Vanadio História, vlastnosti, štruktúra, použitie

On vanadium Je to tretí prechodný kov periodickej tabuľky, predstavovaný chemickým symbolom V. Nie je to také populárne ako iné kovy, ale tí, ktorí rozumejú oceliam a titánov. Fyzicky je synonymom tvrdosti a chemicky, farebný.

Niektoré chemikálie sa odvážia kvalifikovať sa ako chameleónový kov, ktorý je schopný prijať vo svojich zlúčeninách širokú škálu farieb; elektronická vlastnosť, ktorá pripomína vlastnosť mangánu a chrómu. Vo svojom rodnom a čistom stave vyzerá ako iné kovy: striebro, ale s modernými tónmi. Akonáhle je oxidovaná, pozrite sa dole.

Kovové kusy vanád s tenkými dúhovými vrstvami žltého oxidu. Zdroj: JURII [CC do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/o/3.0)]

Na tomto obrázku je dúhovka oxidu sotva odlišná, čo závisí od aukcií alebo povrchu kovových kryštálov. Táto vrstva oxidu ju chráni pred následnými oxidáciami, a teda pred koróziou.

Takáto odolnosť proti korózii, ako aj tepelné zlomeniny, jej poskytujú zliatiny, keď sa pridajú atómy V V. To všetko bez prílišného zvýšenia svojej hmotnosti, pretože vanadium nie je ťažký kov, ale svetlo; Na rozdiel od toho, čo si mnohí môžu myslieť.

Jeho meno je odvodené od severskej bohyne Vanadís, zo Škandinávie; Bola však objavená v Mexiku ako súčasť minerálu Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃CL, červenkasté kryštály. Problém bol v tom, že na získanie z tohto minerálu a mnohých ďalších, musel Vanadium₂Ani₅ (ktorý sa zníži s vápnikom).

Ostatné zdroje vanada odpočívajú v morských bytostiach alebo v ropnej surovej hodnote „uväznené“ v petroporfyrínoch.

V roztoku sú farby, ktoré ich zlúčeniny môžu mať, v závislosti od ich oxidačného stavu, žlté, modré, tmavozelené alebo fialové. Vanadium nielen vyniká pre tieto čísla alebo oxidačné stavy (od -1 do +5), ale jeho schopnosť koordinovať rôznymi spôsobmi s biologickým prostredím.

Chémia vanád je bohatá, tajomná a v porovnaní s inými kovmi je stále veľa svetla, ktoré sa na ňu musí vrhnúť kvôli jeho dôkladnému porozumeniu.

[TOC]

História

Objavenie

Mexiko má česť, že bolo krajinou, v ktorej bol tento prvok objavený. Mineralogista Andrés Manuel del Río, v roku 1801, analyzujúci červenkastý minerál, ktorý sa nazval hnedým vedením (Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃Cl), extrahované oxidy kovov, ktorých charakteristiky vtedy nezodpovedali charakteristikám žiadneho známeho prvku.

Preto prvý pokrstil tento prvok s názvom „Pancromo“ pre bohatú rozmanitosť farieb jeho zlúčenín; Potom premenoval „eryron“ z gréckeho slova erythronium, čo znamená červené.

O štyri roky neskôr francúzsky chemik Hippolyte Victor Collet Donso. A uplynulo viac ako dvadsať rokov, aby sme sa dozvedeli niečo o tomto zabudnutom prvku objavenom v mexických pôdach.

Vznik mena

V roku 1830 švajčiarsky chemik Nils Gabriel Sefström objavil ďalší nový prvok v železných mineráloch, ktoré volal Vanadio; meno, ktoré bolo odvodené od bohyne Nordic Vanadí, v porovnaní s jeho krásou s jasnými farbami zlúčenín tohto kovu.

Môže vám slúžiť: draselný nitri (KNO2): Štruktúra, vlastnosti a použitia

V tom istom roku nemecký geológ George William Featherstonhaugh povedal, že Vanadium a Erythrone boli v skutočnosti rovnakým prvkom; A hoci chcel, aby sa meno rieky zvíťazilo tým, že ju nazýva „Rionio“, jeho návrh nebol prijatý.

Izolácia

Na izoláciu vanádu bolo potrebné. Musela ho najprv transformovať na druhy, ktoré boli relatívne zmenšené; V tomto procese Berzelius získal vanadium nitruro v roku 1831, ktorý sa zamieňal s natívnym kovom.

V roku 1867 sa anglický chemik Henry Enfield Roscoe podarilo znížiť chlorid vanád (II), VCL₂, Kovové vanadium s použitím vodíkového plynu. Kov, ktorý vyrobil, však bol nečistý.

Nakoniec, označenie princípu technologickej histórie vanadia, veľká vzorka čistoty sa získala znížením V₂Ani₅ S kovovým vápnikom. Jedným z jej prvých vynikajúcich použití bolo použitie na výrobu podvozku vozidla Ford Model T.

Vlastnosti

Fyzický vzhľad

Vo svojej čistej podobe je to šedý kov s modrým, mäkkým a ťažkým nuanciám. Ak je však pokrytá vrstva oxidu (najmä produkt zapaľovača), nabíja sa nápadné farby, akoby to bol sklenený chameleón.

Molárna hmota

50 9415 g/mol

Bod topenia

1910 ° C

Bod varu

3407 ° C

Hustota

-6,0 g/ml, pri izbovej teplote

-5,5 g/ml, v bode topenia, to znamená, že sa sotva topí.

Fúzne teplo

21,5 kJ/mol

Odparovanie

444 kj/mol

Kapacita moláru

24,89 J/(mol · k)

Tlak vodnej pary

1 pa a 2101 K (prakticky opovrhnutiahodné aj pri vysokých teplotách).

Elektronegativita

1,63 v Pauling Scale.

Ionizačné energie

Po prvé: 650.9 kJ/mol (v⁺ plyn)

Po druhé: 1414 kJ/mol (v²⁺ plyn)

Tretie: 2830 kJ/mol (v³⁺ plyn)

Mohs tvrdosť

6.7

Rozklad

Po zahriatí môže uvoľňovať toxické výpary z V₂Ani₅.

Farby riešení

Zľava doprava, roztoky vanád v rôznych oxidačných stavoch: +5, +4, +3 a +2. Zdroj: W. Oelen cez Wikipedia.

Jednou z hlavných a notoricky známych charakteristík vanád sú farby jeho zlúčenín. Keď sú niektoré z nich rozpustené v kyslom médiu, roztoky (väčšinou vodné) vykazujú farby, ktoré umožňujú rozlíšenie počtu alebo stavu oxidácie od iného.

Napríklad štyri testovacie trubice s vanádom v rôznych oxidačných stavoch sú znázornené na hornom obrázku. Ten vľavo, žltý, zodpovedá V⁵⁺, Konkrétne ako vo VO₂⁺. Potom sledujú Vo VO CATION²⁺, s V⁴⁺, farba modrá; Katión V³⁺, tmavozelený; a v²⁺, fialová alebo mauve.

Keď roztok pozostáva zo zmesi V zlúčeniny⁴⁺ a v⁵⁺, Získava sa jasne zelená farba (produkt žltej s modrou farbou).

Reaktivita

Vrstva V₂Ani₅ O vanadium ho chráni pred reagovaním so silnými kyselinami, ako je sírová alebo hydrochlorika, silné základne a okrem korózie spôsobenej väčším oxidáciám.

Keď sa zahrieva nad 660 ° C, vanadium je úplne oxidovaný a má na sebe žltú pevnú látku s dúhovým jasom (v závislosti od uhlov jeho povrchu). Tento oranžový žltý oxid sa môže rozpustiť, ak sa pridá kyselina dusičná.

Môže vám slúžiť: vápnikový cyklus: Charakteristiky, fázy a dôležitosť

Izotopy

Takmer všetky atómy Vanadio vo vesmíre (99,75% z nich) sú o izotope ⁵¹V, zatiaľ čo veľmi malá časť (0,25%) zodpovedá izotopu ^päťdesiatVložka. Odtiaľ nie je prekvapujúce, že atómová hmotnosť vanád je 50 9415 U (bližšie k 51 ako 50).

Ostatné izotopy sú rádioaktívne a syntetické, s polovičným časom (t_1/2) sa pohybuje medzi 330 dňami (⁴⁹V), 16 dní (⁴⁸V), niekoľko hodín alebo 10 sekúnd.

Elektronická štruktúra a konfigurácia

Vanadio, V atómy sú usporiadané v kubickej kryštalickej štruktúre sústredenej na tele (BCC), čo je produkt ich kovového spojenia. Zo štruktúr je to menej husté a podieľa sa na „mori elektrónov“ svojich päť elektrónov vo Valencii podľa elektronickej konfigurácie:

[AR] 3D³ 4s²

Tri elektróny 3D orbitálu a dva zo 4S orbitálu sú teda spojené, aby cestovali pásom tvorené prekrývaním orbitálov vo Valencia všetkých atómov v skle; Je zrejmé, že vysvetlenie založené na teórii kapely.

Za to, že sú trochu menšie, atómy V ako kovy vľavo (Scandio a titán) v periodickej tabuľke a vzhľadom na ich elektronické vlastnosti je jej kovová väzba silnejšia; skutočnosť, ktorá sa odráža v jeho najväčšom mieste topenia, a teda aj s jeho najsúdenejšími atómami.

Podľa počítačových štúdií je BCC štruktúra vanadia stabilná aj pri obrovských tlakoch 60 GPA.  Prekročil tento tlak, jeho kryštál trpí prechodom do rhombohedrálnej fázy, ktorá zostáva stabilná až do 434 GPA; Keď sa štruktúra BCC znovu objaví.

Oxidácia

Elektronická konfigurácia vanadium naznačuje, že jeho atóm je schopný stratiť až päť elektrónov. Keď sa tak stane, stáva sa izolonickým až vznešeným argónovým plynom a predpokladá sa existencia katiónu V⁵⁺.

Podobne môže byť strata elektrónov postupná (v závislosti od toho, aké druhy sú spojené), ktoré majú kladné oxidačné čísla, ktoré sa pohybujú od +1 do +5; Preto sa predpokladá, že vo svojich zlúčeninách existencia príslušných katiónov V⁺, Vložka²⁺ A tak ďalej.

Vanadium môže tiež získať elektróny a stať sa kovovým aniónom. Jeho záporné oxidačné čísla sú: -1 (v^-) a -3 (v^3-). Elektronická konfigurácia V^3- je:

[AR] 3D⁶ 4s²

Aj keď na vyplnenie 3D orbitálov chýbajú štyri elektróny, V je stabilnejší^3- že v^7-, ktoré by teoreticky potrebovali druhy na extrémnom elektropozitívnom (aby mu dali svoje elektróny).

Žiadosti

-Kov

Zliatiny ocele a titánu

Vanadium poskytuje mechanickú, tepelnú a vibračnú odolnosť, okrem tvrdosti voči zliatinám, ku ktorým sa pridáva. Napríklad, ako je Ferovanadio (zliatina železa a vanadium) alebo karbid vanadium, sa pridáva spolu s ďalšími kovmi v oceli alebo v zliatinách titánu.

Týmto spôsobom, veľmi tvrdé a zároveň svetlo, užitočné pre náradie (šarže a kľúče o matici), prevodové stupne, časti auta alebo lietadlá, turbíny, bicykle, prúdové motory, nože, zubné implantáty atď.

Môže vám slúžiť: beryl hydroxid (be (oh) 2)

Tiež jeho zliatiny s Galio (v₃G) sú supravodiče a používajú sa na výrobu magnetov. A navyše, vzhľadom na ich malú reaktivitu, zliatiny vanád sú určené pre potrubia, v ktorých behajú korozívne chemické činidlá.

Vanadio redox batérie

Vanadium je súčasťou redoxných batérií, VRB (pre svoju skratku v angličtine: vanadium redox batérie). Môžu sa použiť na podporu výroby elektrickej energie zo solárnej a veternej energie, ako aj batérií v elektrických vozidlách.

-Zloženia

Pigment

V₂Ani₅ Používa sa na dodanie zlatej farby do skla a keramiky. Na druhej strane ich prítomnosť v niektorých mineráloch sa stala zelenkavou, rovnako ako s Emeralds (a vďaka aj iným kovom).

Katalyzátor

V₂Ani₅ Je to tiež katalyzátor používaný na syntézu kyseliny sírovej a kyseliny anhydridu maleico. Zmiešané s inými oxidmi kovov katalyzuje ďalšie organické reakcie, ako je oxidácia propánu a propylénu v kyseline akrylovej a akrylovej.

Liečivý

Drogy, ktoré pozostávajú z komplexov vanadio, sa považovali za možné a potenciálni kandidáti na liečbu cukrovky a rakoviny.

Biologický dokument

Zdá sa ironické, že vanadium, ktoré sú jeho farebnými a toxickými zlúčeninami, jeho ióny (VO⁺, Vola₂⁺ a vo₄^3-, väčšinou) v stopách sú prospešné a nevyhnutné pre živé bytosti; Najmä tie z morských biotopov.

Dôvody sú zamerané na ich oxidačné stavy, s tým, koľko ligandov biologického prostredia je koordinované (alebo interakcia), v analógii medzi vanadátom a fosfátovým aniónom (VO₄^3- a po₄^3-) a v ďalších faktoroch študovaných bioinorganickými chemikáliami.

Atómy vanadio potom môžu interagovať s tými atómami patriacimi do enzýmov alebo proteínov, buď so štyrmi (koordinačnými tetramedrónmi), piatimi (štvorcová pyramída alebo iné geometrie) alebo šesť. Ak k tomu dôjde, spustí sa priaznivá reakcia na telo, hovorí sa, že vanadium vykonáva farmakologickú aktivitu.

Napríklad existujú halperoxidázy: enzýmy, ktoré môže vanadium použiť ako kofaktor. Existujú tiež vanabinas (vo vanadocytových bunkách tunikátov), ​​fosforylázy, nitrogázy, transferíny a sérum (cicavčie) albumín, schopný interagovať s týmto kovovým kovom.

Organická alebo komplexná koordinačná molekula nazývaná amavadín je prítomná v telách určitých húb, ako je Amanita Muscaria (nižší obraz).

Huba. Zdroj: Pixabay.

A nakoniec, v niektorých komplexoch môže byť vanadium obsiahnuté v skupine Hemo, rovnako ako v prípade železa v hemoglobíne.

Odkazy

1. Triasť a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Vanadium. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
3. Ashok k. Verma & P. Formovať. (s.F.). Fonónová nestabilita a štrukturálne fázové prechody vo vanádii pod vysokým tlakom. Divízia vysokotlakovej fyziky, Bhabha Atomic Research Center, Trombay, Mumbai-400085, India.
4. HelMestine, Anne Marie, PH.D. (3. júla 2019). Fakty vanád (V alebo atómové číslo 23). Zotavené z: Thoughtco.com
5. Richard Mills. (24. októbra 2017). Vanadium: Kov, ktorý bez toho nedokážeme a nevyrábame. Glacier Media Group. Získané z: Ťažby.com
6. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Vanadium. Databáza pubchem. CID = 23990. Získané z: pubchem.Ncbi.NLM.NIH.Vláda
7. Clark Jim. (2015). Vanadium. Získané z: Chemguide.co.Uk
8. Pierce Sarah. (2019). Čo je vanadium? Použitie, fakty a izotopy. Štúdium. Získané z: štúdie.com
9. Cran & Col. (2004). Chémia a biochemik vanád a biologické aktivity vyvíjané vanadium zlúčeninami. Katedra chémie, Colorado State University, Fort Collins, Colorado 80523-1872.