Ванадий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ванадий(V)
Атомный номер	23
Внешний вид
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	50,9415 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	134 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	650,1(6,74) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d3 4s2
Химические свойства
Ковалентный радиус	122 пм
Радиус иона	(+5e)59 (+3e)74 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,63
Электродный потенциал	0
Степени окисления	5, 4, 3, 2, 0
Термодинамические свойства
Плотность	6,11 г/см³
Удельная теплоёмкость	0,485 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	30,7 Вт/(м·K)
Температура плавления	2160 K
Теплота плавления	17,5 кДж/моль
Температура кипения	3650 K
Теплота испарения	460 кДж/моль
Молярный объём	8,35 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки	кубическая объёмноцентрированная
Период решётки	3,020 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	390,00 K

[править] История

Ванадий открыт в 1801 году мексиканским минералогом А. М. Дель Рио как примесь в свинцовой руде из рудника в Зимапане. Новый элемент Дель Рио назвал эритронием (от греческого erythros — красный) из-за красного цвета его соединений. Однако впоследствии он решил, что им обнаружен не новый элемент, а разновидность хрома, открытого четырьмя годами ранее и еще почти не изученного. В 1830 мексиканским минералом занялся немецкий химик Ф. Велер, однако, отравившись фтористым водородом, он на несколько месяцев прекратил исследования. В том же году шведский химик Нильс Габриель Сефстрем обратил внимание на наличие в железной руде примеси, в которой наряду с известными элементами оказалось какое-то новое вещество. В результате анализа в лаборатории Й. Берцелиуса было доказано, что открыт новый элемент. В 1831 Велер доказал равнозначимость эритрония и ванадия, но за элементом сохранилось название, данное ему Сефстремом и Берцелиусом — ванадий.

[править] Происхождение названия

Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именем скандинавской богини красоты Ванадис.

[править] Нахождение в природе

В природе ванадий в свободном виде не встречается, относится к рассеянным элементам. Содержание ванадия в земной коре 1,6×10^–2% по массе, в воде океанов 3,1×10^-7%. Важнейшие минералы: патронит V(S₂)₂, ванадинит Pb₅(VO₄)₃Cl и некоторые другие. Основной источник получения ванадия — железные руды, содержащие ванадий как примесь.

[править] Получение

В промышленности при получении ванадия из железных руд с его примесью сначала готовят концентрат, в котором содержание ванадия достигает 8-16 %. Далее окислительной обработкой ванадий переводят в высшую степень окисления +5 и отделяют легко растворимый в воде ванадат натрия NaVO₃. При подкислении раствора серной кислотой выпадает осадок, который после высушивания содержит более 90 % ванадия. Первичный концентрат восстанавливают в доменных печах и получают концентрат ванадия, который далее используют при выплавке сплава ванадия и железа — так называемого феррованадия (содержит от 35 до 70 % ванадия). Металлический ванадий можно приготовить восстановлением хлорида ванадия водородом, кальцийтермическим восстановлением оксидов ванадия (V₂O₅ или V₂O₃), термической диссоциацией VI₂ и другими методами.

[править] Физические свойства

Ванадий по внешнему виду похож на сталь, это достаточно твердый, но вместе с тем пластичный металл.

[править] Химические свойства

Химически ванадий довольно инертен. Он стоек к действию морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот, щелочей.

С кислородом ванадий образует несколько оксидов: VO, V₂O₃, VO₂,V₂O₅. Оранжевый V₂O₅ — кислотный оксид, темно-синий VO₂ — амфотерный, остальные оксиды ванадия — основные.

С галогенами ванадий образует довольно летучие галогениды составов VX₂ (X = F, Cl, Br, I), VX₃, VX₄ (X = F, Cl, Br), VF₅ и несколько оксогалогенидов (VOCl, VOCl₂, VOF₃ и др.).

Соединения ванадия в степенях окисления +2 и +3 — сильные восстановители, в степени окисления +5 проявляют свойства окислителей. Известны тугоплавкий карбид ванадия VC (t_пл=2800°С), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия V₂S₅, силицид ванадия V₃Si и другие соединения ванадия.

При взаимодействии V₂O₅ с основными оксидами образуются ванадаты — соли ванадиевой кислоты вероятного состава H₂[O(V₂O₅)₂].

[править] Применение

[править] Металлургия

Ванадий в основном используется как легирующая добавка при получении износоустойчивых, жаропрочных и коррозионностойких сплавов (прежде всего, специальных сталей), а так же в производстве ряда высокопрочных сплавов титана и как компонент при получении магнитов.

[править] Катализаторы

Оксид ванадия V₂O₅ служит эффективным катализатором, например, при окислении сернистого газа SO₂ в серный газ SO₃ при производстве серной кислоты. Соединения ванадия находят разнообразное применение в различных отраслях промышленности (текстильной, стекольной, лакокрасочной и др.).

[править] Атомно-водородная энергетика

Хлорид ванадия применяется при термохимическом разложении воды в атомно-водородной энергетике(ванадий-хлоридный цикл "Дженерал Моторс",США).

[править] Химические источники тока

Пятиокись ванадия широко применяется в качестве положительного электрода(катода) в мощных литиевых батареях и аккумуляторах.Ванадат серебра в резервных батареях в качестве катода.

[править] Биологическая роль и воздействие

Ванадий постоянно присутствует в тканях всех организмов в ничтожных количествах. В растениях его содержание (0,1—0,2 %) значительно выше, чем в животных (1×10^–5—1×10^–4 %). Некоторые морские организмы — мшанки, моллюски и, особенно, асцидии — способны концентрировать ванадий в значительных количествах (у асцидий ванадий находится в плазме крови или специальных клетках — ванадоцитах). По-видимому, ванадий участвует в некоторых окислительных процессах в тканях. Мышечная ткань человека содержит 2×10^–6 % ванадия, костная ткань — 0,35×10^–6 %, в крови — менее 2×10^–4 мг/л. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия.

[править] Токсикология

Ванадий и его соединения весьма токсичны.

Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза — 2—4 мг. Для V₂O₅ ПДК в воздухе 0,1—0,5 мг/м³.

[править] Изотопы

Природный ванадий состоит из двух изотопов: слаборадиоактивного ⁵⁰V (изотопная распространённость 0,250 %) и стабильного ⁵¹V (99,750 %). Период полураспада ванадия-50 равен 1,5×10¹⁷ лет, т. е. для всех практических целей его можно считать стабильным; этот изотоп в 83 % случаев посредством электронного захвата превращается в ⁵⁰Ti, а в 17 % случаев испытывает бета-минус-распад, превращаясь в ⁵⁰Cr. Известны 24 искусственных радиоактивных изотопа ванадия с массовым числом от 40 до 65 (а также 5 метастабильных состояний). Из них наиболее стабильны ⁴⁹V (T_1/2=330 дней) и ⁴⁸V (T_1/2=15,974 дня).

[править] См. также

Категория:Соединения ванадия

[править] Ссылки

• Ванадий на Webelements
• Ванадий в Популярной библиотеке химических элементов

Это незавершённая статья о химическом элементе. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.