх у медицині, фотографії, виробництві ванадієвої сталі, титанових сплавів, лакофарбовій промисловості тощо. Карбід ванадію VC використовують як покриття металевих поверхонь при плазмовому напиленні[3].

V2O5 — каталізатор окиснення діоксиду сірки при промисловому синтезі сірчаної кислоти.

Хімічні властивостіРедагувати

 
Колір сполук ванадію, зліва направо +2 (фіолетовий), +3 (зелений), +4 (синій), +5 (жовтий).

Ванадій досить інертний, стійкий до розведених кислот та лугів. Відомі сполуки в різних ступенях окиснення (+5, +4, +3, +2). Наприклад, оксиди: VO, V2O3, VO2,V2O5.

Галогеніди VX2 (X = F, Cl, Br, I), VX3, VX4 (X = F, Cl, Br), VF5 та оксогалогеніди (VOCl, VOCl2, VOF3 …).

Сполуки Ванадію +2 и +3 — сильні відновники.

Існують дослідження, що вказують на можливість використання солей ванадію у терапії при діабеті 2 типу[4].

Біологічне значенняРедагувати

Хоча наразі ванадій не входить до списку необхідних для людини елементів, деякі інші організми його потребують. Переважна більшість з них — морські. Деякі водорості містять ванадій у складі фермента Бромпероксидази[en][5], а деякі азотфіксуючі бактерії — у нітрогеназі.[6]. Асцидії і покривники акумулюють в собі ванадій, і мають для цього спеціальні клітини, що називають ванадоцитами.[7] Концентрація ванадію їх крові у мільйони разів вища, ніж у навколишній воді. З наземних організмів великі концентрації ванадію знайдені у звичайних мухоморах, хоча його біологічне значення для них достеменно не відоме.[8]

ПосиланняРедагувати

ПриміткиРедагувати

ЛітератураРедагувати