Ванадий
Ванадий | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Титан | Хром → | ||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||
Внешний вид простого вещества | ||||||||||||||||||||||||||||
Образцы ванадия |
||||||||||||||||||||||||||||
Свойства атома | ||||||||||||||||||||||||||||
Название, символ, номер | Вана́дий / Vanadium (V), 23 | |||||||||||||||||||||||||||
период , блок |
15 (устар. 5), 4, d-элемент |
|||||||||||||||||||||||||||
Атомная масса (молярная масса) |
50,9415(1)[1] а. е. м. (г/моль) | |||||||||||||||||||||||||||
Электронная конфигурация |
[Ar] 3d34s2 1s22s22p63s23p63d34s2 |
|||||||||||||||||||||||||||
Радиус атома | 134 пм | |||||||||||||||||||||||||||
Химические свойства | ||||||||||||||||||||||||||||
Ковалентный радиус | 122 пм | |||||||||||||||||||||||||||
Радиус иона | (+5e)59 (+3e)74 пм | |||||||||||||||||||||||||||
Электроотрицательность | 1,63 (шкала Полинга) | |||||||||||||||||||||||||||
Электродный потенциал | 0 | |||||||||||||||||||||||||||
Степени окисления | 0, +2, +3, +4, +5 | |||||||||||||||||||||||||||
Энергия ионизации (первый электрон) |
650,1 (6,74) кДж/моль (эВ) | |||||||||||||||||||||||||||
Термодинамические свойства простого вещества | ||||||||||||||||||||||||||||
Плотность (при н. у.) | 6,11[2] г/см³ | |||||||||||||||||||||||||||
Температура плавления | 2160 К (1887 °C) | |||||||||||||||||||||||||||
Температура кипения | 3650 К (3377 °C) | |||||||||||||||||||||||||||
Мол. теплота плавления | 17,5 кДж/моль | |||||||||||||||||||||||||||
Мол. теплота испарения | 460 кДж/моль | |||||||||||||||||||||||||||
Молярная теплоёмкость | 24,95[2] Дж/(K·моль) | |||||||||||||||||||||||||||
Молярный объём | 8,35 см³/моль | |||||||||||||||||||||||||||
Кристаллическая решётка простого вещества | ||||||||||||||||||||||||||||
Структура решётки |
Кубическая объёмноцентрированная |
|||||||||||||||||||||||||||
Параметры решётки |
3,024 Å[2] | |||||||||||||||||||||||||||
Температура Дебая | 390 K | |||||||||||||||||||||||||||
Прочие характеристики | ||||||||||||||||||||||||||||
Теплопроводность | (300 K) 30,7 Вт/(м·К) | |||||||||||||||||||||||||||
Номер CAS | 7440-62-2 | |||||||||||||||||||||||||||
Наиболее долгоживущие изотопы | ||||||||||||||||||||||||||||
|
23 | Ванадий
|
3d34s2 |
Вана́дий (
.История
Ванадий был открыт в 1801 году профессором минералогии из Мехико Андресом Мануэлем Дель Рио в свинцовых рудах. Он обнаружил новый металл и предложил для него название «панхромий» из-за широкого диапазона цвета его соединений, сменив затем название на «эритроний». Дель Рио не имел авторитета в научном мире Европы, и европейские химики усомнились в его результатах. Затем и сам Дель Рио потерял уверенность в своём открытии и заявил, что открыл всего лишь хромат свинца.
В 1830 году ванадий был открыт заново шведским химиком Нильсом Сефстрёмом в железной руде. Новому элементу название дали Берцелиус и Сефстрём.
Шанс открыть ванадий был у Фридриха Вёлера, исследовавшего мексиканскую руду, но он серьёзно отравился фтороводородом незадолго до открытия Сефстрёма и не смог продолжить исследования. Однако Вёлер довёл до конца исследование руды и окончательно доказал, что в ней содержится именно ванадий, а не хром.
Поскольку ванадий обычно встречается в сочетании с другими элементами, выделение металлического ванадия было затруднено. В 1831 году Берцелиус сообщил о производстве металла, но Генри Энфилд Роско показал, что Берцелиус получил нитрид ванадия (VN). В конце концов Роско получил этот металл в 1867 году восстановлением хлорида ванадия(II) VCl2 водородом. В 1927 году чистый ванадий был получен восстановлением пятиокиси ванадия кальцием.
Названия
Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именем скандинавской богини любви и красоты
Нахождение в природе
Ванадий является 20-м по распространённости элементом в земной коре[6]. Он относится к рассеянным элементам и в природе в свободном виде не встречается. Содержание ванадия в земной коре 1,6⋅10−2% по массе, в воде океанов 3⋅10−7%. Наиболее высокие средние содержания ванадия в магматических породах отмечаются в габбро и базальтах (230—290 г/т). В осадочных породах значительное накопление ванадия происходит в биолитах (асфальтитах, углях, битуминозных фосфатах), битуминозных сланцах, бокситах, а также в оолитовых и кремнистых железных рудах. Близость ионных радиусов ванадия и широко распространённых в магматических породах железа и титана приводит к тому, что ванадий в гипогенных процессах целиком находится в рассеянном состоянии и не образует собственных минералов. Его носителями являются многочисленные минералы титана (титаномагнетит, сфен, рутил, ильменит), слюды, пироксены и гранаты, обладающие повышенной изоморфной ёмкостью по отношению к ванадию. Важнейшие минералы: патронит VS4, ванадинит Pb5(VO4)3Cl и некоторые другие. Основной источник получения ванадия — железные руды, содержащие ванадий как примесь.
.
Месторождения
В течение первого десятилетия XX века большая часть ванадиевой руды добывалась американской компанией Vanadium из Минас-Рагра в Перу. Позднее увеличение спроса на уран привело к увеличению добычи руды этого металла. Одной из основных урановых руд был карнотит, который также содержит ванадий. Таким образом, ванадий стал доступным как побочный продукт производства урана. Со временем добыча урана стала обеспечивать большую долю спроса на ванадий[8][9].
Известны месторождения в Перу, США, ЮАР, Финляндии, Австралии, Армении, Турции, Англии, России[10]. Одним из крупнейших месторождений ванадия называют Чинейское месторождение в Забайкальском крае[11].
Физические свойства
Ванадий — пластичный
Изотопы
Природный ванадий состоит из двух
Известны 24 искусственных радиоактивных изотопа ванадия с
=15,974 дня).Химические свойства
Химически ванадий довольно инертен. Он имеет хорошую стойкость к коррозии, к действию морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот, щелочей[12].
С кислородом ванадий образует несколько оксидов: VO, V2O3, VO2,V2O5. Оранжевый V2O5 — кислотный оксид, тёмно-синий VO2 — амфотерный, остальные оксиды ванадия — осно́вные.
Известны следующие оксиды ванадия:
Систематическое | Хим. формула | Плотность, г/см³ | Температура плавления, °C | Температура кипения, °C | Молярная масса, г/моль | Цвет |
---|---|---|---|---|---|---|
Оксид ванадия(II) | VO | 5,76 | 1830 | 3100 | 66,94 | Чёрный |
Оксид ванадия(III) | V2O3 | 4,87 | 1967 | 3000 | 149,88 | Чёрный |
Оксид ванадия(IV) | VO2 | 4,571 г/см³ | 1542 | 2700 | 82,94 | Тёмно-голубой |
Оксид ванадия(V) | V2O5 | 3,357 | 670 | 2030 | 181,88 | Красно-жёлтый |
Галогениды ванадия гидролизуются. 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 (tпл=2800 °C), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия V2S5, силицид ванадия V3Si и другие соединения ванадия.
При взаимодействии V2O5 с осно́вными оксидами образуются
Взаимодействует с кислотами.
- С концентрированной азотной кислотой:
Получение
Этот раздел исправив и дополнив его. |
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
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 80 % ванадия). Металлический ванадий можно приготовить восстановлением хлорида ванадия водородом, термическим восстановлением оксидов ванадия (V2O5 или V2O3) кальцием, термической диссоциацией VI2 и другими методами.
Некоторые из разновидностей асцидий обладают уникальной особенностью: в их крови содержится ванадий. Асцидии поглощают его из воды. В Японии предложено разводить асцидий на подводных плантациях, собирать их урожай, сжигать и получать золу, в которой ванадий содержится в более высокой концентрации, чем в руде многих его месторождений[13].
Применение
Хлорид ванадия применяется при термохимическом разложении воды в атомно-водородной энергетике (ванадий-хлоридный цикл «Дженерал Моторс», США).
- Химические источники тока
Пентаоксид ванадия широко применяется в качестве положительного электрода (анода) в мощных литиевых батареях и аккумуляторах[14].
- В производстве серной кислоты
- Металлургия
Свыше 90 %[17] всего производимого ванадия находит применение в качестве легирующей добавки в сталях, главным образом, высокопрочных низколегированных, в меньшей степени, нержавеющих и инструментальных, а также в производстве высокопрочных титановых сплавов[18], основанных на системе Ti-6Al-4V (в российской классификации — ВТ6, содержит около 4 % ванадия). В сталях ванадий образует мелкодисперсные карбиды VC, что повышает механические свойства и стабильность структуры. Его применение особенно эффективно совместно с вольфрамом, молибденом и никелем. В конструкционных сталях содержание ванадия не превышает, как правило, 0,25 %, в инструментальных и быстрорежущих доходит до 4 %. В российской номенклатуре сталей ванадий обозначается буквой Ф.
Ванадий используется в деталях, требующих очень высокой прочности, таких как поршни автомобильных двигателей. Американский промышленник Генри Форд отмечал важную роль ванадия в автомобильной промышленности. «Если бы не было ванадия — не было бы автомобиля». — Говорил Форд[19]. Ванадиевая сталь позволила уменьшить вес при увеличении прочности при растяжении[20].
Ванадиевая сталь используется при создании погружных буровых платформ для бурения нефтяных скважин[21].
- Сувенирная продукция
Частные компании США выпускают медали и коллекционные жетоны из чистого ванадия. Одна из ванадиевых медалей вышла в 2011 году[22].
- Электроника
Полупроводниковый материал на основе
Производство
- Россия: ЕВРАЗ Ванадий Тула, Чусовской металлургический завод[24]
- Чехия: Мнишек-под-Брди
- США: Хот-Спрингс
- ЮАР: Бритс
Биологическая роль и воздействие
Этот раздел исправив и дополнив его. |
Ванадий и многие его соединения
Ванадий и его соединения очень токсичны для водных организмов (окружающей среды).
Установлено, что ванадий может тормозить синтез
Избыточное поступление ванадия в организм обычно связано с экологическими и производственными факторами. При остром воздействии токсических доз ванадия у рабочих отмечаются местные воспалительные реакции кожи и слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей, скопление слизи в бронхах и альвеолах. Возникают и системные аллергические реакции типа астмы и экземы; а также лейкопения и анемия, которые сопровождаются нарушениями основных биохимических параметров организма.
При введении ванадия животным (в дозах 25—50 мкг/кг) отмечается замедление роста, диарея и увеличение смертности.
Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза — 2—4 мг.
Повышенное содержание белков и хрома в рационе снижает токсическое действие ванадия. Нормы потребления для этого минерального вещества не установлены.
Кроме того, высокое содержание ванадия выявлено у некоторых морских беспозвоночных (
См. также
Примечания
- ↑ .
- ↑ 1 2 3 4 Коршунов Б. Г. Ванадий // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А — Дарзана. — С. 349. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.
- ↑ Pergament A., Khanin S. ELECTRONIC SWITCHING IN THIN OXIDE LAYERS IN TRANSITION METALS (рус.). “Basic Research and Higher Education” and “Development of the Scientific Potential of Higher Education”, supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation and the American Civil Research and Development Foundation (CRDF), grant No. RUX0-000013-PZ-06) (13 мая 2009). Дата обращения: 22 января 2022. Архивировано 22 января 2022 года.
- doi:10.1002/andp.18310970103. — . Архивировано3 мая 2019 года.
- ↑ Featherstonhaugh, George William. New Metal, provisionally called Vanadium (неопр.) // The Monthly American Journal of Geology and Natural Science. — 1831. — С. 69.
- ↑ Proceedings (англ.). — National Cotton Council of America, 1991.
- ↑ .
- ↑ Busch P. M. Vanadium: A Materials Survey (англ.). — U.S. Department of the Interior, Bureau of Mines, 1961.
- ↑ Wise, James M. Remarkable folded dacitic dikes at Mina Ragra, Peru (май 2018). Дата обращения: 17 ноября 2019. Архивировано 10 сентября 2021 года.
- ↑ Электронная библиотека НЕФТЬ-ГАЗ . Дата обращения: 19 сентября 2010. Архивировано из оригинала 5 апреля 2015 года.
- ↑ «Базэл» тронулся . www.kommersant.ru (15 февраля 2005). Дата обращения: 20 января 2022. Архивировано 20 января 2022 года.
- .
- ↑ 1 2 Michibata H., Hirose H., Sugiyama K., Ookubo Y., Kanamori K. Extraction of a vanadium-binding substance (vanadobin) from the blood cells of several ascidian species // Biological Bulletin. — 1990. — Vol. 179. — P. 140—147.
- ↑ All Metals. Ванадий. Применение. Дата обращения: 31 января 2020. Архивировано 31 января 2020 года.
- .
- .
- ↑ Vanadium. Outlook to 2028, 17th Edition . Roskill. Roskill Information Services (5 марта 2019). Дата обращения: 19 апреля 2019. Архивировано 19 апреля 2019 года.
- ↑ Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов / Под ред. Н.Ф. Аношкина. — М.: Металлургия, 1980. — С. 11. — 464 с.
- ↑ Метаторг. Ванадий . Дата обращения: 29 августа 2018. Архивировано 29 августа 2018 года.
- ↑ Betz F. Managing Technological Innovation: Competitive Advantage from Change (англ.). — Wiley-IEEE, 2003. — P. 158—159. — ISBN 978-0-471-22563-8.
- ↑ Coinandbullionpages. Vanadium . Дата обращения: 29 августа 2018. Архивировано 29 августа 2018 года.
- ↑ Omnicoin . Дата обращения: 29 августа 2018. Архивировано 29 августа 2018 года.
- ↑ Слотвинский-Сидак Н. П. Ванадия оксиды // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А — Дарзана. — С. 351—352. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.
- ↑ Предприятия ЕВРАЗ Ванадий . Дата обращения: 13 апреля 2019. Архивировано 1 мая 2019 года.
Ссылки
Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист |