Vanád

Z Wikipédie

Vanád (Zo severogermánskeho Vanadis, mena germ. bohyne krásy Freyje, podľa nádherného vzhľadu niektorých vanádových zlúčenín) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku V a protónové číslo 23.

Vlastnosti

Ti - Vanád - Cr

V
Nb

[Ar]3d³4s²

23.

Periodická tabuľka prvkov

Všeobecné

Názov, značka, protónové číslo

Vanád, V, 23.

Séria

Prechodné prvky

Skupina, perióda, blok

5, 4, d

Vzhľad

kovovo strieborný

Atómové

Atómová hmotnosť

50,9415 amu

Atómový polomer (vypočítaný)

135 (171) pm

Kovalentný polomer

125 pm

Van der Waalsov polomer

- pm

Elektrónová konfigurácia

[Ar]3d³4s²

Elektróny na energetickú hladinu

2, 8, 11, 2

Oxidačné stupne (Oxidy)

5, 3 (amfotérne)

Elektronegativita

1,63 (Paulingova stupnica)

Výstupná energia

(eV)

Kryštalická štruktúra

kocková priestorovo centrovaná

Fyzikálne

Skupenstvo

pevné

Magnetické vlastnosti

obyčajne nemagnetický

Hustota (tvrdosť podľa Mohsa)

6110, kg/m³ (7,0)

Teplota topenia (tavenia)

1517 K (1902 °C)

Teplota varu

3682 K (3409 °C)

Molový objem

8,32 · 10^-6 m³/mol

Skupenské teplo vyparovania

0,452 kJ/mol

Skupenské teplo tavenia

20,9 kJ/mol

Tlak pary

3,06 Pa pri 2175 K

Rýchlosť zvuku

4560 m/s pri 20 °C

Rôzne

Merná tepelná kapacita

490 J/(kg · K)

Elektrická vodivosť

4,89 · 10⁶ S/m

Tepelná vodivosť

30,7 W/(m · K)

1. Ionizačná energia

650,9 kJ/mol

2. Ionizačná energia

1414 kJ/mol

3. Ionizačná energia

2830 kJ/mol

4. Ionizačná energia

4507 kJ/mol

5. Ionizačná energia

6298,7 kJ/mol

Izotop

Izotop	NA	t_1/2	ZM	ER MeV	PR
⁴⁸V	{syn.}	5,591 d	e^--	4,712	⁴⁸Ti
⁴⁹V	{syn.}	3,74 · 10⁶ a	e^--	0,597	⁵³Cr
⁵⁰V	{syn.}	312,3 d	e^--	1,377	⁵⁴Cr
⁵¹V	100 %	V je stabilný pri 28 neutrónoch

Vlastnosti NMR

	²³V
Spin jadra	6
gamma / rad/T	2,667 · 10⁷
Citlivosť k ¹H	0,0555
Larmorova frekvencia pri B = 4,7 T	19,9 M Hz

Pokiaľ je to možné a bežné, používame jednotky sústavy SI.
Ak nie je hore uvedené inak,
údaje sú za normálnych podmienok (NTP/STP).

[úprava] Vlastnosti

Vanád je zriedkavý, mäkký, nemagnetický, tuhý, kujný a striebristý prechodový kov. Vykazuje vysokú odolnosť voči korózii. Stálosť zachováva v alkáliách (zásadách), kyseline sírovej a chlorovodíkovej. Pri teplotách nad 933 K (660 °C) oxiduje na oxid vanadičný V₂O₅.
Vanád vykazuje vysokú mechanickú pevnosť.

V zlúčeninách má vanád najčastejšie oxidačný stupeň (oxidačné číslo) +5, ale často sa vyskytuje aj +2, +3, +4, aj keď s tendenciou prechádzať na stupeň +5. Oxidy vanadnaté a vanadité reagujú zásadito, oxid vanadičitý amfotericky a oxid vanadičný kyslo.

Obľúbeným experimentom na farebné zobrazenie týchto 4 oxidačných stupňov je redukcia bezfarebného vanadičnanu (?-)amónneho (N H₄VO₃) kovovým zinkom. Postupne sa vytvorí modrý (IV), zelený (III) a bledofialový (II) slaný roztok vanádu. Nižšie mocenstvá pôsobením vzduchu zoxidujú znova na zlúčeninu V. Pre túto ľahkú menitelnosť mocenstva sa vanád používa aj ako katalyzátor. Oxidačný stupeň +1 sa vyskytuje zriedka. Ale možné sú aj stupne 0, -1 a -3.

[úprava] Využitie

Zhruba 80 % vyrobeného vanádu sa predáva vo forme ferovanádu alebo spotrebuje ako legujúca prísady (zliatinový prvok) v oceliarskom priemysle. Tvrdé a húževnaté vanádové ocele však zriedka obsahujú viac ako 1 % vanádu.

Špeciálne ušľachtilé ocele na výrobu lekárskych nástrojov a pre nástrojárstvo.
- Nehrdzavejúce rýchlorezné ocele (nástrojové ocele)
- s hliníkom ako zliatinovou prísadou do titánových zliatin pre spaľovacie turbínové motory a vysokorýchlostné lietadlá.
ocele obsahujúce vanád nachádzajú uplatnenie ako hriadele, kľukové hriadele, ozubené kolesá v prevodovkách a iných kritických dielcoch.
Karbidotvorný prvok v oceliarstve.
Vanádové fólie ako medzistielka pri plátovaní titánu na oceľ.
Vanádovo-gáliové pásy pre výrobu supravodivých magnetov s hustotou magnetického toku 175000 gaussov
Vanádové zlúčeniny slúžia ako katalyzátor pri výrobe anhydridu kyseliny maleínovej a kyseliny sírovej
Oxid vanadičný (V₂O₅) sa používa vo výrobe keramiky a ako katalyzátor

[úprava] História

Vanád najprv objavil Andres Manuel del Rio, španielsky mineralóg v roku 1801 v Mexiko-City v olovenej rude s dnešným názvom vanadinit (vanadičnan (?-)olova), ktorý nazval "brown lead". Pre farby podobné chrómu rôznych zlúčenín tohoto prvku ho nazval panchróm. Neskôr del Rio zmenil jeho meno na erythronium (po gr. červený) , pretože pri zahriatí sa farbil väčšinou na červeno.

Francúzsky chemici presvedčili del Rio, že "brown lead" je bázický chroman olovnatý, takže erythronium je len znečistený chróm. Del Rio sa dal presvedčiť a na jeho objav sa zabudlo. Roku 1831 znovuobjavil vanád Švéd Nils Gabriel Sefström pri experimentovaní so železnými rudami. V tom istom roku potvrdil Friedrich Wöhler del Riove skoršie práce. Kovový vanád bol vyrobený roku 1867 Henrym Enfieldom Roscoe redukciou chloridu vanaditého pomocou vodíka.

Zlúčeniny vanádu sa vyznačujú veľkou a peknou farebnou pestrosťou. Preto ho Sefström nazval podľa Freyje, nordickej bohyne krásy, zvanej Vanadis.

[úprava] Fyziológia

V biologických sústavách je vanád esenciálnou súčastou niektorých enzýmov. Nitrogenázu vanádu (?) používajú niektoré mikroorganizmy oxidujúce dusík.

Potkany a sliepky vo veľmi malých množstvách taktiež potrebujú vanád. Nedostatok vanádu u nich vedie k zníženému rastu a slabšiemu rozmnožovaniu.

Ióny vanadičnanu VO₄^3- majú podobný účinok ako inzulín. Bohužiaľ sú však potrebné dávky toxické. Oveľa menej toxický je vanadylion(?) VO^2-, ale telo ho nevie vstrebať v potrebnom množstve. Sľubné sú organické vanadylové komplexy. Vanád sa okrem toho dnes používa aj ako anoretikum, ktoré pomáha cítiť sa rýchlejšie sýty. Je napr. v tabletkách na chudnutie TrimSpa.

[úprava] Výskyt

Vanád sa vyskytuje len vo forme zlúčenín. Momentálne je známych 65 nerastov.

patronit(?) VS₄
vanadinit [Pb₅(VO₄)3Cl]
carnotit [K₂(UO₂)₂(VO₄)₂.3H₂O]
ako nečistota v magnetite, železnej rude, ktorá môže obsahovať až 1-2 % vanádu.

Aj bauxit a fosílne nosiče energie ako ropa, uhlie, olejová bridlica a dechtový piesok obsahuje nezanedbateľné množstvá vanádu.Spektrálnou analýzou možno vanád preukázať v slnečnom svetle a svetle niektorých hviezd.

[úprava] Výroba

Kovový vanád sa najčastejšie vyrába redukciou oxidu vanadičného V₂O₅ pomocou vápnika pod pretlakom.

[úprava] Zlúčeniny

Oxid vanadičný (V₂O₅) sa používa ako NH₃-SCR-katalyzátor v spaľovniach odpadu (TiO₂-WO₃-V₂O₅) a ako farbivo.

[úprava] Bezpečnostné opatrenia

Vanád je vysoko horľavý. Zlúčeniny vanádu sú vysoko jedovaté. Vdychovaný prach obsahujúci vanád môže spôsobiť rakovinu pľúc.

Legovacie vlastnosti pre oceľ
Mechanické vlastnosti^*
Tvrdosť	zvyšuje
Pevnosť (Medza pevnosti)	zvyšuje
Medza elasticity (Medza klzu)	zväčšuje
Tepelná roztažnosť	výrazne nemení
Zoškrtenie(kontrakcia)	výrazne nemení
Prierazuvzdornosť (Vrubová húževnatosť)	zvyšuje
Elasticita	zvyšuje
Žiarupevnosť	zvyšuje
Ochladzovanie	výrazne zrýchľuje
Karbidácia	extrémne zvyšuje
Oteruvzdornosť	výrazne zvyšuje
Kujnosť	zlepšuje
Obrábatelnosť	-
Nitridácia	zlepšuje
Hrdzuvzdornosť	zlepšuje
Magnetické vlastnosti
Hysterézia	-
Permeabilita	-
Koercivita	-
Remanencia	-
Výkonová strata	-
Poznámky
* Len vlastnosti nadobudnuté priamym dodaním prísady a bez dodatočných úprav (kalenie, valcovanie atď.)

[úprava] Dodatočný popis (legúra pre oceľ)

Je to užitočný prvok. Zjemňuje primárne zrno, a tým aj štruktúru zliatiny.Najlepší karbidátor - zvyšuje tvorbu karbidu a tým aj tvrdosť, oteruvzdornosť a iné. Preto je spolu s chrómom dobrý na pracovné nástroje (na každých lepších kliešťach je materiálová značka Cr-V).