Vanadium (elemento ng kemikal): kasaysayan ng pangalan, istraktura ng atom, valency. Valency ng vanadium Ano ang valency ng vanadium

Ang Vanadium ay elemento ng kemikal, na tinutukoy ng simbolo na "V". Ang atomic mass ng vanadium ay 50.9415 a. e.m., atomic number - 23. Ito ay isang matigas na silver-grey, malleable at fusible na metal, na bihirang makita sa kalikasan. Ito ay matatagpuan sa higit sa 60 mineral at maaari pang matagpuan sa fossil fuels.

Hindi kinikilalang pagtuklas

Ang metal na vanadium ay unang natuklasan ng Mexican mineralogist na ipinanganak sa Espanya na si Andres Manuel Del Rio noong 1801. Kinuha ng mananaliksik bagong elemento mula sa isang sample ng "brown" lead ore na minahan sa Mexico. Sa lumalabas, ang mga asing-gamot ng metal ay may iba't ibang kulay, kaya orihinal na pinangalanan ito ng Del Rio na "panchromium" (mula sa Griyego na "παγχρώμιο" - "multi-colored").

Nang maglaon, pinalitan ng mineralogist ang pangalan ng elementong erythronium (mula sa Griyego na "ερυθρός" - "pula"), dahil karamihan sa mga asin ay nagiging pula kapag pinainit. Tila ang hindi kapani-paniwalang swerte ay ngumiti sa isang maliit na kilalang siyentipiko sa Europa. Ang pagtuklas ng bagong elemento ng kemikal na vanadium ay nangako, kung hindi katanyagan, pagkatapos ay hindi bababa sa pagkilala mula sa mga kasamahan. Gayunpaman, dahil sa kakulangan ng makabuluhang awtoridad sa siyentipikong mundo hindi pinansin ang tagumpay ng Mexican.

Noong 1805, iminungkahi ng French chemist na si Hippolyte Victor Collet-Decotils na ang bagong elementong pinag-aralan ni Del Rio ay isang sample lamang ng lead chromate na may mga impurities. Sa huli, ang Mexican researcher, upang hindi tuluyang mawalan ng mukha sa harap ng scientific fraternity, ay tinanggap ang pahayag ni Collet-Decotille at tinalikuran ang kanyang natuklasan. Gayunpaman, ang kanyang tagumpay ay hindi nawala sa limot. Ngayon, si Andres Manuel Del Rio ay kinikilala bilang ang nakatuklas ng pambihirang metal.

Muling pagbubukas

Noong 1831, muling natuklasan ng Swede na si Nils Gabriel Sefström ang kemikal na elementong vanadium sa oxide na nakuha niya habang nagtatrabaho sa iron ore. Pinili ng siyentipiko ang titik na "V" bilang pagtatalaga nito, na hindi pa nakatalaga sa anumang elemento. Sefström pinangalanan bagong metal dahil sa maganda at mayamang kulay nito bilang parangal sa Old Norse na diyosa ng kagandahan na si Vanadis.

Ang balita ay pumukaw ng pagtaas ng interes sa komunidad ng siyensya. Naalala namin kaagad ang gawain ng Mexican mineralogist. Sa parehong 1831, muling sinuri at kinumpirma ni Friedrich Wöhler ang naunang pagtuklas ni Del Rio. At iminungkahi ng geologist na si George William Featherstonhoop na tawagan ang metal na "rionium" bilang parangal sa nakatuklas, ngunit hindi suportado ang inisyatiba.

Mailap

Ang paghihiwalay ng vanadium metal sa dalisay nitong anyo ay napatunayang mahirap. Bago ito, ang mga siyentipiko ay nagtrabaho lamang sa mga asin nito. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga tunay na katangian ng vanadium ay hindi alam. Noong 1831, iniulat ni Berzelius ang pagkuha ng isang metallized substance, ngunit pinatunayan ni Henry Enfield Roscoe na talagang gumawa si Berzelius ng vanadium nitride (VN). Sa kalaunan ay ginawa ni Roscoe ang metal noong 1867 sa pamamagitan ng pagbabawas ng vanadium chloride (VCl 2) na may hydrogen. Mula noong 1927, ang purong vanadium ay nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng vanadium pentoxide na may calcium.

Ang unang serial na pang-industriya na paggamit ng elemento ay nagsimula noong 1905. Ang metal ay idinagdag sa isang bakal na haluang metal upang gawing chassis ng racing car at kalaunan sa Ford Model T. Ang mga katangian ng Vanadium ay nakakatulong na mabawasan ang bigat ng istruktura habang pinapataas ang lakas ng tensile. Sa pamamagitan ng paraan, natuklasan ng Aleman na chemist na si Martin Henze ang vanadium sa mga selula ng dugo (o mga coelomic cell) ng mga naninirahan sa dagat - accidia - noong 1911.

Mga katangiang pisikal

Ang Vanadium ay isang malleable na gray-blue na metal na may katamtamang tigas na may steely luster at density na 6.11 g/cm³. Inilalarawan ng ilang mapagkukunan ang materyal bilang malambot, ibig sabihin ay mataas ang ductility nito. Ang kristal na istraktura ng elemento ay mas kumplikado kaysa sa karamihan ng mga metal at bakal.

Ang Vanadium ay may mahusay na pagtutol sa kaagnasan, alkalis, sulfuric at hydrochloric acid. Nag-oxidize ito sa hangin sa humigit-kumulang 660°C (933K, 1220°F), bagaman ang passivation ng oxide ay nangyayari kahit na sa temperatura ng silid. Natutunaw materyal na ito kapag ang temperatura ay umabot sa 1920°C, at sa 3400°C ito ay kumukulo.

Mga katangian ng kemikal

Ang Vanadium, kapag nalantad sa oxygen, ay bumubuo ng apat na uri ng mga oxide:

Ang mga uri (II) na compound ng vanadium ay mga ahente ng pagbabawas, at ang mga uri ng (V) na mga compound ay mga ahente ng oxidizing. Ang mga compound (IV) ay madalas na umiiral bilang mga derivatives ng vanadyl cation.

Oksido

Ang pinaka-komersyal na mahalagang tambalan ay vanadium pentoxide. Ito ay isang brownish-dilaw na solid, bagaman kapag bagong precipitated mula sa may tubig na solusyon ang kulay nito ay madilim na orange.

Ang oksido ay ginagamit bilang isang katalista para sa paggawa ng sulfuric acid. Ang tambalang ito ay nag-oxidize ng sulfur dioxide (SO 2) sa trioxide (SO 3). Sa redox reaction na ito, ang sulfur ay na-oxidized mula +4 hanggang +6, at ang vanadium ay nababawasan mula +5 hanggang +4. Ang formula para sa vanadium ay ang mga sumusunod:

V 2 O 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3

Ang katalista ay muling nabuo sa pamamagitan ng oksihenasyon ng oxygen:

2VO 2 + O 2 → V 2 O 5

Ang mga katulad na proseso ng oksihenasyon ay ginagamit sa paggawa ng maleic anhydride, phthalic anhydride at ilang iba pang bulk organic compounds.

Ginagamit din ang oxide na ito sa paghahanda ng ferrovanadium. Ito ay pinainit gamit ang bakal at ferrosilicon na may pagdaragdag ng dayap. Kapag ang aluminyo ay ginamit, ang isang bakal-vanadium na haluang metal ay ginawa kasama ng aluminyo oksido bilang isang by-product. Dahil sa mataas na koepisyent ng thermal resistance nito, ang vanadium(V) oxide ay ginagamit bilang isang detektor na materyal sa mga bolometer at microbolometer array sa mga thermal imaging instrument.

Mga katangian

Ang bihirang metal ay may mga sumusunod na katangian:

Istraktura ng kristal: kubiko na nakasentro sa katawan.
Ang conductivity ng tunog: 4560 m/s (sa 20°C).
Valence ng vanadium: V (mas madalas IV, III, II).
Thermal expansion: 8.4 µm/(m K) (sa 25°C).
Thermal conductivity: 30.7 W/(m K).
Electrical resistance: 197 nΩ m (sa 20°C).
Magnetism: paramagnetic.
Magnetic susceptibility: +255·10 -6 cm 3 /mol (298K).
Elastic modulus: 128 GPa.
Modulus ng paggugupit: 47 GPa.
Bulk modulus ng elasticity: 160 GPa.
Ang ratio ng Poisson: 0.37.
Katigasan sa sukat ng Mohs: 6.7.
Vickers tigas: 628-640 MPa.
Katigasan ng Brinell: 600-742 MPa.
Kategorya ng elemento: transition metal.
Electronic na configuration: 3d 3 4s 2.
Init ng pagsasanib: 21.5 kJ/mol.
Init ng pagsingaw: 444 kJ/mol.
Kapasidad ng init ng molar: 24.89 J/(mol K).

Ang Vanadium sa periodic table ay nasa 5th group (vanadium subgroup), 4th period, d-block.

Nagkakalat

Ang Vanadium sa sukat ng Uniberso ay humigit-kumulang 0.0001% ng kabuuang dami ng bagay. Ito ay kasingkaraniwan ng tanso at sink. Ang metal ay natuklasan sa parang multo ng Araw at iba pang mga bituin.

Ang elemento ay ang ika-20 pinaka-sagana sa crust ng lupa. Ang metal na vanadium ay medyo bihira sa mala-kristal na anyo, ngunit ang mga compound ng materyal na ito ay matatagpuan sa 65 iba't ibang mga mineral. Ang makabuluhan sa ekonomiya ng mga ito ay patronite (VS 4), vanadinite (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) at carnotite (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O).

Ang mga Vanadyl ions ay sagana sa tubig-dagat at may average na konsentrasyon na 30 nMa. Ang ilang mga mapagkukunan mineral na tubig naglalaman din ng mga ion na ito sa mataas na konsentrasyon. Halimbawa, ang mga bukal malapit sa Mount Fuji ay naglalaman ng hanggang 54 µg/l.

Produksyon

Karamihan sa mga bihirang metal na ito ay nagmula sa vanadium magnetite, na matatagpuan sa ultramafic igneous gabbro rocks. Ang mga hilaw na materyales ay pangunahing kinukuha mula sa South Africa, hilagang-kanluran ng Tsina at silangang Russia. Noong 2013, ang mga bansang ito ay gumawa ng higit sa 97% ng lahat ng vanadium (79,000 tonelada sa timbang).

Ang metal ay naroroon din sa bauxite at mga deposito ng krudo, karbon, oil shale at tar sands. Ang mga konsentrasyon ng hanggang 1200 ppm ay naiulat sa krudo. Dahil sa mga katangian ng oxidizing ng vanadium (ilan sa mga oxide nito), pagkatapos ng pagkasunog ng naturang mga produktong petrolyo, ang mga nalalabi ng elemento ay maaaring magdulot ng kaagnasan sa mga makina at boiler.

Tinatayang 110,000 tonelada ng substance ang inilalabas sa atmospera bawat taon sa pamamagitan ng pagsunog ng fossil fuels. Ngayon, ang mga teknolohiya ay binuo upang kunin ang mga mahahalagang sangkap mula sa mga hydrocarbon.

Produksyon

Ang Vanadium ay pangunahing ginagamit bilang isang additive sa mga bakal na haluang metal na tinatawag na ferroalloys. Ang Ferrovanadium ay direktang nakukuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng pinaghalong vanadium oxide na may valency (V), iron oxides at purong bakal sa isang electric oven.

Ang metal ay ginawa gamit ang isang multi-step na proseso na nagsisimula sa pamamagitan ng pag-ihaw ng ground vanadium magnetite ore na may pagdaragdag ng sodium chloride (NaCl) o sodium carbonate (Na2CO3) sa humigit-kumulang 850°C upang makagawa ng sodium metavanadate (NaVO3). Ang isang may tubig na katas ng sangkap na ito ay inaasido upang makakuha ng polyvanadate salt, na nababawasan ng calcium metal. Bilang alternatibo sa maliit na produksyon, ang vanadium pentoxide ay binabawasan ng hydrogen o magnesium.

Maraming iba pang mga pamamaraan ang ginagamit din, na lahat ay gumagawa ng vanadium bilang isang by-product ng iba pang mga proseso. Ang paglilinis nito ay posible gamit ang iodide method, na binuo nina Anton Eduard van Arkel at Jan Hendrik de Boer noong 1925. Kabilang dito ang pagbuo ng vanadium (III) iodide at ang kasunod na pagkabulok nito upang makagawa ng purong metal:

2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3

Ang mga Hapones ay gumawa ng isang medyo kakaibang paraan upang makuha ang elementong ito. Nag-aanak sila ng mga ascidian (isang uri ng chordata) sa mga plantasyon sa ilalim ng tubig, na sumisipsip ng vanadium mula sa tubig dagat. Pagkatapos ay kinokolekta sila at sinusunog. Ang mahalagang metal ay nakuha mula sa nagresultang abo. Sa pamamagitan ng paraan, ang konsentrasyon nito sa kasong ito ay mas mataas kaysa sa pinakamayamang deposito.

Mga haluang metal

Ano ang vanadium alloys? Humigit-kumulang 85% ng bihirang metal na ginawa ay ginagamit upang makagawa ng ferrovanadium o bilang isang additive sa bakal. Sa simula ng ika-20 siglo, natuklasan na kahit isang maliit na halaga ng vanadium ay makabuluhang pinatataas ang lakas ng bakal. Ang elementong ito ay bumubuo ng matatag na nitride at carbide, na humahantong sa pinabuting katangian ng mga bakal at haluang metal.

Mula noon, ginagamit na ang vanadium sa mga axle, frame, crankshafts, gears at iba pang mahahalagang bahagi ng mga gulong na sasakyan. Mayroong dalawang grupo ng mga haluang metal:

Mataas na carbon na may nilalaman na 0.15% hanggang 0.25% na vanadium.
Mga high-speed tool steel (HSS) na naglalaman ng mula 1% hanggang 5% ng elementong ito.

Ang mga katigasan sa itaas ng HRC 60 ay maaaring makamit para sa HSS grade steels Ginagamit ang mga ito sa mga surgical instruments. Sa powder metalurgy, ang mga haluang metal ay maaaring maglaman ng hanggang 18% vanadium. Ang mataas na nilalaman ng carbide sa mga haluang ito ay makabuluhang nagpapataas ng resistensya sa pagsusuot. Ang mga tool at kutsilyo ay ginawa mula sa kanila.

Dahil sa mga katangian nito, pinapatatag ng vanadium ang beta form ng titanium, pinatataas ang lakas at katatagan ng temperatura nito. Hinahalo sa aluminyo sa titanium alloys, ginagamit ito sa mga jet engine, high-speed aircraft at dental implants. Ang pinakakaraniwang haluang metal para sa mga seamless pipe ay titanium 3/2.5, na naglalaman ng 2.5% vanadium. Ang mga materyales na ito ay malawakang ginagamit sa industriya ng aerospace, depensa at bisikleta. Ang isa pang karaniwang haluang metal, na pangunahing ginawa sa mga sheet, ay titanium 6AL-4V, na 6% aluminyo at 4% vanadium.

Maraming vanadium alloys ang nagpapakita ng superconducting properties. Ang unang yugto ng superconductor A15 ay isang vanadium compound V 3 Si, na nakuha noong 1952. Ang Vanadium gallium tape ay ginagamit sa superconducting magnets. Ang istraktura ng superconducting phase A15 V 3 Ga ay katulad ng istraktura ng mas karaniwang mga superconductors: triniobium stannibide (Nb 3 Sn) at niobium titanium (Nb 3 Ti).

Kamakailan lamang, natuklasan ng mga siyentipiko na sa Middle Ages, ang maliit na halaga ng vanadium (mula 40 hanggang 270 bahagi bawat milyon) ay idinagdag sa ilang mga sample ng Damascus at damask steel. Pinahusay nito ang mga katangian ng mga blades. Gayunpaman, hindi malinaw kung saan at kung paano mina ang bihirang metal. Marahil ito ay bahagi ng ilang ores.

Aplikasyon

Bilang karagdagan sa metalurhiya, ang vanadium ay ginagamit para sa iba pang mga aplikasyon. Ang thermal neutron capture cross section at maikling kalahating buhay ng isotopes na ginawa ng neutron capture ay ginagawang angkop na materyal ang metal para gamitin sa loob ng fusion reactor.

Ang pinakakaraniwang vanadium oxide, V 2 O 5 pentoxide, ay ginagamit bilang isang katalista sa paggawa ng sulfuric acid at bilang isang oxidizing agent sa paggawa ng maleic anhydride. Ang vanadium foam ay ginagamit sa paggawa ng mga produktong ceramic.

Ang metal ay isang mahalagang sangkap mixed metal oxide catalysts na ginagamit sa oksihenasyon ng propane at propylene sa acrolein, acrylic acid o ang ammoxidation ng propylene sa acrylonitrile. Ang isa pang vanadium oxide, VO 2 dioxide, ay ginagamit sa paggawa ng mga glass coatings na humaharang sa infrared radiation sa ilang partikular na temperatura.

Ang vanadium redox na baterya ay isang voltaic cell na binubuo ng mga may tubig na vanadium ions sa iba't ibang estado ng oksihenasyon. Ang mga baterya ng ganitong uri ay unang iminungkahi noong 1930s, at ang komersyal na paggamit ay nagsimula noong 1980s. Maaaring gamitin ang Vanadate upang protektahan ang bakal mula sa kaagnasan.

Ang Vanadium ay mahalaga para sa kalusugan ng tao. Nakakatulong ito sa pag-regulate ng carbon at lipid metabolism at kasangkot sa paggawa ng enerhiya. Inirerekomenda na kumonsumo ng 6-63 mcg bawat araw (data ng WHO) ng sangkap na nagmumula mga produktong pagkain. Ito ay sapat sa mga cereal, munggo, gulay, damo, at prutas.

Paglalarawan at katangian ng vanadium

Ang Vanadium ay orihinal na natuklasan ng Mexican A.M. Del Rio sa brown ores na naglalaman ng lead, na kapag pinainit ay nagbigay ng mapula-pula na kulay.

Ngunit ang elemento ay nakatanggap ng opisyal na pagkilala sa kalaunan, nang ito ay natuklasan ng isang chemist mula sa Sweden na si N.G.G. .

Sa pamamagitan ng hitsura ang metal ay kahawig ng bakal sa kulay silver-gray nito. Ngunit doon nagtatapos ang pagkakatulad. Istraktura ng Vanadium: cubic body-centered na sala-sala na may mga parameter na a=3.024A at z=2. Ang density ay 6.11 g/cm3.

Natutunaw ito sa temperatura na 1920 o C, at nagsisimulang kumulo sa 3400 o C. Ngunit ang pag-init sa bukas na hangin sa temperatura na higit sa 300 o C ay binabawasan ang mga katangian ng plastik ng metal at ginagawa itong malutong, habang pinapataas ang katigasan nito. Ang istraktura ng metal na atom ay tumutulong sa amin na maunawaan ang pag-uugali na ito.

elemento ng vanadium, pagkakaroon ng atomic number na 23 at atomic mass na 50.942, ito ay kabilang sa pangkat V ng ikaapat na yugto ng D system. At ito ay nangangahulugan na vanadium atom binubuo ng 23 proton, 23 electron at 28 neutron.

Sa kabila ng katotohanan na ito ay isang elemento ng pangkat V, valency ng vanadium ay hindi palaging katumbas ng 5. Maaari itong maging 2, 3, 4 at 5 na may positibong tanda. Iba't ibang kahulugan ipinaliwanag ng valencies iba't ibang mga pagpipilian pagpuno ng mga electronic shell, kung saan sila ay dumating sa isang matatag na estado.

Ito ay kilala na positibong halaga Ang valence ay tinutukoy ng bilang ng mga electron na naibigay ng isang atom ng isang elemento ng kemikal, at negatibo - sa bilang ng mga electron na nakakabit sa panlabas na antas ng enerhiya upang mabuo ang katatagan nito. Electronic formula ng vanadium- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 .

Madali itong makapag-donate ng dalawang electron mula sa 4th sublevel, habang ang oxidation state nito ay dahil sa 2-valence positive manifestation. Ngunit ang isang atom ng elementong ito ay may kakayahang mag-donate ng 3 higit pang mga electron mula sa orbit na nauuna sa panlabas na sublevel at nagpapakita ng pinakamataas na estado ng oksihenasyon na +5.

Ang mga oxide ng elementong ito na may valence na 2 hanggang 5 ay naiiba sa kanilang mga kemikal na pagpapakita. Ang mga oxide VO at V 2 O 3 ay basic sa kalikasan, ang VO 2 ay amphoteric at ang V 2 O 5 ay acidic.

Ang dalisay na metal ay nakikilala sa pamamagitan ng ductility nito at samakatuwid ay madaling maproseso sa pamamagitan ng stamping, pressing at rolling. Ang welding at pagputol ay dapat isagawa sa isang hindi gumagalaw na kapaligiran, dahil ang ductility ay nawala kapag pinainit.

Sa panahon ng pagproseso, ang metal ay halos hindi napapailalim sa work hardening at maaaring makatiis ng mabibigat na karga kapag malamig na naka-compress nang walang intermediate annealing. Ito ay lumalaban sa kaagnasan at hindi nagbabago sa ilalim ng impluwensya ng tubig, kabilang ang tubig sa dagat, pati na rin ang mga mahina na solusyon ng ilang mga acid, salts at alkalis.

Mga deposito ng Vanadium at pagmimina

Elemento ng kemikal ng Vanadium, medyo karaniwan sa mga terrestrial na bato, ngunit hindi nangyayari sa purong anyo, na naroroon sa mga mineral sa isang dispersed na estado. Ang mga akumulasyon nito sa mga bato ay napakabihirang. Ito ay isang bihirang metal. Ang ore na naglalaman ng 1% purong substance ay inuri bilang mayaman.

Ang industriya ay hindi nagpapabaya kahit na ang mga ores na naglalaman ng 0.1% ng mahirap na elemento. Ito ay matatagpuan sa mababang konsentrasyon sa higit sa apatnapung mineral. Mahalaga para sa industriya ang roscoelite, na tinatawag na vanadium mica, na naglalaman ng hanggang 29% V 2 O 5 pentoxide, carnotite (uranium mica), na naglalaman ng 20% V 2 O 5, at vanadinite na naglalaman ng 19% V 2 O 5.

Ang malalaking deposito ng mineral na naglalaman ng metal ay matatagpuan sa America, South Africa, Russia, Finland at Australia. Mayroong malaking deposito sa mga bundok ng Peru, kung saan ito ay kinakatawan ng patronite V 2 S 5 na naglalaman ng asupre. Kapag ito ay pinaputok, ang isang concentrate ay nabuo na naglalaman ng hanggang 30% V 2 O 5.

Ang mineral ay natagpuan sa Kyrgyzstan at Kazakhstan. Ang sikat na Kyzylorda field ay isa sa pinakamalaki. Sa Russia, ito ay mina pangunahin sa rehiyon ng Krasnodar (deposito ng Kerch) at sa mga Urals (deposito ng Gusevogorsk titanomagnetite).

Ang teknolohiya para sa pagkuha ng metal ay nakasalalay sa mga kinakailangan para sa kadalisayan at lugar ng paggamit nito. Ang mga pangunahing pamamaraan na ginamit sa teknolohiya ng paggawa nito ay iodide, calcethermic, aluminothermic, carbon-thermal sa vacuum, at chloride.

Ang teknolohiya ng paraan ng iodide ay batay sa thermal dissociation ng iodide. Karaniwan ang pagkuha ng metal sa pamamagitan ng pagbabawas ng V 2 O 5 sa pamamagitan ng thermal method gamit ang calcium o aluminum.

Sa kasong ito, ang isang reaksyon ay nangyayari ayon sa pormula: V 2 O 5 +5Ca = 2V+5CaC+1460 kJ na may pagpapakawala ng init, na sapat upang matunaw ang nagresultang V, na nagpapahintulot dito na maubos at makolekta sa solidong anyo . Ang kadalisayan ng metal na nakuha sa ganitong paraan ay umabot sa 99.5%.

Makabagong paraan Ang V extraction ay ang pagbabawas ng mga oxide sa ilalim ng mga kondisyon ng vacuum na may carbon sa mga temperatura mula 1250 o C hanggang 1700 o C. Ang pamamaraan ng chloride extraction ay kinabibilangan ng pagbabawas ng VCl 3 na may likidong magnesiyo.

Mga aplikasyon ng vanadium

Ang isa sa mga pangunahing gamit ng metal ay bilang isang alloying additive - ferrovanadium upang mapabuti ang kalidad ng mga bakal. Ang pagdaragdag ng vanadium ay nagdaragdag ng mga parameter ng lakas ng bakal, pati na rin ang tibay nito, paglaban sa pagsusuot at iba pang mga katangian.

Sa kasong ito, ang additive ay gumagana bilang parehong deoxidizing agent at isang carbide-forming component. Ang mga karbida ay pantay na ipinamamahagi sa haluang metal, na pumipigil sa paglaki ng istruktura ng mga butil ng bakal kapag pinainit. Ang cast iron alloyed na may vanadium ay nakakatulong din na mapabuti ang mga katangian nito.

Ginagamit ang Vanadium para sa pagpapabuti ng mga haluang metal na batay sa titanium. Mayroong titanium, na naglalaman ng hanggang 13% ng alloying additive na ito. Ang Vanadium ay naroroon din sa mga haluang metal ng niobium, tantalum at chromium na ginagamit sa industriya ng abyasyon, pati na rin ang aluminyo, titanium at iba pang materyales para sa abyasyon at rocketry.

Ang pagiging natatangi ng elemento ay nagpapahintulot na magamit ito sa industriya ng nukleyar sa paggawa ng mga channel pipe para sa mga fuel rod para sa mga nuclear power plant, dahil ito, tulad ng zirconium, ay may pag-aari ng mababang transverse capture ng thermal neutrons, na mahalaga sa panahon ng nuclear. mga reaksyon. Sa atomic hydrogen technology, ang vanadium chloride ay ginagamit para sa thermochemical interaction sa tubig.

Ang Vanadium ay ginagamit sa mga industriya ng kemikal at agrikultura, gamot, paggawa ng salamin, tela, produksyon ng pintura at barnis at paggawa ng mga baterya. Laganap na hand at alloy tooling chromium vanadium, nakikilala sa pamamagitan ng kanilang tibay.

Isa sa mga pinakabagong lugar ay electronics. Ang partikular na kawili-wili at promising ay isang materyal na batay sa mga dioxide. titan at vanadium. Pinagsama sa isang tiyak na paraan, lumikha sila ng isang sistema na may kakayahang makabuluhang taasan ang memorya at bilis ng mga computer at iba pang mga elektronikong aparato.

Presyo ng Vanadium

Bilang isang natapos na hilaw na materyal Ang vanadium ay inilabas sa anyo ng mga rod, bilog, pati na rin ang mga oxide. Ang assortment ng maraming mga negosyo na kasangkot sa paggawa ng refractory metal na ito ay may kasamang mga haluang metal ng iba't ibang grado. Ang presyo ay higit na nakasalalay sa layunin, kadalisayan ng metal, paraan ng produksyon, pati na rin ang uri ng produkto.

Halimbawa, ang Yekaterinburg enterprise NPK "Special Metallurgy" ay nagbebenta ng mga ingot sa presyo na 7 thousand bawat kg, sa presyo mula 440 hanggang 500 thousand bawat tonelada, VNM-1 grade ingots sa presyo na 500 thousand bawat tonelada. Maaaring mag-iba din ang presyo depende sa kondisyon sa pamilihan at demand para sa mga produkto.

DEPINISYON

Sa anyo ng isang simpleng sangkap vanadium grey refractory metal na may body-centered cubic lattice. Matatagpuan sa ikaapat na yugto ng pangkat V ng pangalawang (B) subgroup ng Periodic table.

Densidad - 6.11 g/cm3. Ang mga punto ng pagkatunaw at pagkulo ay 1920 o C at 3400 o C, ayon sa pagkakabanggit. Physico-chemical na katangian Ang vanadium ay lubos na umaasa sa kadalisayan ng metal. Kaya, ang dalisay na metal ay malleable, habang ang pagkakaroon ng mga impurities sa loob nito ay lubhang nakapipinsala sa ductility nito at nagpapataas ng katigasan nito. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ito ay isang metal na lumalaban sa kemikal.

Valence ng vanadium sa mga compound

Ang Vanadium ay nasa ikaapat na yugto sa pangkat ng VB ng Periodic Table D.I. Mendeleev. Ang atomic number ay 23. Ang nucleus ng isang vanadium atom ay naglalaman ng 23 protons at 27 neutrons (mass number ay 50). Ang vanadium atom ay may apat na antas ng enerhiya na naglalaman ng 23 mga electron (Larawan 1).

kanin. 1. Istraktura ng vanadium atom.

Ang electronic formula ng vanadium atom sa ground state ay ang mga sumusunod:

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

At ang diagram ng enerhiya (itinayo lamang para sa mga electron ng panlabas na antas ng enerhiya, na kung hindi man ay tinatawag na valence):

Ang pagkakaroon ng tatlong hindi magkapares na electron ay nagpapahiwatig na ang vanadium sa mga compound nito ay maaaring magpakita ng valency III (V III 2 O 3, V III F 3, V III Cl 3).

Ang vanadium atom ay may kakayahang lumipat sa isang nasasabik na estado: ang mga electron ng 4s sublevel ay singaw at ang isa sa kanila ay sumasakop sa isang bakanteng orbital ng 3d sublevel:

Ang pagkakaroon ng limang hindi magkapares na mga electron ay nagpapahiwatig na ang vanadium ay nagpapakita rin ng valence V sa mga compound nito (V V 2 O 5, V V F 5).

Ito ay kilala na ang vanadium ay may valencies II (V II O) at IV (V IV O 2, V IV Cl 4).

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

HALIMBAWA 1

Vanadium(Vanadium), V, elemento ng kemikal ng pangkat V ng periodic system ng Mendeleev; atomic number 23, atomic mass 50.942; kulay abo-bakal na metal. Ang natural na vanadium ay binubuo ng dalawang isotopes: 51 V (99.75%) at 50 V (0.25%); ang huli ay mahina radioactive (half-life T ½ = 10 14 taon). Ang Vanadium ay natuklasan noong 1801 ng Mexican mineralogist na si A. M. del Rio sa Mexican brown lead ore at pinangalanang erythronium (mula sa Greek erythros - pula) para sa magandang pulang kulay ng pinainit na mga asin. Noong 1830, natuklasan ng Swedish chemist na si N. G. Sefström ang isang bagong elemento sa iron ore mula sa Taberg (Sweden) at pinangalanan itong Vanadium bilang parangal sa Old Norse na diyosa ng kagandahan na si Vanadis. Noong 1869, nakuha ng English chemist na si G. Roscoe ang powdered metallic Vanadium sa pamamagitan ng pagbabawas ng VCl 2 sa hydrogen. Ang Vanadium ay minahan sa isang pang-industriya na sukat mula pa noong simula ng ika-20 siglo.

Ang nilalaman ng vanadium sa crust ng lupa ay 1.5·10 -2% ayon sa masa; ito ay medyo karaniwang elemento, ngunit nakakalat sa mga bato at mineral. Mula sa malaking bilang Ang mga mineral na vanadium na may kahalagahan sa industriya ay patronite, roscoelite, decloysite, carnotite, vanadinite at ilang iba pa. Ang isang mahalagang mapagkukunan ng vanadium ay titanomagnetite at sedimentary (phosphorous) iron ores, pati na rin ang oxidized copper-lead-zinc ores. Ang Vanadium ay nakuha bilang isang by-product sa panahon ng pagproseso ng mga hilaw na materyales ng uranium, phosphorite, bauxite at iba't ibang mga organikong deposito (asphaltites, oil shale).

Mga pisikal na katangian ng Vanadium. Ang Vanadium ay may body-centered cubic lattice na may period a=3.0282Å. Sa dalisay nitong estado, ang vanadium ay malleable at madaling magawa sa pamamagitan ng pressure. Densidad 6.11 g/cm3; temperatura ng pagkatunaw 1900 ° С, temperatura ng kumukulo 3400 ° С; tiyak na kapasidad ng init (sa 20-100°C) 0.120 cal/g deg; thermal coefficient ng linear expansion (sa 20-1000°C) 10.6·10 -6 deg -1; tiyak paglaban sa kuryente sa 20°C 24.8·10 -8 ohm·m (24.8·10 -6 ohm·cm); Mas mababa sa 4.5 K ang Vanadium ay napupunta sa isang superconducting state. Mga mekanikal na katangian ng mataas na kadalisayan ng vanadium pagkatapos ng pagsusubo: elastic modulus 135.25 n/m2 (13520 kgf/mm2), lakas ng makunat 120 n/m2 (12 kgf/mm2), elongation 17%, Brinell hardness 700 mn /m 2 (70 kgf/ mm 2). Ang mga dumi ng gas ay makabuluhang binabawasan ang ductility ng vanadium at pinatataas ang katigasan at brittleness nito.

Mga kemikal na katangian ng Vanadium. Sa ordinaryong temperatura, ang Vanadium ay hindi apektado ng hangin, tubig sa dagat at mga solusyon sa alkali; lumalaban sa mga non-oxidizing acid, maliban sa hydrofluoric acid. Ang Vanadium ay higit na nakahihigit sa titanium at hindi kinakalawang na asero sa mga tuntunin ng paglaban sa kaagnasan sa hydrochloric at sulfuric acid. Kapag pinainit sa hangin sa itaas ng 300°C, ang vanadium ay sumisipsip ng oxygen at nagiging malutong. Sa 600-700°C ang Vanadium ay masinsinang na-oxidized upang bumuo ng V 2 O 5 oxide, pati na rin ang mga mas mababang oxide. Kapag ang vanadium ay pinainit sa itaas ng 700°C sa isang nitrogen stream, ang nitride VN ay nabuo (bp 2050°C), matatag sa tubig at mga acid. Ang Vanadium ay tumutugon sa carbon sa mataas na temperatura, na nagbubunga ng refractory carbide VC (mp 2800°C), na may mataas na tigas.

Ang Vanadium ay nagbibigay ng mga compound na tumutugma sa valences 2, 3, 4 at 5; Alinsunod dito, ang mga sumusunod na oxide ay kilala: VO at V 2 O 3 (basic in nature), VO 2 (amphoteric) at V 2 O 5 (acidic). Ang mga compound ng 2- at 3-valent vanadium ay hindi matatag at malakas na mga ahente ng pagbabawas. Ang mga compound ng mas mataas na valences ay praktikal na kahalagahan. Ang tendensya ng Vanadium na bumuo ng mga compound ng iba't ibang valencies ay ginagamit sa analytical chemistry at tinutukoy din ang catalytic properties ng V 2 O 5. Ang Vanadium (V) oxide ay natutunaw sa alkalis upang bumuo ng mga vanadate.

Paghahanda ng Vanadium. Upang kunin ang vanadium, ang mga sumusunod ay ginagamit: direktang pag-leaching ng ore o ore concentrate na may mga solusyon ng acids at alkalis; pag-ihaw ng feedstock (madalas na may mga additives ng NaCl) na sinusundan ng pag-leaching ng produkto ng litson na may tubig o dilute acids. Ang hydrated Vanadium (V) oxide ay nakahiwalay sa mga solusyon sa pamamagitan ng hydrolysis (sa pH = 1-3). Kapag ang vanadium-containing iron ores ay natunaw sa isang blast furnace, ang vanadium ay na-convert sa cast iron, at kapag naproseso sa bakal, ang slag na naglalaman ng 10-16% V 2 O 5 ay nakuha. Ang vanadium slags ay inihaw na may table salt. Ang nasunog na materyal ay nilulusaw ng tubig at pagkatapos ay may dilute na sulfuric acid. Ang V 2 O 5 ay nakahiwalay sa mga solusyon. Ang huli ay ginagamit para sa smelting ferrovanadium (iron alloys na may 35-70% vanadium) at pagkuha ng metallic vanadium at mga compound nito. Ang malambot na metal na Vanadium ay nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng calcium-thermal ng purong V 2 O 5 o V 2 O 3; pagbabawas ng V 2 O 5 na may aluminyo; vacuum carbon-thermal na pagbabawas ng V 2 O 3; magnesium-thermal na pagbabawas ng VCl 3; thermal dissociation ng vanadium iodide. Ang Vanadium ay natutunaw sa mga vacuum arc furnace na may consumable electrode at sa mga electron beam furnace.

Paglalapat ng Vanadium. Ang ferrous metalurgy ay ang pangunahing mamimili ng Vanadium (hanggang sa 95% ng lahat ng ginawang metal). Ang Vanadium ay bahagi ng high-speed steel, ang mga pamalit nito, low-alloy tool steels at ilang structural steels. Sa pagpapakilala ng 0.15-0.25% Vanadium, ang lakas, tibay, paglaban sa pagkapagod at paglaban sa pagsusuot ng bakal ay tumaas nang husto. Ang Vanadium na ipinakilala sa bakal ay parehong deoxidizing at carbide-forming element. Ang mga vanadium carbide, na ibinahagi sa anyo ng mga dispersed inclusions, ay pumipigil sa paglaki ng butil kapag ang bakal ay pinainit. Ang Vanadium ay ipinakilala sa bakal sa anyo ng isang master alloy - ferrovanadium. Ginagamit din ang Vanadium para sa paghalo ng cast iron. Ang consumer ng Vanadium ay ang industriya ng titanium alloy; ilang titanium alloys ay naglalaman ng hanggang 13% vanadium. Ang mga haluang metal batay sa niobium, chromium at tantalum na naglalaman ng vanadium additives ay natagpuang ginagamit sa abyasyon, rocket at iba pang larangan ng teknolohiya. Ang iba't ibang komposisyon ng mga haluang metal na lumalaban sa init at lumalaban sa kaagnasan batay sa Vanadium kasama ang pagdaragdag ng Ti, Nb, W, Zr at Al ay binuo para magamit sa aviation, rocket at nuclear technology. Ang mga superconducting alloy at compound ng Vanadium na may Ga, Si at Ti ay interesado.

Ang purong metal na Vanadium ay ginagamit sa nuclear energy (mga shell para sa mga elemento ng gasolina, mga tubo) at sa paggawa ng mga elektronikong aparato. Ang mga compound ng vanadium ay ginagamit sa industriya ng kemikal bilang mga katalista sa agrikultura at gamot, sa industriya ng tela, pintura at barnis, goma, seramik, salamin, larawan at pelikula.

Ang mga compound ng vanadium ay nakakalason. Posible ang pagkalason sa pamamagitan ng paglanghap ng alikabok na naglalaman ng mga compound ng Vanadium/ Nagdudulot sila ng pangangati respiratory tract, pulmonary hemorrhages, pagkahilo, mga kaguluhan sa paggana ng puso, bato, atbp.

Vanadium sa katawan. Ang Vanadium ay isang palaging bahagi ng mga organismo ng halaman at hayop. Ang pinagmulan ng Vanadium ay mga igneous na bato at shales (naglalaman ng humigit-kumulang 0.013% Vanadium), pati na rin ang mga sandstone at limestones (mga 0.002% Vanadium). Sa mga lupa, ang Vanadium ay humigit-kumulang 0.01% (pangunahin sa humus); sa sariwang at tubig dagat 1·10 -7 -2·10 -7%. Sa terrestrial at aquatic na mga halaman, ang nilalaman ng vanadium ay mas mataas (0.16-0.2%) kaysa sa mga hayop sa terrestrial at dagat (1.5·10 -5 - 2·10 -4%). Ang mga concentrator ng vanadium ay: ang bryozoan Plumatella, ang mollusk Pleurobranchus plumula, ang sea cucumber Stichopus mobii, ilang mga ascidians, mula sa molds - black aspergillus, mula sa mushroom - toadstool (Amanita muscaria).