Ванадий (химийн элемент): нэрний түүх, атомын бүтэц, валент. Ванадийн валент нь ванадийн валент гэж юу вэ

Ванадий бол "V" тэмдгээр тэмдэглэгдсэн химийн элемент юм. Ванадийн атомын масс 50.9415 a. e.m., атомын дугаар - 23. Энэ нь хатуу мөнгөлөг саарал өнгөтэй, уян хатан, хайлдаг металл бөгөөд байгальд ховор байдаг. Энэ нь 60 гаруй ашигт малтмалаас олддог бөгөөд чулуужсан түлшнээс ч олж болно.

Танигдаагүй нээлт

Металл ванадийг анх 1801 онд Испани гаралтай Мексикийн эрдэс судлаач Андрес Мануэль Дел Рио нээсэн. Мексикт олборлосон хар тугалганы хүдрийн дээжээс нэгэн судлаач шинэ элемент гаргаж авчээ. Эндээс харахад металын давс нь маш олон төрлийн өнгөтэй байдаг тул Дел Рио үүнийг анх "панхром" гэж нэрлэсэн (Грек хэлнээс "παγχρώμιο" - "олон өнгийн").

Ихэнх давс халах үед улаан болж хувирсан тул эрдэс судлаач дараа нь элементийн нэрийг эритроний гэж нэрлэв (Грек хэлнээс "ερυθρός" - "улаан"). Европт олны танил болсон эрдэмтэнд гайхалтай аз тохиосон бололтой. Ванадий химийн шинэ элементийг нээсэн нь алдар нэр биш юмаа гэхэд хамт ажиллагсдынхаа хүлээн зөвшөөрлийг амласан юм. Гэсэн хэдий ч шинжлэх ухааны ертөнцөд чухал эрх мэдэл байхгүйн улмаас Мексикийн ололт амжилтыг үл тоомсорлов.

1805 онд Францын химич Ипполит Виктор Коллет-Декотильс Дел Риогийн судалсан шинэ элемент нь хар тугалганы хроматын хольцтой дээж л гэж санал болгов. Эцэст нь Мексик судлаач шинжлэх ухааны ахан дүүсийн өмнө нэр хүндээ алдахгүйн тулд Коллет-Декотилийн мэдэгдлийг хүлээн зөвшөөрч, нээлтээ орхижээ. Гэсэн хэдий ч түүний амжилт мартагдсангүй. Өнөөдөр Андрес Мануэль Дел Рио ховор металлыг нээсэн гэдгээрээ алдартай.

Дахин нээгдэж байна

1831 онд Швед Нилс Габриэль Сефстрем төмрийн хүдэртэй ажиллах явцад олж авсан исэл дэх ванадий химийн элементийг дахин илрүүлжээ. Эрдэмтэн "V" үсгийг тэмдэглэгээ болгон сонгосон бөгөөд энэ нь ямар ч элементэд хараахан хуваарилагдаагүй байна. Сафстрём шинэ металлыг эртний Норвегийн гоо үзэсгэлэнгийн бурхан Ванадисын нэрээр үзэсгэлэнтэй, баялаг өнгөтэй байсан тул нэрлэжээ.

Энэхүү мэдээ нь шинжлэх ухааны нийгэмлэгийн сонирхлыг нэмэгдүүлэв. Бид Мексикийн эрдэс судлаачийн ажлыг тэр даруй санав. Мөн 1831 онд Фридрих Вёлер Дел Риогийн өмнөх нээлтийг дахин шалгаж баталгаажуулав. Мөн геологич Жорж Уильям Фезерстонхуп уг металлыг нээсэн хүний хүндэтгэлд зориулж "риони" гэж нэрлэхийг санал болгосон ч санаачлагыг дэмжсэнгүй.

Боломжгүй

Ванадий металлыг цэвэр хэлбэрээр нь тусгаарлах нь хэцүү байдаг. Үүнээс өмнө эрдэмтэд зөвхөн түүний давстай ажилладаг байв. Тийм ч учраас ванадийн жинхэнэ шинж чанар тодорхойгүй байна. 1831 онд Берзелиус металлжуулсан бодис олж авсан гэж мэдээлсэн боловч Генри Энфилд Роско Берзелиус ванадийн нитрид (VN) үйлдвэрлэсэн гэдгийг нотолсон. Роско эцэст нь 1867 онд ванадийн хлоридыг (VCl 2) устөрөгчөөр багасгаж металл үйлдвэрлэжээ. 1927 оноос хойш ванадийн пентоксидыг кальциар багасгаж цэвэр ванадий гаргаж авсан.

Элементийн анхны цуврал үйлдвэрлэлийн хэрэглээ 1905 оноос эхэлсэн. Энэ металыг ган хайлш дээр нэмээд уралдааны машины явах эд анги, дараа нь Ford Model T. Vanadium-ийн шинж чанар нь бүтцийн жинг багасгахын зэрэгцээ суналтын бат бөх чанарыг нэмэгдүүлэхэд тусалдаг. Дашрамд дурдахад, Германы химич Мартин Хензе 1911 онд далайн оршин суугчдын цусны эсээс (эсвэл целом эс) ванадий нээсэн - accidia.

Физик шинж чанар

Ванади нь ган гялалзсан, 6.11 г/см³ нягттай, дунд зэргийн хатуулагтай, уян харимхай саарал хөх металл юм. Зарим эх сурвалжид материалыг зөөлөн гэж тодорхойлдог бөгөөд энэ нь түүний уян хатан чанарыг илэрхийлдэг. Элементийн болор бүтэц нь ихэнх металл, гангаас илүү төвөгтэй байдаг.

Ванади нь зэврэлт, шүлт, хүхрийн болон давсны хүчилд сайн тэсвэртэй байдаг. Энэ нь ойролцоогоор 660°C (933K, 1220°F) температурт агаарт исэлддэг боловч ислийн идэвхгүй байдал нь өрөөний температурт ч тохиолддог. Энэ материал нь температур 1920 ° C хүрэхэд хайлж, 3400 ° C-т буцалгана.

Химийн шинж чанар

Ванади нь хүчилтөрөгчтэй ажиллахад дөрвөн төрлийн исэл үүсгэдэг.

(II) төрлийн ванадийн нэгдлүүд нь бууруулагч бодис, (V) төрлийн нэгдлүүд нь исэлдүүлэгч бодис юм. Нэгдлүүд (IV) нь ихэвчлэн ванадил катионын дериватив хэлбэрээр байдаг.

Оксид

Арилжааны хувьд хамгийн чухал нэгдэл бол ванадийн пентоксид юм. Энэ нь бор шаргал өнгөтэй хатуу бодис боловч усан уусмалаас шинээр тунадасжих үед өнгө нь хар улбар шар өнгөтэй байдаг.

Уг ислийг хүхрийн хүчил үйлдвэрлэхэд катализатор болгон ашигладаг. Энэ нэгдэл нь хүхрийн давхар ислийг (SO 2) триоксид (SO 3) болгон исэлдүүлдэг. Энэхүү исэлдэлтийн урвалд хүхэр +4-ээс +6 хүртэл исэлдэж, ванадий +5-аас +4 хүртэл буурдаг. Ванадийн томъёо нь дараах байдалтай байна.

V 2 O 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3

Хүчилтөрөгчийг исэлдүүлэх замаар катализаторыг нөхөн төлжүүлдэг.

2VO 2 + O 2 → V 2 O 5

Үүнтэй төстэй исэлдэлтийн процессыг малеин ангидрид, фталик ангидрид болон бусад олон тооны органик нэгдлүүдийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Энэ ислийг мөн феррованади бэлтгэхэд ашигладаг. Энэ нь шохой нэмсэн төмөр, ферросиликоноор халаадаг. Хөнгөн цагааныг ашиглах үед хөнгөн цагааны ислийн хамт төмөр-ванадийн хайлшийг дайвар бүтээгдэхүүн болгон үйлдвэрлэдэг. Дулааны эсэргүүцлийн өндөр коэффициенттэй тул ванадий (V) оксидыг дулааны дүрслэлийн багаж хэрэгсэлд болометр, микроболометрийн массивын илрүүлэгч материал болгон ашигладаг.

Онцлог шинж чанарууд

Ховор металл нь дараахь шинж чанартай байдаг.

Кристал бүтэц: биеийн төвтэй куб.
Дуу дамжуулах чадвар: 4560 м/с (20°С).
Ванадийн валент: V (бага IV, III, II).
Дулааны тэлэлт: 8.4 μм/(м К) (25°С-д).
Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр: 30.7 Вт/(м К).
Цахилгаан эсэргүүцэл: 197 nΩ м (20 ° C-д).
Соронзон байдал: парамагнит.
Соронзон мэдрэмтгий байдал: +255·10 -6 см 3 /моль (298К).
Уян хатан модуль: 128 GPa.
Шилжилтийн модуль: 47 ГПа.
Уян хатан байдлын их хэмжээний модуль: 160 GPa.
Пуассоны харьцаа: 0.37.
Mohs масштабын хатуулаг: 6.7.
Викерсийн хатуулаг: 628-640 МПа.
Бринеллийн хатуулаг: 600-742 МПа.
Элементийн ангилал: шилжилтийн металл.
Цахим тохиргоо: 3d 3 4s 2.
Хайлуулах дулаан: 21.5 кЖ/моль.
Ууршилтын дулаан: 444 кЖ/моль.
Молийн дулаан багтаамж: 24.89 Ж/(моль К).

Үелэх систем дэх ванади нь 5-р бүлэг (ванадийн дэд бүлэг), 4-р үе, d-блок.

Тархаж байна

Орчлон ертөнцийн хэмжээнд ванади нь нийт материйн эзэлхүүний ойролцоогоор 0.0001% -ийг эзэлдэг. Энэ нь зэс, цайр шиг түгээмэл байдаг. Энэ металлыг нар болон бусад оддын спектрийн туяанаас олж илрүүлсэн.

Элемент нь дэлхийн царцдасын 20 дахь хамгийн элбэг байдаг. Металл ванади нь талст хэлбэрээр нэлээд ховор боловч энэ материалын нэгдлүүд 65 өөр эрдсээс олддог. Тэдгээрийн эдийн засгийн ач холбогдол нь патронит (VS 4), ванадинит (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) ба карнотит (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O) юм.

Ванадил ионууд далайн усанд элбэг байдаг ба дундаж концентраци нь 30 нМа байна. Зарим рашаан усны эх үүсвэр нь эдгээр ионуудыг өндөр концентрацитай агуулдаг. Жишээлбэл, Фүжи уулын ойролцоох булаг 54 мкг/л хүртэл байдаг.

Үйлдвэрлэл

Энэхүү ховор металлын ихэнхийг ванадий магнетитээс гаргаж авдаг бөгөөд энэ нь хэт ягаан туяаны габбро чулуулагт байдаг. Түүхий эдийг ихэвчлэн Өмнөд Африк, Хятадын баруун хойд хэсэг, Оросын зүүн хэсгээс олборлодог. 2013 онд эдгээр улс нийт ванадийн 97 гаруй хувийг (79 мянган тонн жинтэй) үйлдвэрлэсэн байна.

Энэ металл нь боксит, түүхий тос, нүүрс, шатдаг занар, давирхай элсний ордуудад бас байдаг. Түүхий тосонд 1200 ppm хүртэл концентраци ажиглагдаж байна. Ванадий (түүний зарим исэл) исэлдүүлэгч шинж чанараас шалтгаалан ийм нефтийн бүтээгдэхүүнийг шатаасны дараа элементийн үлдэгдэл нь хөдөлгүүр, бойлеруудад зэврэлт үүсгэдэг.

Жил бүр 110,000 тонн бодисыг чулуужсан түлш шатаах замаар агаар мандалд хаядаг гэсэн тооцоо бий. Өнөөдөр нүүрсустөрөгчөөс үнэ цэнэтэй бодис гаргаж авах технологи хөгжиж байна.

Үйлдвэрлэл

Ванадийг голчлон феррохайлш гэж нэрлэгддэг ган хайлшийн нэмэлт болгон ашигладаг. Феррованадийг валентийн (V) ванадийн исэл, төмрийн исэл, цэвэр төмрийн холимогийг цахилгаан зууханд багасгах замаар шууд гаргаж авдаг.

Металлыг натри хлорид (NaCl) эсвэл натрийн карбонат (Na2CO3) нэмээд натри метаванадат (NaVO3) үүсгэхийн тулд 850 ° C-т нунтагласан ванадийн магнетитын хүдрийг шатааж эхэлдэг олон үе шаттай процессыг ашиглан үйлдвэрлэдэг. Энэ бодисын усан хандыг хүчиллэгжүүлж, поливанадатын давс гаргаж авдаг бөгөөд энэ нь кальцийн металлаар буурдаг. Жижиг хэмжээний үйлдвэрлэлийн өөр хувилбар болгон ванадийн пентоксидыг устөрөгч эсвэл магнигаар багасгадаг.

Мөн бусад олон аргыг ашигладаг бөгөөд эдгээр нь бүгд бусад процессын дайвар бүтээгдэхүүн болох ванадий үүсгэдэг. Үүнийг 1925 онд Антон Эдуард ван Аркел, Ян Хендрик де Боер нарын боловсруулсан иодид аргыг ашиглан цэвэршүүлэх боломжтой. Энэ нь ванадий (III) иодид үүсэх, дараа нь цэвэр металл үйлдвэрлэхийн тулд задралд орно.

2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3

Япончууд энэ элементийг олж авах нэлээд чамин арга бодож олжээ. Тэд далайн уснаас ванадий шингээдэг усан доорх тариаланд асцидиан (хордатын нэг төрөл) үржүүлдэг. Дараа нь тэдгээрийг цуглуулж, шатаадаг. Үүссэн үнсээс үнэ цэнэтэй металлыг гаргаж авдаг. Дашрамд хэлэхэд, энэ тохиолдолд түүний агууламж хамгийн баян ордуудаас хамаагүй өндөр байна.

Хайлш

Ванадийн хайлш гэж юу вэ? Үйлдвэрлэсэн ховор металлын 85 орчим хувийг феррованади үйлдвэрлэх эсвэл гангийн нэмэлт болгон ашигладаг. 20-р зууны эхээр бага хэмжээний ванадий ч гэсэн гангийн бат бөх чанарыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг болохыг олж мэдсэн. Энэ элемент нь тогтвортой нитрид ба карбидыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь ган, хайлшийн шинж чанарыг сайжруулахад хүргэдэг.

Тэр цагаас хойш ванадий нь тэнхлэг, хүрээ, тахир гол, араа болон дугуйт тээврийн хэрэгслийн бусад чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд ашиглагдаж ирсэн. Хоёр бүлэг хайлш байдаг:

0.15% - 0.25% ванадий агууламжтай өндөр нүүрстөрөгч.
Энэ элементийн 1% -иас 5% -ийг агуулсан өндөр хурдны багажны ган (HSS).

HRC 60-аас дээш хатуулаг нь HSS зэрэглэлийн гангийн хувьд хүрч болно.Тэдгээрийг мэс заслын багаж хэрэгсэлд ашигладаг. Нунтаг металлургийн хувьд хайлш нь 18% хүртэл ванадий агуулж болно. Эдгээр хайлш дахь карбидын өндөр агууламж нь элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг. Тэдгээрээс багаж хэрэгсэл, хутга хийдэг.

Түүний шинж чанараас шалтгаалан ванади нь титаны бета хэлбэрийг тогтворжуулж, хүч чадал, температурын тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлдэг. Титан хайлш дахь хөнгөн цагаантай хольж, тийрэлтэт хөдөлгүүр, өндөр хурдны нисэх онгоц, шүдний имплант зэрэгт ашиглагддаг. Үл үзэгдэх хоолойн хамгийн түгээмэл хайлш нь 2.5% ванадий агуулсан титан 3/2.5 юм. Эдгээр материалыг сансар огторгуй, батлан хамгаалах, унадаг дугуйн салбарт өргөн ашигладаг. Өөр нэг нийтлэг хайлш нь ихэвчлэн хуудас хэлбэрээр үйлдвэрлэгддэг титан 6AL-4V бөгөөд энэ нь 6% хөнгөн цагаан, 4% ванади юм.

Хэд хэдэн ванадийн хайлш нь хэт дамжуулагч шинж чанартай байдаг. Эхний фазын хэт дамжуулагч A15 нь 1952 онд олж авсан ванадийн нэгдэл V 3 Si байв. Галийн ванадийн соронзон хальсыг хэт дамжуулагч соронзонд ашигладаг. Хэт дамжуулагч фазын бүтэц A15 V 3 Ga нь илүү нийтлэг хэт дамжуулагчийн бүтэцтэй төстэй: триниоби станнид (Nb 3 Sn) ба ниоби титан (Nb 3 Ti).

Саяхан эрдэмтэд Дундад зууны үед Дамаск болон дамаскийн гангийн зарим дээжинд бага хэмжээний ванадий (сая тутамд 40-270 хэсэг) нэмсэн болохыг олж мэдсэн. Энэ нь ирний шинж чанарыг сайжруулсан. Гэвч ховор металлыг хаанаас яаж олборлосон нь тодорхойгүй байна. Магадгүй энэ нь зарим хүдрийн нэг хэсэг байсан байх.

Өргөдөл

Металлургаас гадна ванадий бусад хэрэглээнд ашиглагддаг. Дулааны нейтрон барих хөндлөн огтлол ба нейтрон барих замаар үүссэн изотопуудын хагас задралын хугацаа богино байдаг нь металыг хайлуулах реактор дотор ашиглахад тохиромжтой материал болгодог.

Хамгийн түгээмэл ванадийн исэл V 2 O 5 пентоксид нь хүхрийн хүчил үйлдвэрлэхэд катализатор, малеин ангидрид үйлдвэрлэхэд исэлдүүлэгч бодис болгон ашигладаг. Ванадий хөөсийг керамик бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Металл нь пропан ба пропиленийг акролейн, нийлэг хүчилд исэлдүүлэх эсвэл пропиленийг акрилонитрил болгон аммоксидэхэд ашигладаг холимог металлын ислийн катализаторын чухал бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Өөр нэг ванадийн исэл болох VO 2 давхар ислийг тодорхой температурт хэт улаан туяаны цацрагийг хаадаг шилэн бүрээс үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Ванадийн исэлдэлтийн батерей нь янз бүрийн исэлдэлтийн төлөвт усан ванадийн ионуудаас тогтсон вольт эс юм. Энэ төрлийн батерейг анх 1930-аад онд санал болгож, 1980-аад оноос арилжааны зориулалтаар ашиглаж эхэлсэн. Ганыг зэврэлтээс хамгаалахын тулд ванадатыг ашиглаж болно.

Ванади нь хүний эрүүл мэндэд чухал ач холбогдолтой. Энэ нь нүүрстөрөгч, липидийн солилцоог зохицуулахад тусалдаг ба эрчим хүчний үйлдвэрлэлд оролцдог. Өдөрт 6-63 мкг (ДЭМБ-ын мэдээлэл) бодисыг хоол хүнснээс хэрэглэхийг зөвлөж байна. Энэ нь үр тариа, буурцагт ургамал, хүнсний ногоо, ургамал, жимс жимсгэнэ зэрэгт хангалттай байдаг.

Ванадийн тодорхойлолт ба шинж чанар

Ванадийг анх Мексикийн А.М. Халаахад улаавтар өнгөтэй хар тугалга агуулсан бор хүдэрт Дел Рио .

Гэвч энэ элементийг хожим нь Шведийн химич Н.Г.Сефстром орон нутгийн ордоос төмрийн хүдэр судалж байхдаа олж илрүүлж, эртний Грекийн гоо сайхны бурхан биетэй Ванадис хэмээх нэртэй нийлдэг ванадий гэж нэрлэснээр уг элементийг албан ёсоор хүлээн зөвшөөрчээ. .

Гаднах төрхөөрөө метал нь мөнгөлөг саарал өнгөтэй гантай төстэй. Гэхдээ ижил төстэй байдал үүгээр дуусдаг. Ванадийн бүтэц: a=3.024A ба z=2 параметртэй шоо биет төвтэй тор. Нягт нь 6.11 г/см3 байна.

Энэ нь 1920oС-ийн температурт хайлж, 3400oС-т буцалгаж эхэлдэг.Харин задгай агаарт 300oС-ээс дээш температурт халаахад металлын хуванцар шинж чанарыг бууруулж, хэврэгшүүлэхийн зэрэгцээ хатуулаг нь нэмэгддэг. Металлын атомын бүтэц нь энэ зан үйлийг ойлгоход тусалдаг.

ванадийн элемент,атомын дугаар нь 23, атомын масс нь 50.942, D системийн дөрөвдүгээр үеийн V бүлэгт хамаарна. Мөн энэ нь тийм гэсэн үг юм ванадийн атом 23 протон, 23 электрон, 28 нейтроноос бүрдэнэ.

Энэ нь V бүлгийн элемент хэдий ч, ванадийн валентүргэлж 5-тай тэнцүү биш. Энэ нь эерэг тэмдэгтэй 2, 3, 4, 5 байж болно. Янз бүрийн валентын утгыг электрон бүрхүүлийг дүүргэх янз бүрийн сонголтоор тайлбарлаж, тэдгээр нь тогтвортой байдалд хүрдэг.

Валентын эерэг утгыг химийн элементийн атомын өгсөн электронуудын тоогоор, сөрөг утгыг гадаад энергийн түвшинд залгагдсан электронуудын тоогоор тодорхойлдог нь түүний тогтвортой байдлыг бий болгодог гэдгийг мэддэг. Ванадийн электрон томъёо- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 .

Энэ нь 4-р дэд түвшнээс хоёр электроныг хялбархан өгч чаддаг бол исэлдэлтийн төлөв нь 2 валентын эерэг илрэлтэй холбоотой юм. Гэхдээ энэ элементийн атом нь гаднах дэд түвшний өмнөх тойрог замаас дахин 3 электрон өгөх чадвартай бөгөөд хамгийн их исэлдэлтийн төлөвийг +5 харуулах чадвартай.

2-оос 5 валенттай энэ элементийн оксидууд нь химийн илрэлүүдээрээ ялгаатай байдаг. VO ба V 2 O 3 ислүүд нь үндсэн шинж чанартай, VO 2 нь амфотер, V 2 O 5 хүчиллэг юм.

Цэвэр металл нь уян хатан чанараараа ялгагдана, тиймээс тамга дарах, дарах, өнхрүүлэх замаар амархан боловсруулж болно. Халах үед уян хатан чанар алдагддаг тул гагнах, зүсэх ажлыг идэвхгүй орчинд хийх ёстой.

Боловсруулах явцад метал нь бараг хатуурдаггүй бөгөөд завсрын шаталтгүйгээр хүйтэн шахах үед хүнд ачааг тэсвэрлэдэг. Энэ нь зэврэлтэнд тэсвэртэй бөгөөд ус, түүний дотор далайн ус, түүнчлэн зарим хүчил, давс, шүлтийн сул уусмалын нөлөөн дор өөрчлөгддөггүй.

Ванадийн орд, олборлолт

Ванадийн химийн элемент, хуурай газрын чулуулагт нэлээд түгээмэл боловч цэвэр хэлбэрээр байдаггүй, тархсан төлөвт эрдсүүдэд байдаг. Түүний чулуулагт хуримтлагдах нь маш ховор байдаг. Энэ бол ховор металл юм. 1%-ийн цэвэр бодис агуулсан хүдрийг баялаг гэж ангилдаг.

Тус үйлдвэр ховор элементийн 0.1%-ийг агуулсан хүдрийг ч үл тоомсорлодоггүй. Энэ нь дөч гаруй эрдсүүдэд бага агууламжтай байдаг. Аж үйлдвэрийн хувьд чухал ач холбогдолтой нь 29% хүртэл V 2 O 5 пентоксид агуулсан ванадийн гялтгануур гэж нэрлэгддэг роскоэлит, 20% V 2 O 5 агуулсан карнотит (уран гялтгануур), 19% V 2 O 5 агуулсан ванадинит зэрэг орно.

Метал агуулсан хүдрийн томоохон ордууд Америк, Өмнөд Африк, Орос, Финланд, Австралид байдаг. Перугийн ууланд томоохон орд байдаг бөгөөд түүнийг хүхэр агуулсан V 2 S 5 патронитоор төлөөлдөг. Үүнийг шатаах үед 30% хүртэл V 2 O 5 агуулсан баяжмал үүсдэг.

Ашигт малтмалыг Киргизстан, Казахстанаас олжээ. Алдарт Кызылорда талбай нь хамгийн том талбайн нэг юм. ОХУ-д Краснодар мужид (Керчийн орд) болон Уралаас (Гусевогорскийн титаномагнетитын орд) голчлон олборлодог.

Металл олборлох технологи нь түүний цэвэр байдал, ашиглалтын талбайн шаардлагаас хамаарна. Үүнийг үйлдвэрлэх технологид ашигладаг гол аргууд нь иодид, кальцетермик, алюминотермик, вакуум дахь нүүрстөрөгчийн дулааны, хлорид юм.

Иодидын аргын технологи нь иодидын дулааны диссоциаци дээр суурилдаг. Кальци эсвэл хөнгөн цагаан ашиглан дулааны аргаар V 2 O 5-ыг багасгах замаар металл авах нь түгээмэл байдаг.

Энэ тохиолдолд дараах томъёоны дагуу урвал явагдана: V 2 O 5 +5Ca = 2V+5CaC+1460 кЖ дулаан ялгарах ба энэ нь үүссэн V-ийг хайлуулахад хангалттай бөгөөд энэ нь түүнийг шавхах, хатуу хэлбэрээр цуглуулах боломжийг олгодог. . Ийм аргаар олж авсан металлын цэвэр байдал 99.5% хүрдэг.

V-г гаргаж авах орчин үеийн арга бол вакуум нөхцөлд ислийг нүүрстөрөгчөөр 1250oС-аас 1700oC хүртэл бууруулах явдал юм.Хлорид олборлох арга нь шингэн магнитай VCl 3-ыг багасгах явдал юм.

Ванадийн хэрэглээ

Металлын гол хэрэглээний нэг нь гангийн чанарыг сайжруулахын тулд хайлшлах нэмэлт болох феррованади юм. Ванадий нэмэх нь гангийн бат бөх чанар, түүний хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдал болон бусад шинж чанарыг нэмэгдүүлдэг.

Энэ тохиолдолд нэмэлт бодис нь исэлдүүлэгч болон карбид үүсгэдэг бүрэлдэхүүн хэсгийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Карбидууд нь хайлшаар жигд тархсан бөгөөд халаахад гангийн ширхэгийн бүтцийн өсөлтөөс сэргийлдэг. Ванадий хайлштай цутгамал төмөр нь түүний чанарыг сайжруулахад тусалдаг.

Ванадий хэрэглэдэгтитан дээр суурилсан хайлшийг сайжруулахад зориулагдсан. Энэхүү хайлшийн нэмэлтийн 13 хүртэлх хувийг агуулсан титан байдаг. Ванади нь нисэхийн салбарт хэрэглэгддэг ниобий, тантал, хромын хайлш, хөнгөн цагаан, титан болон нисэх, пуужингийн бусад материалд агуулагддаг.

Элементийн өвөрмөц байдал нь түүнийг цөмийн үйлдвэрт атомын цахилгаан станцын түлшний саваа дамжуулах хоолой үйлдвэрлэхэд ашиглах боломжийг олгодог, учир нь энэ нь циркони шиг дулааны нейтроныг бага хөндлөн барих чадвартай бөгөөд энэ нь цөмийн энергийн үед чухал ач холбогдолтой юм. урвалууд. Атомын устөрөгчийн технологид ванадийн хлоридыг устай термохимийн харилцан үйлчлэлд ашигладаг.

Ванадий нь химийн болон хөдөө аж ахуйн үйлдвэрлэл, анагаах ухаан, шилний үйлдвэрлэл, нэхмэл эдлэл, будаг лак үйлдвэрлэл, батерейны үйлдвэрлэлд ашиглагддаг. Өргөн тархсан гар болон хайлшин багаж хром ванади,бат бөх чанараараа ялгагдана.

Сүүлийн үеийн салбаруудын нэг бол электроник юм. Ялангуяа сонирхолтой, ирээдүйтэй зүйл бол диоксид дээр суурилсан материал юм. титан ба ванади. Тодорхой арга замаар тэдгээрийг нэгтгэснээр компьютер болон бусад электрон төхөөрөмжүүдийн санах ой, хурдыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх чадвартай системийг бий болгодог.

Ванадийн үнэ

Бэлэн түүхий эд болгон ванади ялгардагсаваа, тойрог, түүнчлэн исэл хэлбэрээр. Энэхүү галд тэсвэртэй металлын үйлдвэрлэл эрхэлдэг олон аж ахуйн нэгжийн нэр төрөлд янз бүрийн зэрэглэлийн хайлш орно. Үнэ нь зорилго, металлын цэвэр байдал, үйлдвэрлэлийн арга, түүнчлэн бүтээгдэхүүний төрлөөс ихээхэн хамаардаг.

Жишээлбэл, Екатеринбургийн NPK "Тусгай металлурги" үйлдвэр нь нэг кг ембүү 7 мянган үнээр, тонн тутамд 440-500 мянган үнээр, VNM-1 ангиллын ембүүг тонн тутамд 500 мянган үнээр зардаг. Мөн зах зээлийн нөхцөл байдал, бүтээгдэхүүний эрэлтээс хамаарч үнэ өөрчлөгдөж болно.

ТОДОРХОЙЛОЛТ

Энгийн бодис хэлбэрээр ванадибиеийн төвтэй шоо тортой саарал галд тэсвэртэй металл. Үелэх системийн хоёрдогч (В) дэд бүлгийн V бүлгийн дөрөвдүгээр үед байрлана.

Нягт - 6.11 г / см3. Хайлах ба буцалгах цэгүүд нь 1920 ° C ба 3400 ° C байна. Ванадийн физик-химийн шинж чанар нь металлын цэвэр байдлаас ихээхэн хамаардаг. Тиймээс цэвэр металл нь уян хатан байдаг бол түүний доторх хольц байгаа нь түүний уян хатан чанарыг ихээхэн доройтуулж, хатуулгийг нэмэгдүүлдэг. Ердийн нөхцөлд энэ нь химийн тэсвэртэй металл юм.

Нэгдлүүд дэх ванадийн валент

Ванади нь үечилсэн системийн VB бүлгийн дөрөвдүгээр үед D.I. Менделеев. Атомын дугаар нь 23. Ванадийн атомын цөм нь 23 протон, 27 нейтрон (массын тоо 50) агуулдаг. Ванадийн атом нь 23 электрон агуулсан дөрвөн энергийн түвшинтэй (Зураг 1).

Цагаан будаа. 1. Ванадийн атомын бүтэц.

Үндсэн төлөвт байгаа ванадийн атомын электрон томъёо нь дараах байдалтай байна.

1с 2 2с 2 2х 6 3с 2 3х 6 3г 3 4с 2 .

Мөн энергийн диаграмм (зөвхөн валент гэж нэрлэгддэг гадаад энергийн түвшний электронуудад зориулж бүтээгдсэн):

Гурван хосгүй электрон байгаа нь түүний нэгдлүүдэд ванади нь валент III (V III 2 O 3, V III F 3, V III Cl 3) байж болохыг харуулж байна.

Ванадийн атом нь өдөөгдсөн төлөвт шилжих чадвартай: 4s дэд түвшний электронууд ууршиж, тэдгээрийн аль нэг нь 3d дэд түвшний сул тойрог замыг эзэлдэг.

Хослогдоогүй таван электрон байгаа нь ванади нь нэгдлүүдэд (V V 2 O 5, V V F 5) валент V-ийг харуулдаг болохыг харуулж байна.

Ванади нь II (V II O) ба IV (V IV O 2, V IV Cl 4) валентуудтай гэдгийг мэддэг.

Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ

ЖИШЭЭ 1

Ванадий(Ванадий), V, Менделеевийн үечилсэн системийн V бүлгийн химийн элемент; атомын дугаар 23, атомын масс 50.942; металл саарал ган өнгө. Байгалийн ванади нь хоёр изотопоос бүрдэнэ: 51 В (99.75%) ба 50 В (0.25%); сүүлийнх нь сул цацраг идэвхт (хагас задралын хугацаа T ½ = 10 14 жил). Ванадий 1801 онд Мексикийн эрдэс судлаач А.М.Дель Рио Мексикийн хүрэн хар тугалгын хүдрээс олж илрүүлж, халсан давсны үзэсгэлэнтэй улаан өнгөөр эритроний (Грекийн эритрос - улаан) гэж нэрлэжээ. 1830 онд Шведийн химич Н.Г.Сефстрем Таберг (Швед)-аас төмрийн хүдрийн шинэ элементийг илрүүлж, эртний Норвегийн гоо үзэсгэлэнгийн бурхан Ванадисийн хүндэтгэлд зориулж ванади гэж нэрлэжээ. 1869 онд Английн химич Г.Роско устөрөгчөөр VCl 2-ыг багасгаж нунтаг металл ванадий гаргаж авсан. 20-р зууны эхэн үеэс ванадий үйлдвэрлэлийн хэмжээнд олборлож эхэлсэн.

Дэлхийн царцдас дахь ванадийн агууламж 1.5·10 -2% масстай, энэ нь нэлээд түгээмэл элемент боловч чулуулаг, эрдэс бодист тархсан байдаг. Олон тооны ванадийн эрдсийн дотроос патронит, роскоэлит, деклозит, карнотит, ванадинит болон бусад зарим нь үйлдвэрлэлийн ач холбогдолтой байдаг. Ванадийн чухал эх үүсвэр нь титаномагнетит ба тунамал (фосфор) төмрийн хүдэр, түүнчлэн исэлдсэн зэс-хар тугалга-цайрын хүдэр юм. Ванадий нь ураны түүхий эд, фосфорит, боксит, төрөл бүрийн органик ордуудыг (асфальтит, шатдаг занар) боловсруулах явцад дайвар бүтээгдэхүүн болгон гаргаж авдаг.

Ванадийн физик шинж чанар.Ванади нь a=3.0282Å үетэй, бие төвтэй куб тортой. Цэвэр төлөвт ванади нь уян хатан бөгөөд даралтаар амархан ажиллах боломжтой. Нягт 6.11 г/см3; хайлах температур 1900°С, буцлах температур 3400°С; дулааны хувийн багтаамж (20-100 ° C-д) 0.120 кал/г градус; шугаман тэлэлтийн дулааны коэффициент (20-1000 ° C-д) 10.6·10 -6 градус -1; цахилгаан эсэргүүцэл 20 ° C 24.8 · 10 -8 ом · м (24.8 · 10 -6 ом · см); 4.5 К-аас доош ванади нь хэт дамжуулагчийн төлөвт ордог. Өндөр цэвэршүүлсэн ванадийн механик шинж чанар: Уян хатан модуль 135,25 н/м2 (13520 кгс/мм2), суналтын бат бэх 120 н/м2 (12 кгс/мм2), суналт 17%, Бринеллийн хатуулаг 700 м/м 2 (70 кгф/) мм 2). Хийн хольц нь ванадийн уян хатан чанарыг эрс бууруулж, хатуулаг, хэврэг байдлыг нэмэгдүүлдэг.

Ванадийн химийн шинж чанар.Энгийн температурт ванади нь агаар, далайн ус, шүлтийн уусмалд нөлөөлдөггүй; фторын хүчлийг эс тооцвол исэлдүүлэхгүй хүчилд тэсвэртэй. Давсны болон хүхрийн хүчлийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлын хувьд ванади нь титан, зэвэрдэггүй гангаас хамаагүй давуу юм. Агаарт 300 хэмээс дээш халах үед ванади нь хүчилтөрөгчийг шингээж, хэврэг болдог. 600-700 хэмд ванадий эрчимтэй исэлдэж, V 2 O 5 исэл, түүнчлэн доод исэл үүсгэдэг. Ванадыг азотын урсгалд 700°С-аас дээш халаахад ус болон хүчилд тогтвортой нитрид VN (bp 2050°C) үүсдэг. Ванади нь өндөр температурт нүүрстөрөгчтэй урвалд орж, өндөр хатуулагтай галд тэсвэртэй карбид VC (mp 2800 ° C) үүсгэдэг.

Ванади нь 2, 3, 4, 5-р валенттай тохирох нэгдлүүдийг өгдөг; Үүний дагуу дараахь исэлүүд мэдэгдэж байна: VO ба V 2 O 3 (үндсэн шинж чанар), VO 2 (амфотер) ба V 2 O 5 (хүчиллэг). 2 ба 3 валентын ванадийн нэгдлүүд тогтворгүй бөгөөд хүчтэй бууруулагч бодис юм. Илүү өндөр валенттай нэгдлүүд нь практик ач холбогдолтой. Ванадийн янз бүрийн валентын нэгдлүүдийг үүсгэх хандлагыг аналитик химид ашигладаг бөгөөд V 2 O 5-ийн катализаторын шинж чанарыг тодорхойлдог. Ванадийн (V) исэл нь шүлтлэгт уусч ванадат үүсгэдэг.

Ванадий бэлтгэх.Ванадий олборлохын тулд дараахь зүйлийг ашигладаг: хүдэр эсвэл хүдрийн баяжмалыг хүчил, шүлтийн уусмалаар шууд уусгах; түүхий эдийг (ихэвчлэн NaCl нэмэлтээр) шарж, дараа нь шарсан бүтээгдэхүүнийг ус эсвэл шингэрүүлсэн хүчилээр уусгана. Гидратжуулсан ванадийн (V) ислийг уусмалаас гидролизийн аргаар (рН = 1-3) ялгаж авдаг. Ванади агуулсан төмрийн хүдрийг тэсэлгээний зууханд хайлуулахад ванадий нь ширэм болж хувирч, ган боловсруулахад 10-16% V 2 O 5 агуулсан шаар гарч ирдэг. Ванадийн шаарыг ширээний давсаар шарж өгдөг. Шатаасан материалыг усаар, дараа нь шингэрүүлсэн хүхрийн хүчилээр уусгана. V 2 O 5 нь уусмалаас тусгаарлагдсан байна. Сүүлийнх нь феррованадий (35-70% ванадий бүхий төмрийн хайлш) хайлуулах, металл ванади болон түүний нэгдлүүдийг авахад ашиглагддаг. Зөөлөн металл Ванадий нь цэвэр V 2 O 5 эсвэл V 2 O 3 -ийг кальци-дулааны бууралтаар олж авдаг; хөнгөн цагаанаар V 2 O 5-ийг багасгах; V 2 O 3-ийн вакуум нүүрстөрөгчийн дулааны бууралт; VCl 3-ийн магнийн дулааны бууралт; ванадий иодидын дулааны диссоциаци. Ванадий нь хэрэглээний электрод бүхий вакуум нуман зуух, электрон цацрагийн зууханд хайлдаг.

Ванадийн хэрэглээ.Хар металлурги нь ванадийн гол хэрэглэгч (үйлдвэрлэсэн бүх металлын 95% хүртэл) юм. Ванади нь өндөр хурдны ган, түүнийг орлуулагч, бага хайлштай багажийн ган, зарим бүтцийн гангийн нэг хэсэг юм. 0.15-0.25% ванадий орсноор гангийн бат бэх, хатуулаг, ядаргаа, элэгдэлд тэсвэртэй байдал эрс нэмэгддэг. Ганд орсон ванади нь исэлгүйжүүлэх, карбид үүсгэдэг элемент юм. Ванадийн карбидууд нь тархсан хольц хэлбэрээр тархсан бөгөөд ган халах үед үр тарианы өсөлтөөс сэргийлдэг. Ванадийг ганд үндсэн хайлш - феррованади хэлбэрээр нэвтрүүлдэг. Мөн ванадий нь цутгамал төмрийг хайлшлахад ашигладаг. Ванадийн хэрэглэгч нь титан хайлшийн үйлдвэр юм; зарим титан хайлш нь 13% хүртэл ванади агуулдаг. Ниобий, хром, тантал агуулсан ванадийн нэмэлтүүд дээр суурилсан хайлш нь нисэх онгоц, пуужин болон бусад технологийн салбарт ашиглагдаж байна. Ти, Nb, W, Zr, Al нэмсэн ванадий дээр суурилсан халуунд тэсвэртэй, зэврэлтэнд тэсвэртэй хайлшийн төрөл бүрийн найрлагыг нисэх, пуужин, цөмийн технологид ашиглахаар боловсруулж байна. Га, Си, Ти-тэй ванадийн хэт дамжуулагч хайлш, нэгдлүүд нь сонирхол татдаг.

Цэвэр металл ванадий нь цөмийн энерги (түлшний элементийн бүрхүүл, хоолой) болон электрон төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Ванадийн нэгдлүүдийг химийн үйлдвэрт катализатор, хөдөө аж ахуй, анагаах ухаан, нэхмэл, будаг, лак, резин, керамик, шил, гэрэл зураг, хальс зэрэг үйлдвэрт ашигладаг.

Ванадийн нэгдлүүд нь хортой байдаг. Ванадизын нэгдлүүдийг агуулсан тоосоор амьсгалах замаар хордлого хийх боломжтой.Амьсгалын замыг цочроох, уушигны цус алдалт, толгой эргэх, зүрх, бөөрний үйл ажиллагаа алдагдах гэх мэт.

Бие дэх ванадий.Ванади нь ургамал, амьтны организмын байнгын бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Ванадийн эх үүсвэр нь магмын чулуулаг, занар (ойролцоогоор 0.013% ванадий агуулсан), түүнчлэн элсэн чулуу, шохойн чулуу (ойролцоогоор 0.002% ванадий) юм. Хөрсөнд ванади нь ойролцоогоор 0.01% (голчлон ялзмагт); цэнгэг болон далайн усанд 1·10 -7 -2·10 -7%. Хуурай газрын болон усны ургамалд ванадийн агууламж хуурай газрын болон далайн амьтдаас (1.5·10 -5 - 2·10 -4%) хамаагүй их (0.16-0.2%) байдаг. Ванадий баяжуулагчид нь: bryozoan Plumatella, нялцгай биетэн Pleurobranchus plumula, далайн өргөст хэмх Stichopus mobii, зарим асцидианууд, хөгцөөс - хар аспергиллус, мөөгнөөс - бах (Amanita muscaria).