Vanad (chemický prvek): historie názvu, atomová struktura, valence. Valence vanadu Jaká je valence vanadu

Vanad je chemický prvek symbolizovaný symbolem „V“. Atomová hmotnost vanadu je 50,9415a. e.m., atomové číslo - 23. Je to tvrdý stříbrošedý, tvárný a tavitelný kov, který se v přírodě vyskytuje jen zřídka. Nachází se ve více než 60 minerálech a lze jej nalézt i ve fosilních palivech.

Nepoznaný objev

Kov vanadium poprvé objevil mexický mineralog španělského původu Andres Manuel Del Rio v roce 1801. Výzkumník extrahoval nový prvek ze vzorku „hnědé“ olověné rudy těžené v Mexiku. Jak se ukázalo, soli kovu mají širokou paletu barev, takže ho Del Rio původně pojmenoval „panchrom“ (z řeckého „παγχρώμιο“ – „vícebarevný“).

Mineralog později prvek přejmenoval na erythronium (z řeckého „ερυθρός“ – „červený“), protože většina solí při zahřátí zčervenala. Zdálo by se, že se na málo známého vědce v Evropě usmálo neuvěřitelné štěstí. Objev nového chemického prvku vanadu sliboval když ne slávu, tak alespoň uznání od kolegů. Avšak kvůli nedostatku významné autority ve vědeckém světě byl Mexičanův úspěch ignorován.

V roce 1805 francouzský chemik Hippolyte Victor Collet-Decotils navrhl, že nový prvek, který Del Rio studoval, byl pouze vzorek chromanu olovnatého s nečistotami. Nakonec mexický badatel, aby před vědeckým bratrstvem úplně neztratil tvář, přijal Collet-Decotilleovo prohlášení a svůj objev opustil. Jeho úspěch však neupadl v zapomnění. Dnes je Andres Manuel Del Rio uznáván jako objevitel vzácného kovu.

Znovuotevření

V roce 1831 Švéd Nils Gabriel Sefström znovu objevil chemický prvek vanad v oxidu, který získal při práci se železnou rudou. Vědec si jako své označení zvolil písmeno „V“, které dosud nebylo přiřazeno žádnému prvku. Säfström pojmenoval nový kov pro jeho krásné a bohaté zbarvení po staroseverské bohyni krásy Vanadis.

Zpráva vzbudila zvýšený zájem vědecké komunity. Hned jsme si vzpomněli na práci mexického mineraloga. Ve stejném roce 1831 Friedrich Wöhler znovu zkontroloval a potvrdil předchozí Del Riův objev. A geolog George William Featherstonhoop dokonce navrhl nazvat kov na počest objevitele „rionium“, ale iniciativa nebyla podpořena.

Nepolapitelný

Izolace kovového vanadu v jeho čisté formě se ukázala jako obtížná. Předtím vědci pracovali pouze s jeho solemi. To je důvod, proč skutečné vlastnosti vanadu nejsou známy. V roce 1831 Berzelius oznámil získání metalizované látky, ale Henry Enfield Roscoe dokázal, že Berzelius skutečně vyrobil nitrid vanadu (VN). Roscoe nakonec vyrobil kov v roce 1867 redukcí chloridu vanadičného (VCl 2) vodíkem. Od roku 1927 se čistý vanad získává redukcí oxidu vanadičného vápníkem.

První sériové průmyslové použití prvku se datuje do roku 1905. Kov byl přidán do ocelové slitiny pro výrobu podvozku závodních vozů a později do Fordu Model T. Vanadium vlastnosti pomáhají snížit konstrukční hmotnost a zároveň zvyšují pevnost v tahu. Mimochodem, německý chemik Martin Henze objevil v roce 1911 vanad v krevních buňkách (neboli coelomových buňkách) mořských obyvatel – accidii.

Fyzikální vlastnosti

Vanad je kujný šedomodrý kov střední tvrdosti s ocelovým leskem a hustotou 6,11 g/cm³. Některé zdroje popisují materiál jako měkký, což znamená jeho vysokou tažnost. Krystalová struktura prvku je složitější než u většiny kovů a ocelí.

Vanad má dobrou odolnost proti korozi, zásadám, kyselině sírové a chlorovodíkové. Oxiduje na vzduchu při asi 660 °C (933 K, 1220 °F), ačkoli k pasivaci oxidu dochází i při pokojové teplotě. Tento materiál taje, když teplota dosáhne 1920 °C, a vře při 3400 °C.

Chemické vlastnosti

Vanad, když je vystaven kyslíku, tvoří čtyři typy oxidů:

Sloučeniny vanadu typu (II) jsou redukční činidla a sloučeniny typu (V) jsou oxidační činidla. Sloučeniny (IV) často existují jako deriváty vanadylového kationtu.

Kysličník

Obchodně nejdůležitější sloučeninou je oxid vanadičný. Je to hnědožlutá pevná látka, i když čerstvě vysrážená z vodného roztoku je její barva tmavě oranžová.

Oxid se používá jako katalyzátor pro výrobu kyseliny sírové. Tato sloučenina oxiduje oxid siřičitý (SO 2) na oxid (SO 3). Při této redoxní reakci se síra oxiduje z +4 na +6 a vanad se redukuje z +5 na +4. Vzorec pro vanad je následující:

V 2 O 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3

Katalyzátor se regeneruje oxidací kyslíku:

2VO 2 + O 2 → V 2 O 5

Podobné oxidační procesy se používají při výrobě anhydridu kyseliny maleinové, anhydridu kyseliny ftalové a několika dalších organických sloučenin.

Tento oxid se také používá při výrobě ferovanadu. Vyhřívá se železem a ferosiliciem s přídavkem vápna. Při použití hliníku se vyrábí slitina železa a vanadu spolu s oxidem hlinitým jako vedlejším produktem. Vzhledem ke svému vysokému koeficientu tepelného odporu se oxid vanadičitý (V) používá jako materiál detektoru v bolometrech a mikrobolometrových polích v termovizních přístrojích.

Charakteristika

Vzácný kov má následující vlastnosti:

Krystalová struktura: krychlový střed těla.
Zvuková vodivost: 4560 m/s (při 20 °C).
Valence vanadu: V (méně často IV, III, II).
Tepelná roztažnost: 8,4 um/(mK) (při 25 °C).
Tepelná vodivost: 30,7 W/(m K).
Elektrický odpor: 197 nΩ m (při 20 °C).
Magnetismus: paramagnetický.
Magnetická susceptibilita: +255·10-6 cm3/mol (298K).
Modul pružnosti: 128 GPa.
Modul ve smyku: 47 GPa.
Objemový modul pružnosti: 160 GPa.
Poissonův poměr: 0,37.
Tvrdost na Mohsově stupnici: 6,7.
Tvrdost podle Vickerse: 628-640 MPa.
Tvrdost podle Brinella: 600-742 MPa.
Kategorie prvku: přechodový kov.
Elektronická konfigurace: 3d 3 4s 2.
Skupenské teplo tání: 21,5 kJ/mol.
Výparné teplo: 444 kJ/mol.
Molární tepelná kapacita: 24,89 J/(mol K).

Vanad v periodické tabulce je v 5. skupině (podskupina vanadu), 4. perioda, d-blok.

Šíření

Vanad v měřítku vesmíru tvoří přibližně 0,0001 % celkového objemu hmoty. Je běžná jako měď a zinek. Kov byl objeven ve spektrální záři Slunce a dalších hvězd.

Prvek je 20. nejhojnější v zemské kůře. Kov vanad je v krystalické formě poměrně vzácný, ale sloučeniny tohoto materiálu se nacházejí v 65 různých minerálech. Hospodářsky významné z nich jsou patronit (VS 4), vanadinit (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) a karnotit (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O).

Vanadylové ionty se hojně vyskytují v mořské vodě a mají průměrnou koncentraci 30 nMa. Některé zdroje minerálních vod obsahují tyto ionty také ve vysokých koncentracích. Například prameny poblíž hory Fuji obsahují až 54 µg/l.

Výroba

Většina tohoto vzácného kovu se získává z magnetitu vanadu, který se nachází v ultramafických vyvřelých horninách gabro. Suroviny se těží především v Jižní Africe, severozápadní Číně a východním Rusku. V roce 2013 tyto země vyprodukovaly více než 97 % veškerého vanadu (79 000 tun hmotnosti).

Kov je také přítomen v bauxitu a nalezištích ropy, uhlí, ropných břidlic a dehtových písků. V ropě byly hlášeny koncentrace až 1200 ppm. Vzhledem k oxidačním vlastnostem vanadu (některých jeho oxidů) mohou zbytky prvku po spálení takových ropných produktů způsobit korozi v motorech a kotlích.

Spalováním fosilních paliv se ročně do atmosféry uvolní odhadem 110 000 tun látky. Dnes se vyvíjejí technologie, jak z uhlovodíků extrahovat cenné látky.

Výroba

Vanad se primárně používá jako přísada do ocelových slitin nazývaných feroslitiny. Ferrovanadium se vyrábí přímo redukcí směsi valenčního (V) oxidu vanadu, oxidů železa a čistého železa v elektrické peci.

Kov se vyrábí pomocí vícestupňového procesu, který začíná pražením rozemleté magnetitové rudy vanadu s přidáním chloridu sodného (NaCl) nebo uhličitanu sodného (Na2CO3) při přibližně 850 °C za vzniku metavanadičnanu sodného (NaVO3). Vodný extrakt této látky se okyselí za získání polyvanadičnanové soli, která se redukuje kovovým vápníkem. Alternativně k výrobě v malém měřítku se oxid vanadičný redukuje vodíkem nebo hořčíkem.

Používá se také mnoho dalších metod, z nichž všechny produkují vanad jako vedlejší produkt jiných procesů. Jeho čištění je možné pomocí jodidové metody, kterou vyvinuli Anton Eduard van Arkel a Jan Hendrik de Boer v roce 1925. Zahrnuje tvorbu jodidu vanaditého (III) a jeho následný rozklad za vzniku čistého kovu:

2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3

Japonci přišli na poměrně exotický způsob, jak tento prvek získat. Na podvodních plantážích chovají ascidiany (typ chordaty), které absorbují vanad z mořské vody. Poté jsou shromážděny a spáleny. Ze vzniklého popela se získává cenný kov. Mimochodem, jeho koncentrace je v tomto případě mnohem vyšší než v nejbohatších nalezištích.

Slitiny

Co jsou slitiny vanadu? Přibližně 85 % vyrobeného vzácného kovu se používá k výrobě ferovanadia nebo jako přísada do oceli. Na počátku 20. století bylo zjištěno, že i malé množství vanadu výrazně zvyšuje pevnost oceli. Tento prvek tvoří stabilní nitridy a karbidy, což vede ke zlepšení vlastností ocelí a slitin.

Od té doby se vanad používá v nápravách, rámech, klikových hřídelích, převodech a dalších důležitých součástech kolových vozidel. Existují dvě skupiny slitin:

Vysoký uhlík s obsahem 0,15 % až 0,25 % vanadu.
Rychlořezné nástrojové oceli (HSS) obsahující od 1 % do 5 % tohoto prvku.

U ocelí jakosti HSS lze dosáhnout tvrdosti nad HRC 60. Používají se v chirurgických nástrojích. V práškové metalurgii mohou slitiny obsahovat až 18 % vanadu. Vysoký obsah karbidů v těchto slitinách výrazně zvyšuje odolnost proti opotřebení. Vyrábí se z nich nástroje a nože.

Vanad díky svým vlastnostem stabilizuje beta formu titanu, zvyšuje jeho pevnost a teplotní stabilitu. Ve směsi s hliníkem ve slitinách titanu se používá v proudových motorech, vysokorychlostních letadlech a zubních implantátech. Nejběžnější slitinou pro bezešvé trubky je titan 3/2,5 obsahující 2,5 % vanadu. Tyto materiály jsou široce používány v leteckém, obranném a cyklistickém průmyslu. Další běžnou slitinou, vyráběnou především v tabulích, je titan 6AL-4V, což je 6 % hliníku a 4 % vanadu.

Některé slitiny vanadu vykazují supravodivé vlastnosti. První fázový supravodič A15 byla sloučenina vanadu V3Si, která byla získána v roce 1952. Vanadium galliová páska se používá v supravodivých magnetech. Struktura supravodivé fáze A15 V 3 Ga je podobná struktuře běžnějších supravodičů: stanid triniobu (Nb 3 Sn) a niob titanu (Nb 3 Ti).

Nedávno vědci zjistili, že ve středověku se do některých vzorků damaškové a damaškové oceli přidávalo malé množství vanadu (od 40 do 270 dílů na milion). Tím se zlepšily vlastnosti lopatek. Není však jasné, kde a jak se vzácný kov těžil. Možná to byla část nějakých rud.

aplikace

Kromě metalurgie se vanad používá pro další aplikace. Průřez záchytu tepelných neutronů a krátký poločas rozpadu izotopů produkovaných záchytem neutronů činí z kovu vhodný materiál pro použití uvnitř fúzního reaktoru.

Nejběžnější oxid vanadičný, oxid V 2 O 5 pentoxid, se používá jako katalyzátor při výrobě kyseliny sírové a jako oxidační činidlo při výrobě anhydridu kyseliny maleinové. Vanadová pěna se používá při výrobě keramických výrobků.

Kov je důležitou složkou katalyzátorů na bázi směsných oxidů kovů používaných při oxidaci propanu a propylenu na akrolein, kyselinu akrylovou nebo amoxidaci propylenu na akrylonitril. Další oxid vanadičitý, oxid VO 2, se používá při výrobě skleněných povlaků, které při určitých teplotách blokují infračervené záření.

Vanadová redoxní baterie je voltaický článek sestávající z vodných iontů vanadu v různých oxidačních stavech. Baterie tohoto typu byly poprvé navrženy ve 30. letech 20. století a komerční využití začalo v 80. letech 20. století. Vanadate lze použít k ochraně oceli před korozí.

Vanad je důležitý pro lidské zdraví. Pomáhá regulovat metabolismus uhlíku a lipidů a podílí se na výrobě energie. Doporučuje se konzumovat 6-63 mcg denně (údaje WHO) látky z potravy. Zcela dostačuje v obilovinách, luštěninách, zelenině, bylinkách a ovoci.

Popis a vlastnosti vanadu

Vanad byl původně objeven Mexičanem A.M. Del Rio v hnědých rudách obsahujících olovo, které po zahřátí dávaly načervenalou barvu.

Oficiálního uznání se však prvku dostalo až později, když ho objevil chemik ze Švédska N. G. Sefstrom při studiu železné rudy z místního naleziště a dal mu jméno Vanadium, v souladu se jménem Vanadis, které nosila starořecká bohyně krásy. .

Vzhledově kov svou stříbrno-šedou barvou připomíná ocel. Tím ale podobnosti končí. Vanadiová struktura: kubická těleso centrovaná mříž s parametry a=3,024A az=2. Hustota je 6,11 g/cm3.

Taví při teplotě 1920 o C a začíná se vařit při 3 400 o C. Ale zahřívání na vzduchu na teplotu nad 300 o C snižuje plastické vlastnosti kovu a činí jej křehkým, přičemž zvyšuje jeho tvrdost. Struktura atomu kovu nám pomáhá pochopit toto chování.

prvek vanadu, s atomovým číslem 23 a atomovou hmotností 50,942 patří do skupiny V čtvrté periody D soustavy. A to znamená, že atom vanadu sestává z 23 protonů, 23 elektronů a 28 neutronů.

Navzdory skutečnosti, že se jedná o prvek skupiny V, valence vanadu není vždy rovno 5. Může být 2, 3, 4 a 5 s kladným znaménkem. Různé hodnoty valence jsou vysvětleny různými možnostmi plnění elektronických skořápek, při kterých se dostávají do stabilního stavu.

Je známo, že kladná hodnota valence je určena počtem elektronů darovaných atomem chemického prvku a záporná hodnota je určena počtem elektronů připojených k vnější energetické hladině za účelem vytvoření její stability. Elektronický vzorec vanadu- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 .

Může snadno darovat dva elektrony ze 4. podúrovně, přičemž jeho oxidační stav je způsoben 2-valenčním pozitivním projevem. Ale atom tohoto prvku je schopen darovat další 3 elektrony z oběžné dráhy předcházející vnější podúrovni a vykazovat maximální oxidační stav +5.

Oxidy tohoto prvku s valencí 2 až 5 se liší svými chemickými projevy. Oxidy VO a V 2 O 3 jsou zásadité povahy, VO 2 je amfoterní a V 2 O 5 je kyselý.

Čistý kov se vyznačuje tažností, a proto se dá snadno zpracovat lisováním, lisováním a válcováním. Svařování a řezání musí být prováděno v inertním prostředí, protože při zahřívání se ztrácí tažnost.

Při zpracování kov prakticky nepodléhá mechanickému zpevnění a snese velké zatížení při lisování za studena bez mezižíhání. Je odolný vůči korozi a nemění se působením vody, včetně mořské vody, stejně jako slabých roztoků některých kyselin, solí a zásad.

Ložiska a těžba vanadu

Chemický prvek vanad, docela běžný v pozemských horninách, ale nevyskytuje se v čisté formě, je přítomen v minerálech v rozptýleném stavu. Jeho akumulace v horninách jsou velmi vzácné. Jedná se o vzácný kov. Ruda obsahující 1 % čisté látky je klasifikována jako bohatá.

Průmysl nezanedbává ani rudy obsahující 0,1 % vzácného prvku. V nízkých koncentracích se nachází ve více než čtyřiceti minerálech. Pro průmysl jsou důležité roscoelit, zvaný vanadová slída, která obsahuje až 29 % oxidu V 2 O 5, karnotit (uranová slída), obsahující 20 % V 2 O 5 a vanadinit obsahující 19 % V 2 O 5.

Velká ložiska rud obsahující kov se nacházejí v Americe, Jižní Africe, Rusku, Finsku a Austrálii. Velké ložisko je v horách Peru, kde je zastoupeno patronitem V 2 S 5 obsahujícím síru. Při jeho vypálení vzniká koncentrát obsahující až 30 % V 2 O 5.

Minerál byl nalezen v Kyrgyzstánu a Kazachstánu. Slavné pole Kyzylorda je jedním z největších. V Rusku se těží především v Krasnodarské oblasti (ložisko Kerč) a na Urale (ložisko titanomagnetitu Gusevogorsk).

Technologie těžby kovu závisí na požadavcích na jeho čistotu a oblast použití. Hlavními metodami používanými v technologii jeho výroby jsou jodidové, kalcetermické, aluminotermické, uhlíkově tepelné ve vakuu a chloridové.

Technologie jodidové metody je založena na tepelné disociaci jodidu. Je běžné získat kov redukcí V 2 O 5 tepelnou metodou za použití vápníku nebo hliníku.

V tomto případě dochází k reakci podle vzorce: V 2 O 5 +5Ca = 2V+5CaC+1460 kJ s uvolňováním tepla, které postačuje k roztavení vzniklého V, což umožňuje jeho odtok a shromažďování v pevné formě . Čistota takto získaného kovu dosahuje 99,5 %.

Moderní metodou extrakce V je redukce oxidů za podmínek vakua uhlíkem při teplotách od 1250 o C do 1700 o C. Metoda chloridové extrakce spočívá v redukci VCl 3 kapalným hořčíkem.

Aplikace vanadu

Jedním z hlavních použití kovu bylo jako legovací přísada - ferovanadium pro zlepšení kvality ocelí. Přídavek vanadu zvyšuje pevnostní parametry oceli, stejně jako její houževnatost, odolnost proti opotřebení a další vlastnosti.

V tomto případě aditivum funguje jak jako deoxidační činidlo, tak jako složka tvořící karbid. Karbidy jsou ve slitině rovnoměrně rozmístěny, což zabraňuje strukturálnímu růstu ocelových zrn při zahřívání. Litina legovaná vanadem také pomáhá zlepšit její vlastnosti.

Používá se vanad pro zlepšení slitin na bázi titanu. Existuje titan, který obsahuje až 13 % této legující přísady. Vanad je také přítomen ve slitinách niobu, tantalu a chrómu používaných v leteckém průmyslu, stejně jako v hliníku, titanu a dalších materiálech pro letectví a raketovou techniku.

Jedinečnost prvku umožňuje jeho použití v jaderném průmyslu při výrobě kanálových trubek pro palivové tyče pro jaderné elektrárny, protože stejně jako zirkonium má vlastnost nízkého příčného záchytu tepelných neutronů, což je důležité při jaderné elektrárně. reakce. V technologii atomového vodíku se chlorid vanadičný používá k termochemické interakci s vodou.

Vanad se používá v chemickém a zemědělském průmyslu, medicíně, sklářské výrobě, textilu, výrobě barev a laků a výrobě baterií. Široké ruční a slitinové nástroje chromvanad, vyznačují se svou trvanlivostí.

Jednou z nejnovějších oblastí je elektronika. Zvláště zajímavý a slibný je materiál na bázi oxidů. titan a vanad. Kombinací specifickým způsobem vytvářejí systém, který má schopnost výrazně zvýšit paměť a rychlost počítačů a dalších elektronických zařízení.

Cena vanadu

Jako hotová surovina se uvolňuje vanad ve formě tyčinek, kruhů a také oxidů. Sortiment mnoha podniků zabývajících se výrobou tohoto žáruvzdorného kovu zahrnuje slitiny různých jakostí. Cena do značné míry závisí na účelu, čistotě kovu, způsobu výroby, ale i typu výrobku.

Například jekatěrinburský podnik NPK „Speciální metalurgie“ prodává ingoty za cenu 7 tisíc za kg, za cenu od 440 do 500 tisíc za tunu, ingoty třídy VNM-1 za cenu 500 tisíc za tunu. Cena se také může měnit v závislosti na tržních podmínkách a poptávce po produktech.

DEFINICE

Ve formě jednoduché hmoty vanadiumšedý žáruvzdorný kov s tělesem centrovanou kubickou mřížkou. Nachází se ve čtvrté periodě skupiny V sekundární (B) podskupiny periodické tabulky.

Hustota - 6,11 g/cm3. Teploty tání a varu jsou 1920 °C a 3400 °C. Fyzikálně-chemické vlastnosti vanadu silně závisí na čistotě kovu. Čistý kov je tedy kujný, zatímco přítomnost nečistot v něm velmi zhoršuje jeho tažnost a zvyšuje jeho tvrdost. Za normálních podmínek je to chemicky odolný kov.

Valence vanadu ve sloučeninách

Vanad je ve čtvrté periodě ve skupině VB periodické tabulky D.I. Mendělejev. Atomové číslo je 23. Jádro atomu vanadu obsahuje 23 protonů a 27 neutronů (hmotnostní číslo je 50). Atom vanadu má čtyři energetické hladiny obsahující 23 elektronů (obr. 1).

Rýže. 1. Struktura atomu vanadu.

Elektronový vzorec atomu vanadu v základním stavu je následující:

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

A energetický diagram (konstruovaný pouze pro elektrony vnější energetické hladiny, které se jinak nazývají valence):

Přítomnost tří nepárových elektronů ukazuje, že vanad v jeho sloučeninách může vykazovat valenci III (V III 2 O 3, V III F 3, V III Cl 3).

Atom vanadu je schopen přejít do excitovaného stavu: elektrony 4s podúrovně se vypařují a jeden z nich zabírá prázdný orbital 3d podúrovně:

Přítomnost pěti nepárových elektronů ukazuje, že vanad také vykazuje ve svých sloučeninách valenci V (V V 2 O 5, V V F 5).

Je známo, že vanad má mocenství II (V II O) a IV (V IV O 2, V IV Cl 4).

Příklady řešení problémů

PŘÍKLAD 1

Vanadium(Vanadium), V, chemický prvek skupiny V periodického systému Mendělejeva; atomové číslo 23, atomová hmotnost 50,942; kovové šedo-ocelové barvy. Přírodní vanad se skládá ze dvou izotopů: 51 V (99,75 %) a 50 V (0,25 %); druhý je slabě radioaktivní (poločas rozpadu T ½ = 10 14 let). Vanad objevil v roce 1801 mexický mineralog A. M. del Rio v mexické hnědé olověné rudě a pojmenoval erythronium (z řeckého erythros - červený) pro nádherně červenou barvu zahřátých solí. V roce 1830 objevil švédský chemik N. G. Sefström nový prvek v železné rudě z Tabergu (Švédsko) a na počest staroseverské bohyně krásy Vanadis jej pojmenoval Vanadium. V roce 1869 získal anglický chemik G. Roscoe práškový kovový vanad redukcí VCl 2 vodíkem. Vanad se v průmyslovém měřítku těží od počátku 20. století.

Obsah vanadu v zemské kůře je 1,5·10 -2 % hm., jedná se o poměrně běžný prvek, ale rozptýlený v horninách a minerálech. Z velkého množství vanadových minerálů mají průmyslový význam patronit, roscoelit, dekloysit, karnotit, vanadinit a některé další. Významným zdrojem vanadu je titanomagnetit a sedimentární (fosforové) železné rudy a také oxidované měď-olovo-zinkové rudy. Vanad se získává jako vedlejší produkt při zpracování uranových surovin, fosforitů, bauxitů a různých organických ložisek (asfaltity, ropné břidlice).

Fyzikální vlastnosti vanadu. Vanad má kubickou mřížku centrovanou na tělo s periodou a=3,0282Á. V čistém stavu je vanad kujný a lze jej snadno opracovat tlakem. Hustota 6,11 g/cm3; teplota tání 1900°С, teplota varu 3400°С; měrná tepelná kapacita (při 20-100 °C) 0,120 cal/g deg; tepelný koeficient lineární roztažnosti (při 20-1000 °C) 10,6·10 -6 deg -1; elektrický odpor při 20 °C 24,8·10-8 ohm·m (24,8·10-6 ohm·cm); Pod 4,5 K Vanad přechází do stavu supravodivosti. Mechanické vlastnosti vanadu vysoké čistoty po žíhání: modul pružnosti 135,25 n/m2 (13520 kgf/mm2), pevnost v tahu 120 n/m2 (12 kgf/mm2), tažnost 17 %, tvrdost podle Brinella 700 mn/m 2 (70 kgf/ mm 2). Nečistoty plynu prudce snižují tažnost vanadu a zvyšují jeho tvrdost a křehkost.

Chemické vlastnosti vanadu. Při běžných teplotách není vanad ovlivněn vzduchem, mořskou vodou a roztoky zásad; odolný vůči neoxidačním kyselinám, s výjimkou kyseliny fluorovodíkové. Z hlediska odolnosti proti korozi v kyselině chlorovodíkové a sírové je vanad výrazně lepší než titan a nerezová ocel. Při zahřátí na vzduchu nad 300 °C vanad absorbuje kyslík a stává se křehkým. Vanad je při 600-700°C intenzivně oxidován za vzniku oxidu V 2 O 5, jakož i nižších oxidů. Když se vanad zahřeje nad 700 °C v proudu dusíku, vytvoří se nitrid VN (bod varu 2050 °C), stabilní ve vodě a kyselinách. Vanad reaguje s uhlíkem při vysokých teplotách za vzniku žáruvzdorného karbidu VC (t.t. 2800 °C), který má vysokou tvrdost.

Vanad poskytuje sloučeniny odpovídající valenci 2, 3, 4 a 5; V souladu s tím jsou známy následující oxidy: VO a V 2 O 3 (zásadité povahy), VO 2 (amfoterní) a V 2 O 5 (kyselé). Sloučeniny 2- a 3-mocného vanadu jsou nestabilní a jsou silnými redukčními činidly. Sloučeniny vyšších mocností mají praktický význam. Tendence vanadu tvořit sloučeniny různého mocenství se využívá v analytické chemii a také určuje katalytické vlastnosti V2O5. Oxid vanadičitý (V) se rozpouští v alkáliích za vzniku vanadičnanů.

Příprava vanadu. K extrakci vanadu se používá: přímé loužení rudy nebo rudného koncentrátu roztoky kyselin a zásad; pražení suroviny (často s přísadami NaCl) s následným vyluhováním produktu pražení vodou nebo zředěnými kyselinami. Hydratovaný oxid vanadičný (V) se izoluje z roztoků hydrolýzou (při pH = 1-3). Když se železné rudy obsahující vanad taví ve vysoké peci, vanad se přemění na litinu a při zpracování na ocel se získá struska obsahující 10-16 % V 2 O 5. Vanadové strusky se praží s kuchyňskou solí. Spálený materiál se vyluhuje vodou a následně zředěnou kyselinou sírovou. V205 je izolován z roztoků. Ten se používá pro tavení ferovanadia (slitiny železa s 35-70 % vanadu) a získávání kovového vanadu a jeho sloučenin. Kujný kov Vanad se získává vápenato-tepelnou redukcí čistého V 2 O 5 nebo V 2 O 3; redukce V 2 O 5 hliníkem; vakuová uhlíková tepelná redukce V203; hořčíková tepelná redukce VCl3; tepelná disociace jodidu vanadičného. Vanad se taví ve vakuových obloukových pecích s tavnou elektrodou a v pecích s elektronovým paprskem.

Aplikace vanadu. Metalurgie železa je hlavním spotřebitelem vanadu (až 95 % veškerého vyrobeného kovu). Vanad je součástí rychlořezné oceli, jejích náhrad, nízkolegovaných nástrojových ocelí a některých konstrukčních ocelí. Se zavedením 0,15-0,25% vanadu se pevnost, houževnatost, odolnost proti únavě a odolnost proti opotřebení oceli prudce zvyšuje. Vanad zaváděný do oceli je jak deoxidační, tak karbidotvorný prvek. Karbidy vanadu, distribuované ve formě rozptýlených vměstků, zabraňují růstu zrn při zahřívání oceli. Vanad se do oceli zavádí ve formě předslitiny - ferovanadium. Vanad se také používá pro legování litiny. Spotřebitelem vanadu je průmysl slitin titanu; některé slitiny titanu obsahují až 13 % vanadu. Slitiny na bázi niobu, chrómu a tantalu obsahující přísady vanadu našly uplatnění v letectví, raketách a dalších oblastech techniky. Pro použití v letecké, raketové a jaderné technice jsou vyvíjeny různé kompozice žáruvzdorných a korozivzdorných slitin na bázi vanadu s přídavkem Ti, Nb, W, Zr a Al. Zajímavé jsou supravodivé slitiny a sloučeniny vanadu s Ga, Si a Ti.

Čistý kovový vanad se používá v jaderné energetice (plášťy palivových článků, potrubí) a při výrobě elektronických zařízení. Sloučeniny vanadu se používají v chemickém průmyslu jako katalyzátory, v zemědělství a lékařství, v textilním, nátěrovém, gumárenském, keramickém, sklářském, fotografickém a filmovém průmyslu.

Sloučeniny vanadu jsou jedovaté. Otrava je možná vdechováním prachu obsahujících sloučeniny Vanadiz, které způsobují podráždění dýchacích cest, plicní krvácení, závratě, poruchy činnosti srdce, ledvin atd.

Vanad v těle. Vanad je stálou součástí rostlinných a živočišných organismů. Zdrojem vanadu jsou vyvřelé horniny a břidlice (obsahující asi 0,013 % vanadu), stejně jako pískovce a vápence (asi 0,002 % vanadu). V půdách je vanad asi 0,01 % (hlavně v humusu); ve sladkých a mořských vodách 1·10 -7 -2·10 -7 %. V suchozemských a vodních rostlinách je obsah vanadu mnohem vyšší (0,16-0,2 %) než u suchozemských a mořských živočichů (1,5·10 -5 - 2·10 -4 %). Koncentrátory vanadu jsou: mechovka Plumatella, měkkýš Pleurobranchus plumula, mořská okurka Stichopus mobii, některé ascidie, z plísní - aspergillus černý, z hub muchomůrka (Amanita muscaria).