Vanadio historie, egenskaper, struktur, bruker

Han vanadium Det er den tredje overgangsmetallet i det periodiske tabellen, representert av det kjemiske symbolet V. Det er ikke så populært som andre metaller, men de som forstår stål og titanere vil ha hørt det omtale det som et tilsetningsstoff for deres forsterkning i legeringer eller verktøy. Fysisk er det synonymt med hardhet, og kjemisk, farget.

Noen kjemikalier tør å kvalifisere det som et kameleonmetall, i stand til å ta i bruk i sine forbindelser et bredt spekter av farger; Elektronisk eiendom som ligner mangan- og krommetaller. I sin innfødte og ren tilstand ser han ut som andre metaller: sølv, men med blålige toner. Når det er oksidert, se ned.

Metalliske vanadiumstykker med tynne iriserende lag med gul oksid. Kilde: JURII [CC av 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/3.0)]

I dette bildet skilles iridescensen av oksidet knapt, noe som avhenger av auksjonene eller overflaten til metallkrystallene. Dette oksydlaget beskytter det mot påfølgende oksidasjoner og derfor mot korrosjon.

Slik korrosjonsmotstand, så vel som termiske brudd, gir den legeringer når atomene til V til dem blir tilsatt. Alt dette, uten å øke vekten for mye, siden vanadium ikke er et tungmetall, men lys; I motsetning til hva mange kanskje tror.

Hans navn stammer fra den nordiske gudinnen Vanadís, fra Skandinavia; Imidlertid ble det oppdaget i Mexico, som en del av Vanadinita Mineral, PB₅[Vo₄]₃CL, av rødlige krystaller. Problemet var at for å skaffe det fra det mineralet og mange andre, måtte vanadium₂ENTEN₅ (som er redusert med kalsium).

Andre vanadiumkilder hviler i marine vesener, eller i olje råolje, "fengslet" innen petroporfyriner.

I løsning er fargene som forbindelsene deres kan ha, avhengig av oksidasjonstilstand, gul, blå, mørkegrønn eller fiolett. Vanadium skiller seg ikke bare ut for disse tallene eller oksidasjonstilstandene (fra -1 til +5), men for dens evne til å koordinere på forskjellige måter med biologiske miljøer.

Kjemien i Vanadium er rikelig, mystisk, og sammenlignet med andre metaller er det fremdeles mye lys som må kastes på den for sin nære forståelse.

[TOC]

Historie

Oppdagelse

Mexico har æren av å ha vært landet der dette elementet ble oppdaget. Mineralogen Andrés Manuel del Río, i 1801, analyserte et rødlig mineral som han kalte seg som brun bly (Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃Cl), ekstraherte metalloksider hvis egenskaper ikke tilsvarte de av noe kjent element da.

Dermed døpte han først dette elementet med navnet 'Pancromo' for det rike utvalget av farger på forbindelsene hans; Så omdøpte han 'Eryron', av det greske ordet erythronium, som betyr rødt.

Fire år senere er den franske kjemikeren Hippolyte Victor Collet Donso. Og mer enn tjue år gikk for å vite noe om dette glemte elementet som ble oppdaget i meksikansk jordsmonn igjen.

Fremvekst av navnet

I 1830 oppdaget den sveitsiske kjemikeren Nils Gabriel Sefström et annet nytt element i Iron Minerals, som Vanadio kalte; Navn som er avledet fra den nordiske Vanadís gudinne, sammenlignet med dens skjønnhet med de lyse fargene på forbindelsene i dette metallet.

Det kan tjene deg: Kaliumnitritt (KNO2): Struktur, egenskaper og bruk

Samme år sa den tyske geologen George William Featherstonhaugh at Vanadium og Erythrone faktisk var det samme elementet; Og selv om han ønsket at elven skulle seire ved å kalle den 'Rionio', ble ikke forslaget hans akseptert.

Isolering

For å isolere vanadium var det nødvendig. Den måtte først forvandle det til arter som ble redusert med relativt letthet; I prosessen oppnådde Berzelius Vanadium Nitruro i 1831, som forvekslet med det innfødte metallet.

I 1867 klarte den engelske kjemikeren Henry Enfield Roscoe å redusere vanadiumklorid (II), VCL₂, Et metallisk vanadium ved bruk av hydrogengass. Metallet han produserte var imidlertid uren.

Til slutt, å markere prinsippet om den teknologiske historien til vanadium, ble en stor renhetsprøve oppnådd ved å redusere V₂ENTEN₅ Med metallisk kalsium. En av de første fremragende bruksområdene skulle brukes til å produsere chassiset til Ford Model T -bilen.

Egenskaper

Fysisk utseende

I sin rene form er det et grått metall med blåaktig, myke og duktile nyanser. Imidlertid, når et lag med oksyd er dekket (spesielt produktet av en lighter), lader det slående farger som om det var et glasskameleon.

Molmasse

50.9415 g/mol

Smeltepunkt

1910 ° C

Kokepunkt

3407 ° C

Tetthet

-6,0 g/ml, ved romtemperatur

-5,5 g/ml, ved smeltepunktet, det vil si at det knapt smelter.

Fusjonsvarme

21,5 kJ/mol

Fordampningsvarme

444 kJ/mol

Molar varmekapasitet

24,89 J/(mol · K)

Damptrykk

1 PA A 2101 K (praktisk talt foraktelig selv ved høye temperaturer).

Elektronegativitet

1.63 på Pauling -skalaen.

Ioniseringsenergier

Først: 650.9 kJ/mol (V⁺ gassform)

For det andre: 1414 kJ/mol (V²⁺ gassform)

Tredje: 2830 kJ/mol (V³⁺ gassform)

Mohs hardhet

6.7

Nedbrytning

Når oppvarmet kan frigjøre giftige røyk fra V₂ENTEN₅.

Farger på løsninger

Fra venstre mot høyre er vanadiumløsninger i forskjellige oksidasjonstilstander: +5, +4, +3 og +2. Kilde: w. Oelen via Wikipedia.

En av de viktigste og beryktede vanadiumegenskapene er fargene på forbindelsene. Når noen av dem er oppløst i sure medier, viser løsningene (for det meste vandige) farger som tillater å skille et antall eller oksidasjonsstatus fra en annen.

For eksempel vises fire testrør med vanadium i forskjellige oksidasjonstilstander i det øvre bildet. Den til venstre, gul, tilsvarer v⁵⁺, Spesielt som vo kation₂⁺. Deretter følger de vo -kationen²⁺, med v⁴⁺, fargen blå; Kationen v³⁺, mørk grønn; og v²⁺, fiolett eller mauve.

Når en løsning består av en blanding av V -forbindelser⁴⁺ og v⁵⁺, En lysegrønn farge oppnås (produkt av gult med blått).

Reaktivitet

V -laget₂ENTEN₅ Om vanadium beskytter det mot å reagere med sterke syrer, for eksempel svovel eller hydroklorisk, sterke baser, og i tillegg til korrosjon forårsaket av større oksidasjoner.

Når den varmes opp over 660 ° C, oksideres vanadiet fullstendig, iført et gult fast stoff med iriserende lysstyrke (avhengig av vinklene på overflaten). Dette oransje gule oksydet kan oppløses hvis salpetersyre tilsettes, noe som vil komme tilbake til Vanadium sin sølvfarge.

Det kan tjene deg: Kalsiumsyklus: Karakteristikker, stadier og betydning

Isotoper

Nesten alle vanadioatomer i universet (99,75% av dem) handler om isotopen ⁵¹V, mens en veldig liten del (0,25%) tilsvarer isotopen ^femtiV. Herfra er det ikke overraskende at atomvekten til vanadium er 50.9415 u (nærmere 51 enn 50).

De andre isotoper er radioaktive og syntetiske, med halvlivstid (t_1/2) som varierer mellom 330 dager (⁴⁹V), 16 dager (⁴⁸V), noen timer eller 10 sekunder.

Elektronisk struktur og konfigurasjon

Vanadio, V -atomer er anordnet i en kubikk krystallinsk struktur sentrert på kroppen (BCC), produktet av deres metalliske kobling. Av strukturene er dette mindre tett, og deltar i "Havet av elektroner", de fem elektronene i Valencia, i henhold til den elektroniske konfigurasjonen:

[AR] 3D³ 4s²

Dermed blir de tre elektronene i 3D -orbitalen, og de to av 4S -orbital, slått sammen for å reise et bånd dannet av overlappingen av Valencia -orbitalene til alle atomer V i glasset; Det er klart forklaring basert på bandteori.

For å være litt mindre, atomer V enn metaller til venstre (Scandio og Titanium) i det periodiske tabellen, og gitt deres elektroniske egenskaper, er metallbindingen sterkere; faktum som gjenspeiles i det største smeltepunktet og derfor med sine mest sammenhengende atomer.

I følge datastudier er BCC -strukturen til vanadium stabil selv under et stort trykk på 60 GPA.  Overskred dette trykket, lider krystallen en overgang til den rhombohedrale fasen, som forblir stabil opp til 434 GPa; Når BCC -strukturen dukker opp igjen.

Oksidasjonstall

Vanadium elektronisk konfigurasjon indikerer på egen hånd at atomet er i stand til å miste opptil fem elektroner. Når det gjør det, blir det isolert for edongass, og eksistensen av kation V antas⁵⁺.

På samme måte kan tapet av elektroner være gradvis (avhengig av hvilke arter som er koblet), med positive oksidasjonstall som varierer fra +1 til +5; Derfor antas eksistensen av de respektive kationer V i sine forbindelser⁺, V²⁺ Og så videre.

Vanadium kan også få elektroner, og bli en metallisk anion. Dets negative oksidasjonstall er: -1 (v^-) og -3 (v^3-). Den elektroniske konfigurasjonen av V^3- er:

[AR] 3D⁶ 4s²

Selv om fire elektroner mangler for å fullføre fyllingen av 3D -orbitalene, er V mer stabil^3- at v^7-, som i teorien vil trenge arter på det ekstreme elektropositive (for å gi den elektroner).

applikasjoner

-Metall

Stål- og titanlegeringer

Vanadium gir mekanisk, termisk og vibrasjonsmotstand, i tillegg til hardhet til legeringene som den legges til. For eksempel, for eksempel Ferrovanadio (jern- og vanadiumlegering), eller vanadiumkarbid, tilsettes det sammen med andre metaller i stål, eller i titanlegeringer.

På denne måten, veldig hardt og samtidig lett, nyttig for verktøy (partier og nøttetastene), gir, gir bildeler eller fly, turbiner, sykler, jetmotorer, kniver, tannimplantater osv.

Kan tjene deg: Berylhydroksid (BE (OH) 2)

Også dens legeringer med galio (v₃G) er superledere og brukes til fremstilling av magneter. Og i tillegg, gitt deres lille reaktivitet, er vanadiumlegeringer bestemt til rør der etsende kjemiske reagenser løper.

Vanadio Redox -batterier

Vanadium er en del av Redox Batteries, VRB (for forkortelsen på engelsk: Vanadium Redox Batteries). Disse kan brukes til å fremme elektrisitetsproduksjon fra sol- og vindenergi, samt batterier i elektriske kjøretøyer.

-Forbindelser

Pigment

V₂ENTEN₅ Det brukes til å gi gullfarge til glass og keramikk. På den annen side ble deres tilstedeværelse i noen mineraler grønnaktig, som med smaragden (og takket være andre metaller).

Katalysator

V₂ENTEN₅ Det er også en katalysator som brukes til syntese av svovelsyre og anhydridsyre maleico. Blandet med andre metalloksider, katalyserer andre organiske reaksjoner, for eksempel oksidasjon av propan og propylen i henholdsvis akrylsyre.

Medisin

Legemidlene som består av vanadio -komplekser har blitt vurdert som mulig og potensielle kandidater for behandling av diabetes og kreft.

Biologisk papir

Det virker ironisk at vanadium, som er det fargerike og giftige forbindelser, ioner (VO⁺, Vo₂⁺ og vo₄^3-, For det meste) i spor er de gunstige og essensielle for levende vesener; spesielt de av marine naturtyper.

Årsakene er sentrert om oksidasjonstilstandene sine, med hvor mange ligander i de biologiske miljøene som er koordinert (eller interaksjon), i analogien mellom vanadat og fosfatanion (VO₄^3- og po₄^3-), og i andre faktorer studert av bioinorganiske kjemikalier.

Vanadio -atomer kan deretter samhandle med atomene som tilhører enzymer eller proteiner, enten med fire (koordinasjonstetrahedron), fem (firkantede pyramide eller andre geometrier) eller seks. Hvis, når dette skjer, utløses en gunstig reaksjon for kroppen, sies det at vanadium utøver farmakologisk aktivitet.

For eksempel er det halloperoksidaser: enzymer som vanadium kan bruke som en kofaktor. Det er også vanabinaer (i vanadocyttceller i tunicates), fosforylaser, nitrogenaser, transferriner og serum (pattedyr) albumin, i stand til å samhandle med dette metallet.

Et organisk eller komplekst koordinasjonsmolekyl kalt amavadin, er til stede i kroppene til visse sopp, for eksempel Amanita Muscaria (lavere bilde).

Sopp sopp. Kilde: Pixabay.

Og til slutt, i noen komplekser kan vanadium inneholdes i en hemo -gruppe, som med jern i hemoglobin.

Referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Vanadium. Hentet fra: i.Wikipedia.org
3. Ashok k. Verma & p. Mote. (s.F.). Phonon ustabilitet og strukturelle faseoverganger i vanadium under høyt trykk. High Pressure Physics Division, Bhabha Atomic Research Center, Trombay, Mumbai-400085, India.
4. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (3. juli 2019). Vanadiumfakta (V eller atomnummer 23). Gjenopprettet fra: Thoughtco.com
5. Richard Mills. (24. oktober 2017). Vanadium: metallet vi ikke kan gjøre uten og ikke produsere. Glacier Media Group. Gjenopprettet fra: gruvedrift.com
6. Nasjonalt senter for bioteknologiinformasjon. (2019). Vanadium. PubChem -database. CID = 23990. Gjenopprettet fra: Pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov
7. Clark Jim. (2015). Vanadium. Gjenopprettet fra: Chemguide.co.Storbritannia
8. Pierce Sarah. (2019). Hva er vanadium? Bruk, fakta og isotoper. Studere. Gjenopprettet fra: Studie.com
9. Cran & Col. (2004). Kjemien og biokjemikeren i Vanadium og de biologiske aktivitetene utøvd av vanadiumforbindelser. Department of Chemistry, Colorado State University, Fort Collins, Colorado 80523-1872.