vanadiu Este al treilea metal de tranziție din tabelul periodic, reprezentat de simbolul chimic V. Nu este la fel de popular ca alte metale, dar cei care înțeleg oțelurile și titaniul vor fi auzit despre el ca un aditiv pentru armarea acestuia în aliaje sau scule. Fizic este sinonim cu duritatea și chimic cu culorile.
Unii chimisti îndrăznesc să-l descrie ca un metal cameleon, capabil să adopte o gamă largă de culori în compușii săi; proprietate electronică care seamănă cu cea a metalelor mangan și crom. În starea sa nativă și pură, arată la fel ca și alte metale: argintiu, dar cu nuanțe albăstrui. Odată ruginit, arată așa cum se arată mai jos.
În această imagine, iridescența oxidului abia se distinge, ceea ce depinde de finisajele sau suprafața cristalelor metalice. Acest strat de oxid îl protejează de oxidarea ulterioară și, prin urmare, de coroziune.
O astfel de rezistență la coroziune, precum și fisurarea termică, este asigurată aliajelor atunci când li se adaugă atomi de V. Toate acestea, fără a-și ridica prea mult greutatea, deoarece vanadiul nu este un metal greu, ci unul ușor; spre deosebire de ceea ce mulți ar putea crede.
Numele său provine de la zeița nordică Vanadís, din Scandinavia; cu toate acestea, a fost descoperit în Mexic, ca parte a mineralului vanadinit, Pb5[VO4]3Cl, de cristale roșiatice. Problema a fost că pentru a-l obține din acest mineral și din multe altele, vanadiul trebuia transformat într-un compus mai ușor de redus decât oxidul său, VDouăSAU5 (care este redus de calciu).
Alte surse de vanadiu se găsesc în ființele marine sau în țiței, „închis” în petroporfirine..
În soluție, culorile pe care le pot avea compușii săi, în funcție de starea lor de oxidare, sunt galben, albastru, verde închis sau violet. Vanadiul se remarcă nu numai pentru aceste cifre sau stări de oxidare (de la -1 la +5), ci și pentru capacitatea sa de a se coordona în diferite moduri cu mediile biologice.
Chimia vanadiului este abundentă, misterioasă și, în comparație cu alte metale, există încă multă lumină care trebuie aruncată asupra ei pentru o înțelegere strânsă..
Indice articol
Mexicul are onoarea de a fi fost țara în care a fost descoperit acest element. Mineralogul Andrés Manuel del Río, în 1801, a analizat un mineral roșiatic pe care el însuși l-a numit plumb brun (vanadinite, Pb5[VO4]3Cl), au extras niște oxizi metalici ale căror caracteristici nu corespundeau cu cele ale vreunui element cunoscut la acea vreme.
Astfel, el a botezat mai întâi acest element cu numele de „Pancromo” datorită varietății bogate de culori a compușilor săi; apoi l-a redenumit „Erythrono”, din cuvântul grecesc erythronium, care înseamnă roșu.
Patru ani mai târziu, chimistul francez Hippolyte Victor Collet Descotils, a reușit să-l facă pe Del Río să-și retragă afirmațiile sugerând că eritronul nu era un element nou, ci impuritățile cromului. Și a trecut mai mult de douăzeci de ani pentru ca ceva să fie cunoscut despre acest element uitat descoperit în solurile mexicane..
În 1830, chimistul elvețian Nils Gabriel Sefström, a descoperit un alt element nou în minereuri de fier, pe care l-a numit vanadiu; nume care derivă din zeița nordică Vanadís, în comparație cu frumusețea sa cu culorile strălucitoare ale compușilor acestui metal.
În același an, geologul german George William Featherstonhaugh a subliniat că vanadiul și eritronul erau de fapt același element; Și, deși dorea ca numele râului să prevaleze numindu-l „Rionio”, propunerea sa nu a fost acceptată.
Pentru a izola vanadiul a fost necesar să-l reducem din mineralele sale și, la fel ca scandiul și titanul, această sarcină nu a fost ușoară datorită afinității sale tenace pentru oxigen. Mai întâi a trebuit să fie transformat în specii relativ reduse; în acest proces, Berzelius a obținut nitrură de vanadiu în 1831, pe care a confundat-o cu metalul nativ.
În 1867 chimistul englez Henry Enfield Roscoe a realizat reducerea clorurii de vanadiu (II), VClDouă, la vanadiu metalic folosind hidrogen gazos. Cu toate acestea, metalul pe care l-a produs era impur.
În cele din urmă, marcând începutul istoriei tehnologice a vanadiului, s-a obținut o probă de înaltă puritate prin reducerea VDouăSAU5 cu calciu metalic. Una dintre primele sale utilizări proeminente a fost realizarea șasiului mașinii Ford Model T..
În forma sa pură, este un metal cenușiu cu nuanțe albăstrui, moale și ductil. Cu toate acestea, atunci când este acoperit cu un strat de oxid (în special produsul unei brichete), acesta ia culori izbitoare ca și cum ar fi un cameleon de cristal.
50,9415 g / mol
1910 ° C
3407 ° C
-6,0 g / ml, la temperatura camerei
-5,5 g / mL, la punctul de topire, adică se topește cu greu.
21,5 kJ / mol
444 kJ / mol
Capacitatea de căldură molară
24,89 J / (mol K)
1 Pa la 2101 K (practic neglijabil chiar și la temperaturi ridicate).
1,63 pe scara Pauling.
Mai întâi: 650,9 kJ / mol (V+ gazos)
În al doilea rând: 1414 kJ / mol (VDouă+ gazos)
În al treilea rând: 2830 kJ / mol (V3+ gazos)
6.7
Când este încălzit, poate elibera vapori toxici din VDouăSAU5.
Una dintre caracteristicile principale și evidente ale vanadiului sunt culorile compușilor săi. Când unele dintre ele sunt dizolvate în mediu acid, soluțiile (în cea mai mare parte apoase) prezintă culori care permit unei persoane să distingă un număr sau stare de oxidare de altul..
De exemplu, imaginea de mai sus prezintă patru eprubete cu vanadiu în diferite stări de oxidare. Cel din stânga, galben, corespunde cu V5+, în mod specific ca cation VODouă+. Apoi, este urmat de cationul VODouă+, cu V4+, culoarea albastru; cation V3+, verde inchis; și VDouă+, mov sau mov.
Când o soluție constă dintr-un amestec de compuși de V4+ și V5+, se obține o culoare verde strălucitor (produs de galben cu albastru).
Stratul VDouăSAU5 pe vanadiu îl protejează de reacția cu acizi puternici, cum ar fi sulfuric sau clorhidric, baze puternice și, în plus față de coroziunea cauzată de oxidarea crescută.
Când este încălzit la peste 660 ° C, vanadiul se oxidează complet, arătând ca un solid galben cu luciu irizat (în funcție de unghiurile suprafeței sale). Acest oxid galben portocaliu poate fi dizolvat dacă se adaugă acid azotic, care va readuce vanadiul la culoarea sa argintie..
Aproape toți atomii de vanadiu din Univers (99,75% dintre aceștia) se referă la izotop 51V, în timp ce o porțiune foarte mică (0,25%) corespunde izotopului cincizeciV. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că greutatea atomică a vanadiului este de 50,9415 u (mai aproape de 51 decât 50).
Ceilalți izotopi sunt radioactivi și sintetici, cu timp de înjumătățire (t1/2) variind de la 330 de zile (49V), 16 zile (48V), câteva ore sau 10 secunde.
Atomii de vanadiu, V, sunt dispuși într-o structură cristalină cubică (bcc) centrată pe corp, produsul legăturii lor metalice. Dintre structuri, acesta este cel mai puțin dens, cu cei cinci electroni de valență care participă la „marea de electroni”, conform configurației electronice:
[Ar] 3d3 4sDouă
Astfel, cei trei electroni ai orbitalului 3d și cei doi ai orbitalului 4s, se unesc pentru a tranzita o bandă formată prin suprapunerea orbitalilor de valență a tuturor atomilor V ai cristalului; clar, explicație bazată pe teoria benzilor.
Deoarece atomii V sunt puțin mai mici decât metalele din stânga lor (scandiu și titan) în tabelul periodic și având în vedere caracteristicile lor electronice, legătura lor metalică este mai puternică; un fapt care se reflectă în cel mai înalt punct de topire și, prin urmare, cu atomii săi mai coeziți.
Conform studiilor de calcul, structura bcc a vanadiului este stabilă chiar și sub presiuni enorme de 60 GPa. Odată ce această presiune este depășită, cristalul său suferă o tranziție la faza romboedrică, care rămâne stabilă până la 434 GPa; când structura bcc reapare din nou.
Configurația electronică a vanadiului singur indică faptul că atomul său este capabil să piardă până la cinci electroni. Când se întâmplă, gazul nobil argon devine izoelectronic și se presupune existența cationului V.5+.
La fel, pierderea de electroni poate fi treptată (în funcție de specia cu care este legată), având numere de oxidare pozitive care variază de la +1 la +5; prin urmare, în compușii lor se presupune existența cationilor respectivi V+, VDouă+ și așa mai departe.
Vanadiul poate câștiga și electroni, transformându-se într-un anion metalic. Numerele sale de oxidare negative sunt: -1 (V-) și -3 (V3-). Configurația electronică a V3- este:
[Ar] 3d6 4sDouă
Deși îi lipsesc patru electroni pentru a finaliza umplerea orbitalilor 3d, V este mai stabil din punct de vedere energetic3- că V7-, care teoretic ar avea nevoie de specii extrem de electropozitive (pentru a-i da electronii).
Vanadiul oferă rezistență mecanică, termică și vibrațională, precum și duritate aliajelor la care se adaugă. De exemplu, ca ferrovanadiu (aliaj de fier și vanadiu) sau carbură de vanadiu, este adăugat împreună cu alte metale din oțel sau din aliajele de titan.
În acest fel, sunt create materiale foarte dure și, în același timp, ușoare, utile pentru a fi utilizate ca instrumente (burghie și chei), angrenaje, piese pentru automobile sau avioane, turbine, biciclete, motoare cu reacție, cuțite, implanturi dentare etc..
De asemenea, aliajele sale cu galiu (V3Ga) sunt supraconductori și sunt folosiți pentru a produce magneți. Și, având în vedere reactivitatea lor scăzută, aliajele de vanadiu sunt utilizate pentru conductele în care rulează reactivi chimici corozivi..
Vanadiul face parte din bateriile redox, VRB (pentru acronimul său în engleză: Vanadium Redox Batteries). Acestea pot fi folosite pentru a promova generarea de electricitate din energia solară și eoliană, precum și a bateriilor din vehiculele electrice.
V-ulDouăSAU5 Se folosește pentru a conferi sticlei și ceramicii o culoare aurie. Pe de altă parte, prezența sa în unele minerale le face verzui, așa cum se întâmplă cu smaraldele (și datorită și altor metale).
V-ulDouăSAU5 Este, de asemenea, un catalizator utilizat pentru sinteza acidului sulfuric și a acidului anhidrid maleic. Amestecat cu alți oxizi metalici, catalizează alte reacții organice, cum ar fi oxidarea propanului și propilenei la acroleină și, respectiv, acid acrilic..
Medicamentele care constau din complexe de vanadiu au fost considerate posibile și potențiali candidați pentru tratamentul diabetului și cancerului..
Pare ironic faptul că vanadiul, fiind compușii săi coloranți și toxici, ionii săi (VO+, VODouă+ și VO43-, mai ales) în urme sunt benefice și esențiale pentru ființele vii; în special cele din habitatele marine.
Motivele sunt centrate pe stările sale de oxidare, cu câte liganzi din mediul biologic coordonează (sau interacționează), în analogia dintre anionul vanadat și fosfat (VO43- și PO43-), și în alți factori studiați de chimiștii bioinorganici.
Atomii de vanadiu pot interacționa apoi cu acei atomi aparținând enzimelor sau proteinelor, fie cu patru (tetraedru de coordonare), cinci (piramida pătrată sau alte geometrii) sau șase. Dacă atunci când se produce acest lucru se declanșează o reacție favorabilă pentru organism, se spune că vanadiul exercită activitate farmacologică.
De exemplu, există haloperoxidaze: enzime care pot folosi vanadiul ca cofactor. Există, de asemenea, vanabine (în celulele vanadocite ale tunicatelor), fosforilaze, azotaze, transferine și albumine serice (ale mamiferelor), capabile să interacționeze cu acest metal.
O moleculă organică sau complex de coordonare a vanadiului numit amavadin, este prezent în corpurile anumitor ciuperci, cum ar fi Amanita muscaria (imaginea inferioară).
Și, în cele din urmă, în unele complexe, vanadiul poate fi conținut într-un grup hem, cum este cazul fierului din hemoglobină..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.