Ванадий

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

Содержание

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.

Происхождение названия

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

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.

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.

Физические свойства

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

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 (tпл=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].

Применение

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.

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.).

Атомно-водородная энергетика

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

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.

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.

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.

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 (T1/2=330 дней) и 48V (T1/2=15,974 дня).

См. также

Соединения ванадия

Ссылки


Периодическая система элементов
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home