Ванадий металл или неметалл

Содержание
  1. Ванадий — полезные свойства и особенности металла
  2. Что представляет собой
  3. История открытия
  4. Физико-химические характеристики
  5. Нахождение в природе
  6. Технология получения
  7. Области применения
  8. Другие отрасли промышленности
  9. ВПК
  10. Цены
  11. Значение для человека
  12. Ванадий металл или неметалл
  13. Соединения ванадия с кислородом
  14. Соединения ванадия с серой
  15. Соединения ванадия с кремнием
  16. Соединения ванадия с галогенами
  17. Ванадий
  18. Названия
  19. Месторождения
  20. Получение
  21. Физические свойства
  22. Изотопы
  23. Химические свойства
  24. Применение
  25. Производство
  26. Биологическая роль и воздействие
  27. Ванадий — химический элемент в таблице Менделеева
  28. Характерная валентность и степень окисления
  29. Простое вещество ванадий
  30. Нахождение в природе и изотопы
  31. Соединения ванадия
  32. Получение и применение металла
  33. Производство и получение ванадия
  34. Свойства ванадия
  35. Ванадий — дважды открытый
  36. История ⌛

Ванадий — полезные свойства и особенности металла

Ванадий металл или неметалл

Внешне этот металл неотличим от большинства собратьев, но его оксиды подобны радуге. Ванадий «помогает» создавать порох, улучшает свойства стали, изничтожает вредителей сельхозкультур.

Что представляет собой

Ванадий – это серебристо-серый металл, внешне напоминающий сталь.

Причислен к группе тугоплавких металлов. По некоторым классификациям считается тяжелым металлом.

Химический элемент системы Менделеева №23, международное обозначение – V, Vanadium.

Вещество наделено прочностью, пластичностью.

История открытия

История открытия металла «многосерийная»:

  • Первым (1801 год) его обнаружил, исследуя свинцовое сырье, мексиканский минералог Мануэль Дель Рио. Однако европейцы-химики не поверили в открытие. Под их напором Дель Рио и сам начал сомневаться. И озвучил новую версию: это был хромат свинца.
  • Через почти 30 лет его «переоткрыл» Нильс Сефстрем. Шведский химик обнаружил новое вещество, исследуя железную руду.
  • Одним из «отцов» считается Фридрих Велер. Он изучал то же мексиканское сырье, но из-за болезни прервал работу. Зато позднее поставил точку, доказав, что в составе руды был таки ванадий. Тем самым подтвердил приоритет Дель Рио.

Название тоже подобралось не сразу:

  • Первооткрыватель Мануэль Дель Рио, подивившись разнообразию колористики вещества, предложил название «панхромий». Второй вариант – «эритроний».
  • Красоту окраски нового элемента оценили и Иенс Берцелиус с Сефстремом. Скандинавы ожидаемо предложили свой вариант – по имени богини скандинавского пантеона Фрейи (аналог греческой Венеры). На древнескандинавском оно звучит как Ванадис.

Отдать должное первооткрывателю Дель Рио попытался геолог Джордж Фезерстонхау.

Он предложил переименовать элемент «рионием», но поддержки не нашел.

Физико-химические характеристики

Металл равнодушен к воздействию воздуха, воды, щелочных растворов. Такая инертность «роднит» благородные газы (аргон, ксенон, гелий, криптон) с ванадием.

Основные свойства металла:

  • Растворяется царской водкой, плавиковой кислотой, горячими концентрированными азотной, серной кислотами.
  • Пластичен, порог появления хрупкости – +300°C.
  • Хрупким металл делают примеси азота, кислорода, водорода.
  • Соединения вещества токсичны.

Известны следующие оксиды ванадия:

Систематическое наименованиеХим. формулаПлотность, г/см³Температура плавления, °CТемпература кипения, °CМолярная масса, г/мольЦвет
Оксид ванадия(II)VO5,76~1830310066,94Чёрный
Оксид ванадия(III)V2O34,8719673000149,88Чёрный
Оксид ванадия(IV)VO24,571 г/см³1542270082,94Тёмно-голубой
Оксид ванадия(V)V2O53,3576702030181,88Красно-жёлтый

Это типичный переходный металл: наделен переменными степенями окисления, образует комплексные соединения. Зарегистрировано 84 соединения ванадия, основные – оксиды, ванадаты, сульфиды.

Свойства атомаНазвание, символ, номерАтомная масса(молярная масса)Электронная конфигурацияРадиус атомаХимические свойстваКовалентный радиусРадиус ионаЭлектроотрицательностьЭлектродный потенциалСтепени окисленияЭнергия ионизации(первый электрон)Термодинамические свойства простого веществаПлотность (при н. у.)Температура плавленияТемпература кипенияУд. теплота плавленияУд. теплота испаренияМолярная теплоёмкостьМолярный объёмКристаллическая решётка простого веществаСтруктура решёткиПараметры решёткиТемпература ДебаяПрочие характеристикиТеплопроводностьНомер CAS
Вана́дий / Vanadium (V), 23
50,9415(1) а. е. м. (г/моль)
[Ar] 3d3 4s2
134 пм
122 пм
(+5e)59 (+3e)74 пм
1,63 (шкала Полинга)
0
5, 4, 3, 2, 0
 650,1 (6,74) кДж/моль (эВ)
6,11 г/см³
2160 К (1887 °C)
3650 К (3377 °C)
17,5 кДж/моль
460 кДж/моль
24,95 Дж/(K·моль)
8,35 см³/моль
кубическаяобъёмноцентрированная
3,024 Å
390 K
(300 K) 30,7 Вт/(м·К)
7440-62-2

Оксиды металла разной валентности отличаются по цвету: черный (II III), глубокий голубой (IV), оранжевый (V).

Нахождение в природе

Металл не относится к редким элементам: на планете он 20-й по распространенности.

Каждая тонна земной коры содержит в среднем 260 г ванадия.

Это рассеянный элемент, в свободном виде в природе не представленный:

  • Главный источник ванадия как металла – магматические породы (базальты, габбро), бокситы, железные руды.
  • Его соединения зафиксированы в океанской воде. Из нее металл извлекают, например, японцы.
  • Самый экзотичный источник металла – асцидии. Эти морские обитатели высасывают металл прямо из воды.

РЭМ изображение кристаллов ванадия, полученных методом электролиза

Их выращивание поставлено на поток в той же Японии. Плантации разбивают на побережье, собранный «урожай» сушат, сжигают.

Зола асцидий богаче ванадием, чем большинство земных месторождений.

Технология получения

Основной поставщик вещества – железные руды с примесью ванадия.

Металлический продукт получают несколькими способами:

  • Термовосстановление оксида из карбонатов, соединений кальция, магния.
  • Термическое разложение иодида ванадия.

Высокой чистоты (95-99%) продукта добиваются рафинированием. Для этого задействуется электролиз расплава галогенидов вещества и вакуумная плавка.

Бруски ванадия 99,95 % чистоты, полученные переплавкой в электронном пучке. Поверхность брусков протравлена для проявления структуры

Российскими учеными созданы наногабаритные модификации оксида ванадия.

Области применения

Свойства ванадия обусловили его востребованность гражданским и военным промышленным комплексом.

90% сырья забирает металлургия. Здесь главный способ применения ванадия – как добавки-лигатуры к сталям:

  • Благодаря ему стали, титановые сплавы делаются прочнее, вязче, эластичнее, устойчивее к износу, коррозии, жару.

Достоинства сталей с ванадием оценил «отец» американского автопрома Генри Форд в начале XX века.

  • Продукция представлена прокатом (прутки, проволока, лист, трубка), слитками, порошком.

Российская номенклатура сталей предусматривает маркировку ванадия в их составе буквой Ф.

  • Есть варианты с покрытием для регионов с экстремальным климатом.

Самые востребованные соединения металла – сплавы с титаном и хромом. Из последнего выполняют ручной инструмент (например, гаечные ключи, ножи).

Хром в сплавах понижает токсичность ванадия.

Другие отрасли промышленности

Металл, сплавы используются в широком ассортименте операций и изделий:

  • двигатели самолетов, ракет, другой космической техники;
  • постоянные магниты;
  • литиевые батареи, аккумуляторы;
  • крекинг нефти.

Также применяется атомно-водородной энергетикой (ядерные реакторы), как химический источник тока.

Это стойкий пигмент для лаков, красок, керамики, текстиля, стекла.

Одной массовой части пятиокиси ванадия достаточно для яркой окраски 200 тысяч частей бесцветной анилиновой соли.

ВПК

Соединения металла – катализатор при производстве серной кислоты.

Она – исходник для создания нитроклетчатки. А нитроклетчатка – основной компонент пороха.

В «пороховом» сегменте ванадий вытеснил элитную платину.

Цены

Ванадиевые месторождения есть в нескольких странах, включая Россию и США. Однако половина мирового производства сосредоточена в Китае.

Он и диктует цены. Особенность ценообразования – учет вида продукции.

Самые дорогие позиции – пруток и прокат ванадия ($1800-2000/кг). Слитки на порядок дешевле, на два порядка – оксид, другие соединения.

Значение для человека

В организме человека металл аккумулируется костной и жировой тканями.

Суточная потребность человека в ванадии – 10-60 мкг, в зависимости от возраста и массы тела.

Как правило, она обеспечивается продуктами питания.

Металлом богаты разные пищевые группы:

  • крупы – гречка, неочищенный рис;
  • бобовые – горох, фасоль;
  • злаки – пшеница, рожь, овес, ячмень;
  • овощи – картофель, свекла, морковь, редис, салат;
  • фрукты, ягоды – вишня, груша, земляника.

Металл участвует в регулировании липидного, углеводного обмена, выработке энергии. Активирует кровь, растворяет «плохой» холестерин.

Токсичен переизбыток вещества. Это фактор риска для работников металлургических предприятий.

Организм человека средней комплекции (68-72 кг) содержит 0,0001 г ванадия. Отравление вызывает ее двойное превышение. Смертельная доза – 0,002-0,004 г.

Ванадий металл или неметалл

Ванадий металл или неметалл

Ванадий впервые был открыт в 1802 году Андресом дель Рио, мексиканским борцом за свободу родины, химиком и минералогом, работавшим с мексиканской свинцовой рудой.Дель Рио назвал открытый элемент панхромиумом, или эритронием за способность давать разнообразно окрашенные и, в частности, красные соединения.

Однако сообщение Дель Рио прошло незамеченным, тем более что он сам не был твердо уверен в том, что полученное им красное вещество не представляет собой загрязненный хромат свинца.

Вслед за дель Рио рудами, содержащими ванадий, начал заниматься Велер, но по каким то причинам отложил работу, и таким образом честь окончательного открытия ванадия перешла к скандинавскому ученому Зефштерму, установившему в 1830 году присутствие нового элемента в норвежских железных рудах и давшему ему название ванадий в честь мифологической скандинавской богини красоты Ванадис.

В 1834 году ванадий был найден в свинцовой руде на Урале, а в 1839 году — инженером Шубиным в пермских медистых песчаниках.Своеобразные свойства ванадия, которые были замечены уже первыми его исследователями, наряду с обстоятельствами, сопровождавшими его открытие, вызвали повышенный интерес к новому элементу.

В числе исследователей, изучавших химию ванадия следует упомянуть Роско, установившего главнейшие свойства ванадия и впервые получившего его в виде металла.Ванадий относится к пятой группе, расположен в четвертом периоде. Его аналогами являются ниобий и тантал, вместе с которыми ванадий и образует основную подгруппу пятой группы. Высшая валентность ванадия равна пяти.

Расположение электронов в атоме ванадия следующее: 2, 8, 11, 2. . Основные характеристики ванадия:

Порядковый номер 23
Атомный вес 50,95
Плотность 5,5
Радиус атома 1,36
Радиус пятивалентного иона 0,64
Электросопротивление 0,6*10-4
Температура плавления 1917

Металлический ванадий устойчив на воздухе, довольно пластичен, хорошо шлифуется, полируется.Твердость его выше, чем у стали. Ванадий устойчив по отношению к кислотам. На холоду ванадий растворяется в царской водке и в азотной кислоте.

Однако выделение ванадия в виде металла сопряжено с большими трудностями вследствие его исключительно высокой реакционной способности: ванадий реагирует при нагревании не только с восстановителями — углеродом и водородом, но и с азотом; соединяется также с хлором, бромом и серой. Концентрированная серная кислота и плавиковая кислота действуют на ванадий лишь при нагревании.

Ванадий устойчив также по отношению к растворам щелочей, однако в расплавленных щелочах он медленно растворяется, образуя соли ванадиевой кислоты.

Ванадий играет огромную  роль в металлургии как легирующий элемент.

В связи с этим за последние годы подробно исследованы механические свойства как самого ванадия разной степени чистоты, так и его сплавов, их коррозионная устойчивость в различных средах.

Изучены также диаграммы состояния ванадия со многими металлами, но и с неметаллами. Особое внимание уделяется системам  титан-ванадий , поскольку они лежат в основе некоторых пластичных титанаванадиевых конструкционных сплавов

Соединения ванадия с кислородом

Важнейшим кислородным соединением ванадия является его пятиокись имеющая в порошке коричневато-красный цвет. Пятиокись плавится при 650-675 °C., причем расплав также окрашен в красный цвет.

Пятиокись ванадия образуется при окислении металлического ванадия кислородом, а также при термическом разложении некоторых соединений ванадия.

Пятиокись ванадия является конечным продкутом при переработке ванадиевого сырья и служит исходным веществом для получения других соединений ванадия.

Пятиокись ванадия имеет кислотный характер.В воде она почти не растворима. При растворении пятиокиси ванадия в растворах щелочей образуются соли ванадиевой кислоты — ванадаты.

Аналогично пятиокиси фосфора пятиокись ванадия дает несколько типов кислот — метаванадиевую, пированадиевуюи ортованадиевую.

Двуокись ванадия представляет собой темно-синие, почти черные кристаллы или, в зависимости от способа получения, темно-зеленый порошок.

Двуокись может быть получена осторожным восстановлением пятиокиси, например сплавлением с щавелевой кислотой. Двуокись ванадия имеет амфотерный характер.

Трехокись ванадия может быть получена восстановлением пятиокиси ванадия, но в этом случае восстановление ведется водородом при 700°C.

Трехокись ванадия представляет собой черный блестящий кристаллический порошок, медленно растворяющийся в кислотах с образованием трехвалентного катиона.

Растворы солей трехвалентного ванадия, взаимодействуя с растворами щелочей, выделяют зеленый осадок гидрата окиси очень легко окисляющийся на воздухе.Соединения трехвалентного ванадия явялются весьма сильными восстановителями.

Несколько более устойчивыми на воздухе оказываются выделенные в виде фиолетовых кристаллов двойные сульфаты трехвалентного ванадия типа квасцов. Растворы этих солей имеют зеленый цвет.

При охлаждении сплавов пятиокиси ванадия с солями щелочных металлов выделяются ванадиевые бронзы.

Ванадиевые бронзы были впервые получены еще в начале 20 века и названы ванадико-ванадатами. Это название подчеркивало предположение о том, что в составе бронз находится ванадий разной степени валентности.

Сейчас, однако, методами рентгеновского анализа показано, что все атомы ванадия находятся в бронзе в одном валентном состоянии. Известно очень большое количество солей, производимых от ванадиевых кислот.

Наиболее устойчивы и практически важны метаванадаты.

Надо сказать, что вопросу о формах существования ванадия в растворе было посвящено очень много работ на протяжении ряда лет и что сейчас существуют различные точки зрения на строение ионов, особенно оранжевых изополиванадатов.

Соединения ванадия с серой

Также стоит упомянуть о соединениях с серой. При нагревании окислов ванадия в токе сероводорода образуется черный сульфид трехвалентного ванадия; сульфид пятивалентного ванадия, тоже черный, получается при нагревании трехокиси ванадия серой. Сульфид пятивалентного ванадия растворяется в сернистом аммонии и в растворах щелочей с образованием сульфосолей, дающих вишнево-красные растворы.

Сульфосоли получаются также при растворении пятиокиси ванадия в растворах соответствующих сульфидов или при действии сульфида аммония на растворы ванадия. Сульфасоли ванадия разлагаются кислотами с образованием сульфида пятивалентного ванадия. При действии сероводорода на растворы четырехвалентного ванадия также образуются сульфосоли, из которых при подкислении выпадает коричневый сульфид.

При исследовании процесса восстановления ванадия в токе сероводорода установлено, что состав образующегося сульфида близок к технолгическим данным.

Соединения ванадия с кремнием

Впервые силициды ванадия были получены в 1902 году Муассаном и Холлом при восстановлении оксида ванадия углеродом в присутствии кремния. В настоящее время диаграмма состояния изучена довольно подробно, причем установлено образование нескольких фаз перехода оксида ванадия.

Сплавы ванадия с кремнием устойчивы против окисления при высоких температурах, но уступают в этом отношении силицидам молибдена и вольфрама. Силицид является сверхпроводником. Теплоты образования силицидов ванадия из элементов установлены работами Голутвина и Козловской.

Ванадий образует два карбида — с гексагональной решеткой и с кубической, причем изоморфен соответствующим карбидам молибдена, вольфрама и тантала, а другой — соответствующим карбидам титана, циркония , тантала и ниобия.

Соединения ванадия с галогенами

Образование простых галогеноидов для пятивалентного ванадия не характерно: известен только фторид ванадия, получающийся непосредственными соединениями элементов при 300 °C.

Четырехвалентный ванадий образует не только фторид, но и хлорид, представляющий собой тяжелую красно-бурую жидкость с температурой плавления — 26 °C и температурой кипения 152 °C.

Четырехвалентный ванадий получается при взаимодействии ванадия и хлора при нагревании.

Ванадий

Ванадий металл или неметалл

Ванадий был открыт в 1801 году профессором минералогии из Мехико Андресом Мануэлем Дель Рио в свинцовых рудах.

Он обнаружил новый металл и предложил для него название «панхромий» из-за широкого диапазона цвета его соединений, сменив затем название на «эритроний».

Дель Рио не имел авторитета в научном мире Европы, и европейские химики усомнились в его результатах. Затем и сам Дель Рио потерял уверенность в своём открытии и заявил, что открыл всего лишь хромат свинца.

В 1830 году ванадий был открыт заново шведским химиком Нильсом Сефстрёмом в железной руде. Новому элементу название дали Берцелиус и Сефстрём.

Шанс открыть ванадий был у Фридриха Вёлера, исследовавшего мексиканскую руду, но он серьёзно отравился фтороводородом незадолго до открытия Сефстрёма и не смог продолжить исследования. Однако Вёлер довёл до конца исследование руды и окончательно доказал, что в ней содержится именно ванадий, а не хром.

Названия

Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именем скандинавской богини любви и красоты Фрейи (др.-сканд. Vanadís — дочь Ванов; Ванадис). В 1831 году геолог Шаблон:Iwq предложил переименовать ванадий в «риониум», но это предложение не было поддержано.

Месторождения

В течение первого десятилетия XX века большая часть ванадиевой руды добывалась американской компанией Vanadium из Минас-Рагра в Перу. Позднее увеличение спроса на уран привело к увеличению добычи руды этого металла.

Одной из основных урановых руд был карнотит, который также содержит ванадий. Таким образом, ванадий стал доступным как побочный продукт производства урана.

Со временем добыча урана стала обеспечивать большую долю спроса на ванадий.

Известны месторождения в Перу, США, ЮАР, Финляндии, Австралии, Армении, России, Турции, Англии.

Получение

В промышленности при получении ванадия из железных руд с его примесью сначала готовят концентрат, в котором содержание ванадия достигает 8—16 %.

Далее окислительной обработкой ванадий переводят в высшую степень окисления +5 и отделяют легко растворимый в воде ванадат натрия (Na) NaVO3.

При подкислении раствора серной кислотой выпадает осадок, который после высушивания содержит более 90 % ванадия.

Первичный концентрат восстанавливают в доменных печах и получают концентрат ванадия, который далее используют при выплавке сплава ванадия и железа — так называемого феррованадия (содержит от 35 до 80 % ванадия). Металлический ванадий можно приготовить восстановлением хлорида ванадия водородом (H), термическим восстановлением оксидов ванадия (V2O5 или V2O3) кальцием, термической диссоциацией VI2 и другими методами.

Некоторые из разновидностей асцидий обладают уникальной особенностью: в их крови содержится ванадий. Асцидии поглощают его из воды.

В Японии разводят асцидий на подводных плантациях, собирают урожай, сжигают и получают золу, в которой ванадий содержится в более высокой концентрации, чем в руде многих его месторождений.

Физические свойства

Бруски ванадия 99,95 % чистоты, полученные переплавкой в электронном пучке. Поверхность брусков протравлена для проявления структуры

Ванадий — пластичный металл серебристо-серого цвета, по внешнему виду похож на сталь.

Кристаллическая решётка кубическая объёмноцентрированная, a=3,024 Å, z=2, пространственная группа Im3m. Температура плавления 1920 °C, температура кипения 3400 °C, плотность 6,11 г/см³. При нагревании на воздухе выше 300 °C ванадий становится хрупким.

Примеси кислорода, водорода и азота резко снижают пластичность ванадия и повышают его твёрдость и хрупкость.

Изотопы

Природный ванадий состоит из двух изотопов: слаборадиоактивного 50V (изотопная распространённость 0,250 %) и стабильного 51V (99,750 %).

Период полураспада ванадия-50 равен 1,5⋅1017 лет, то есть для всех практических целей его можно считать стабильным; этот изотоп в 83 % случаев посредством электронного захвата превращается в 50Ti, а в 17 % случаев испытывает бета-минус-распад, превращаясь в 50Cr.

Известны 24 искусственных радиоактивных изотопа ванадия с массовым числом от 40 до 65 (а также 5 метастабильных состояний). Из них наиболее стабильны 49V (T1/2=337 дней) и 48V (T1/2=15,974 дня).

Химические свойства

Химически ванадий довольно инертен. Он имеет хорошую стойкость к коррозии, стоек к действию морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот, щелочей.

С кислородом ванадий образует несколько оксидов: VO, V2O3, VO2,V2O5. Оранжевый V2O5 — кислотный оксид, тёмно-синий VO2 — амфотерный, остальные оксиды ванадия — основные.

Известны следующие оксиды ванадия:

НазваниеФормулаПлотностьТемпература плавленияТемпература кипенияЦвет
Оксид ванадия (II)VO5,76 г/см³~1830 °C3100 °CЧёрный
Оксид ванадия (III)V2O34,87 г/см³1967 °C3000 °CЧёрный
Оксид ванадия (IV)VO24,65 г/см³1542 °C2700 °CТёмно-голубой
Оксид ванадия (V)V2O53,357 г/см³670 °C2030 °CКрасно-жёлтый

Галогениды ванадия гидролизуются. С галогенами ванадий образует довольно летучие галогениды составов VX2 (X = F, Cl, Br, I), VX3, VX4 (X = F, Cl, Br), VF5 и несколько оксогалогенидов (VOCl, VOCl2, VOF3 и др.).

Соединения ванадия в степенях окисления +2 и +3 — сильные восстановители, в степени окисления +5 проявляют свойства окислителей. Известны тугоплавкий карбид ванадия VC (tпл=2800 °C), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия V2S5, силицид ванадия V3Si и другие соединения ванадия.

При взаимодействии V2O5 с осно́вными оксидами образуются ванадаты — соли ванадиевой кислоты вероятного состава HVO3.

Взаимодействует с кислотами.

  • С концентрированной азотной кислотой:

 V + 6HNO3 →t∘ VO2NO3 + 5NO2↑ + 3H2O

Применение

Водородная энергетика

Хлорид ванадия применяется при термохимическом разложении воды в атомно-водородной энергетике (ванадий-хлоридный цикл «Дженерал Моторс», США).

Химические источники тока

Пентаоксид ванадия широко применяется в качестве положительного электрода (анода) в мощных литиевых батареях и аккумуляторах. Ванадат серебра в резервных батареях в качестве катода.

В производстве серной кислоты

Оксид ванадия(V) используется как катализатор на стадии превращения сернистого ангидрида в серный.

Металлургия

Свыше 90 % всего производимого ванадия находит применение в качестве легирующей добавки в сталях, главным образом, высокопрочных низколегированных, в меньшей степени, нержавеющих и инструментальных, а также в производстве высокопрочных титановых сплавов, основанных на системе Ti-6Al-4V (в российской классификации — ВТ6, содержит около 4 % ванадия).

В сталях ванадий образует мелкодисперсные карбиды VC, что повышает механические свойства и стабильность структуры. Его применение особенно эффективно совместно с вольфрамом, молибденом и никелем. В конструкционных сталях содержание ванадия не превышает, как правило, 0,25 %, в инструментальных и быстрорежущих доходит до 4 %.

В российской номенклатуре сталей ванадий обозначается буквой Ф.

Автомобильная промышленность

Ванадий используется в деталях, требующих очень высокой прочности, таких как поршни автомобильных двигателей. Американский промышленник Генри Форд отмечал важную роль ванадия в автомобильной промышленности. «Если бы не было ванадия — не было бы автомобиля». — Говорил Форд. Ванадиевая сталь позволила уменьшить вес при увеличении прочности при растяжении

Электроника

Материал на основе диоксидов ванадия и титана используют при создании компьютеров и другой электроники.

Нефтедобыча

Ванадиевая сталь используется при создании погружных буровых платформ для бурения нефтяных скважин.

Сувенирная продукция

Частные компании США выпускают медали и коллекционные жетоны из чистого ванадия. Одна из ванадиевых медалей вышла в 2011 году.

Производство

  • Россия: Евраз Ванадий Тула, Чусовской металлургический завод
  • Чехия: Мнишек-под-Брди
  • США: Хот-Спрингс
  • ЮАР: Бритс

Биологическая роль и воздействие

Ванадий и все его соединения токсичны. Наиболее токсичны соединения пятивалентного ванадия. Чрезвычайно ядовит его оксид(V) (ядовит при попадании внутрь организма и при вдыхании, поражает дыхательную систему). Смертельная доза ЛД50 оксида ванадия(V) для крыс орально составляет 10 мг/кг.

Ванадий и его соединения очень токсичны для водных организмов (окружающей среды).

Установлено, что ванадий может тормозить синтез жирных кислот, подавлять образование холестерина. Ванадий ингибирует ряд ферментных систем, тормозит фосфорилирование и синтез АТФ, снижает уровень коферментов А и Q, стимулирует активность моноаминоксидазы и окислительное фосфорилирование. Известно также, что при шизофрении содержание ванадия в крови значительно повышается.

Избыточное поступление ванадия в организм обычно связано с экологическими и производственными факторами.

При остром воздействии токсических доз ванадия у рабочих отмечаются местные воспалительные реакции кожи и слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей, скопление слизи в бронхах и альвеолах.

Возникают и системные аллергические реакции типа астмы и экземы; а также лейкопения и анемия, которые сопровождаются нарушениями основных биохимических параметров организма.

При введении ванадия животным (в дозах 25—50 мкг/кг), отмечается замедление роста, диарея и увеличение смертности.

Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза — 2—4 мг.

https://www.youtube.com/watch?v=WiNxbuGxoy0u0026t=1s

Повышенное содержание белков и хрома в рационе снижает токсическое действие ванадия. Нормы потребления для этого минерального вещества не установлены.

Кроме того, высокое содержание выявлено у некоторых морских беспозвоночных (голотурий и асцидий), у которых ванадий входит в состав белковых комплексов плазмы и форменных элементах крови и целомической жидкости. В клетках крови асцидий массовая доля ванадия может доходить до 8,75 %.

Функция элемента в организме до конца не ясна, разные учёные считают его отвечающим либо за перенос кислорода в организме этих животных, либо за перенос питательных веществ.

С точки зрения практического использования — возможна добыча ванадия из этих организмов, экономическая окупаемость таких «морских плантаций» на данный момент не ясна, но в Японии имеются пробные варианты.

Ванадий — химический элемент в таблице Менделеева

Если характеризовать данный элемент по положению в периодической системе, то можно выделить несколько основных пунктов.

  1. Располагается в четвертом большом периоде, пятой группе, главной подгруппе.
  2. Порядковый номер — 23.
  3. Атомная масса элемента — 50,9415.
  4. Химический символ — V.
  5. Латинское название — vanadium.
  6. Русское название — ванадий. Химический элемент в формулах читается как «ванадий».
  7. Является типичным металлом, проявляет восстановительные свойства.

По положению в системе элементов очевидно, что как простое вещество данный элемент будет иметь свойства, схожие с таковыми у тантала и ниобия.

Ванадий — химический элемент, строение атома которого выражается общей электронной формулой 3d34s2. Очевидно, что благодаря такой конфигурации и валентности, и степени окисления могут проявлять неодинаковые значения.

Данная формула позволяет предсказать свойства ванадия как простого вещества — это типичный металл, образующий большое количество различных соединений, в том числе комплексных.

Характерная валентность и степень окисления

Благодаря наличию трех неспаренных электронов на 3d подуровне ванадий может проявлять степень окисления +3. Однако она не единственная. Всего выделяют четыре возможные значения:

При этом ванадий — химический элемент, валентность которого также имеет два показателя: IV и V. Именно поэтому соединений у данного атома просто множество, и все они имеют красивую цветную окраску. Особенно этим славятся водные комплексы и соли металла.

Если говорить об истории открытия данного металла, то следует обратиться к к началу XVIII века.

Именно в этот период, в 1801 году, мексиканец дель Рио сумел обнаружить неизвестный ему элемент в составе свинцовой горной породы, образец которой он исследовал.

Проведя ряд опытов, дель Рио получил несколько красиво окрашенных солей металла. Он дал ему название «эритрон», однако позже принял его за соли хрома, поэтому пальму первенства в открытии не получил.

Позже другой ученый, швед Сефстрем, сумел получить этот металл, выделив его из состава железной руды. У этого химика сомнений в том, что элемент новый и неизвестный, не было. Поэтому первооткрывателем является именно он. Вместе с Йенсом Берцелиусом он дал название открытому элементу — ванадий.

Почему именно такое? В древнескандинавской мифологии есть одна богиня, которая является олицетворением любви, стойкости, верности и преданности. Она же богиня красоты. Ее имя было Ванадис.

После того как учеными были изучены свойства соединений элемента, им стало совершенно очевидно, что они очень красивые, цветные. А добавка металла к сплавам резко повышает их качество и прочность и устойчивость.

Поэтому в честь богини Ванадис и было дано название необычному и важному металлу.

Ванадий — химический элемент, который в виде простого вещества был получен еще позже. Лишь в 1869 году английский химик Г. Роско сумел выделить металл в свободном виде из горной породы. Другим ученым Ф.

Веллером было доказано, что обнаруженный когда-то дель Рио «хром» является ванадием. Однако мексиканец до этого дня не дожил и о своем открытии так и не узнал. В Россию название элемента пришло благодаря Г. И.

Гессу.

Простое вещество ванадий

Как простое вещество рассматриваемый атом представляет собой металл. Он обладает рядом физических свойств.

  1. Цвет: серебристо-белый, блестящий.
  2. Хрупкий, твердый, тяжелый, так как плотность составляет 6,11 г/см3.
  3. Температура плавления — 1920 0С, что позволяет отнести его к тугоплавким металлам.
  4. На воздухе не окисляется.

Так как в свободном виде встретить его в природе невозможно, то людям приходится выделять его из состава различных минералов и пород.

Ванадий — химический элемент-металл, который проявляет достаточно высокую химическую активность при нагревании и определенных условиях. Если же говорить о стандартных параметрах окружающей среды, то он способен реагировать лишь с концентрированными кислотами, царской водкой.

С некоторыми неметаллами формирует бинарные соединения, реакции проходят при больших температурах. В расплавах щелочей растворяется, формируя комплексы — ванадаты. Кислород как сильный окислитель растворяется в ванадии, причем тем больше, чем выше температура нагревания смеси.

Нахождение в природе и изотопы

Если говорить о распространенности рассматриваемого атома в природе, то ванадий — химический элемент, который относится к рассеянным. Он входит в состав практически всех крупных горных пород, руд и минералов. Но нигде его не бывает больше 2%.

в земной коре значительно и составляет 1,9*10-7. По этому показателю он стоит впереди меди, цинка, свинца. Собственные горные породы металл не формирует, однако существует несколько месторождений, которые считаются именно ванадиевыми. В них содержится железо, в кристаллическую решетку которого встроены атомы ванадия в большом количестве.

Это такие породы, как:

  • ванадинит;
  • патронит;
  • карнотит;
  • чилеит.

Также можно встретить рассматриваемый металл в составе:

  • золы растений;
  • океанской воды;
  • тел асцидий, голотурий;
  • организмов наземных растений и животных.

Если говорить об изотопах ванадия, то их всего два: с массовым числом 51, которого подавляющее большинство — 99,77%, и с массовым числом 50, который является рассеянным радиоактивным и встречается в ничтожных количествах.

Соединения ванадия

Выше мы уже указывали на то, что как химический элемент данный металл проявляет достаточную активность, чтобы сформировать большое количество различных соединений. Так, известны следующие типы веществ с участием ванадия.

  1. Оксиды.
  2. Гидроксиды.
  3. Бинарные соли (хлориды, фториды, бромиды, сульфиды, йодиды).
  4. Оксисоединения (оксихлориды, оксибромиды, окситрифториды и прочие).
  5. Комплексные соли.

Так как валентность элемента варьируется достаточно широко, то и веществ получается немало. отличительная особенность всех их — это окраска.

Ванадий — химический элемент, разбор соединений которого показывает, что цвет может колебаться от белого и желтого до красного и синего, включая оттенки зеленого, оранжевого, черного и фиолетового.

Отчасти именно это послужило причиной, по которой дали название атому, ведь это действительно выглядит очень красиво.

Однако многие из соединений получаются лишь при достаточно жестких условиях проведения реакции. Кроме того, большинство из них — токсичные, опасные для человека вещества. Агрегатное состояние веществ может быть самым разным. Например, хлориды, бромиды и фториды — чаще всего темно-розовые, зеленые или черные кристаллы. А оксиды — в виде порошков.

Получение и применение металла

Получают ванадий, выделяя его из горных пород и руд. Причем те минералы, которые содержат даже 1% металла, считаются чрезвычайно богатыми на ванадий. После отделения образца смеси железа и ванадия его переводят в концентрированный раствор. Из него выделяют подкислением ванадат натрия, из которого в дальнейшем получают сильно концентрированный образец, с содержанием металла до 90%.

Затем этот высушенный осадок прокаливают в печи и восстанавливают ванадий до металлического состояния. В таком виде материал готов к использованию.

Ванадий — химический элемент, который находит достаточно широкое применение в промышленности. Особенно в машиностроении и выплавке сплавов из стали. Можно определить несколько основных областей использования металла.

  1. Текстильная промышленность.
  2. Стекловарение.
  3. Производство керамики и резины.
  4. Лакокрасочная промышленность.
  5. Получение и синтез химических веществ (сернокислое производство).
  6. Изготовление ядерных реакторов.
  7. Авиационное и кораблестроение, машиностроение.

Ванадий — очень важный легирующий компонент для получения легких, прочных, устойчивых к коррозии сплавов, в основном стали. Не зря его называют «автомобильным металлом».

Производство и получение ванадия

Ванадий – химический элемент периодической системы Менделеева, которому присвоен 23 атомный номер. Данный элемент является редким представителем черных металлов. Его открытие в истории произошло дважды. Первооткрывателем был А.М.

https://www.youtube.com/watch?v=AFsNHdJoilMu0026t=136s

Дель Рио из Мексики, обнаруживший металл в составе руд бурого цвета, которые приобретали красноватый окрас при воздействии на них температурами. Однако, официальным открывателем ванадия считается шведский химик Н.Г. Сефстрем.

Он обнаружил данный металл в ходе исследования местной железной руды, в результате чего получил вещество и назвал его Ванадий, отождествляя с древнегреческой богиней красоты Ванадис.

Свойства ванадия

Ванадий в чистом виде имеет светло-серый окрас. Его вес в полтора раза меньше веса железа. В условиях комнатных температур при относительно низкой влажности ванадий пассивен химически, однако при воздействии на него более высокими температурами легко соединяется с кислородом, азотом и другими элементами. Ванадий обладает высокой пластичностью и плотностью, составляющей 6,11 г/см3.

Ванадий — дважды открытый

Ванадий металл или неметалл

› Металлы

21.10.2020

Удивительный металл, который неизвестно зачем накапливают асцидии и мухоморы. Ванадия много в морской и минеральной воде. А источники горы Фудзиямы содержат рекордное (до 54 микрограмм на литр) количество металла. Отчего природа так распорядилась своим богатством, еще предстоит выяснить ученым.

История ⌛

Ванадий — металл, который открыли два раза.

Первый раз это было, когда минералог дель-Рио исследовал свинцовые руды из Мексики.

«Сводил» руду с разными веществами и получал соли и окислы неведомого металла. Ученого очаровали цвета соединений, потому он и назвал новый металл панхромием (многоцветный). Правда, потом он переименовал новый элемент в эритроний (красный). Этот цвет имеют один из окислов ванадия и некоторые его соли.

Дель-Рио сообщил ученому миру об открытии, и ревнивые химики ринулись перепроверять опыты. То же проделал и минералог. То ли он разочаровался в открытии, то ли что-то еще, но от открытия он отказался.

«Второе пришествие» нового элемента состоялось через 30 лет. Химик Сефстрем исследует шведскую руду, и находит отвергнутый элемент. Сефстрему повезло — он работал с Берцелиусом, а его авторитет в мире химии не подвергался сомнению. Так что металл признали, а открыватели нового элемента дали ему название ванадий.

Имя дали в честь прекрасной скандинавской богини любви и войны Фрейи, или Ванадис.

Сделай своими руками
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: