I midten av 1900-tallet dukket det opp et begrep innen kjemisk vitenskap - metaller av strategisk betydning. Det betydde en gruppe grunnstoffer hvis fysisk-kjemiske egenskaper gjorde det mulig å bruke dem i produksjonen av det militærindustrielle komplekset. Vi snakker om metaller som krom, tantal, niob, molybden og wolfram. Vanadium, hvis egenskaper vi vil vurdere i denne artikkelen, opptar også med rette en av de sentrale stedene blant metallene som brukes i moderne maskinteknikk, jernmetallurgi, verktøy og kjemisk produksjon. Metallet danner fire oksider med oksygen, som viser en valens på 2, 3, 4 og 5. 5 som vi skal studere nærmere.
Møt vanadium
I kjemisk vitenskap er det en lang etablertregelen som sier at karakteriseringen av et kjemisk grunnstoff må begynne med dets posisjon i det periodiske systemet til D. I. Mendeleev. Den kjemiske formelen for vanadium som et enkelt stoff er V, serienummeret er 23, atommassen er 50, 9414. Den ligger i den fjerde perioden, den femte gruppen og er sammen med niob og tantal en typisk representant for ildfaste metaller. Prøver av et rent stoff er plast og har en sølvgrå farge. Vanadiumatomet er et d-element, det har to s-elektroner på det siste energinivået, men de negative partiklene som befinner seg på d-subnivået på samme fjerde nivå vil også være valens.
Hvor er metallet funnet og hva er dets fysiske egenskaper
Selve grunnstoffet finnes ikke i sin rene form i naturen. Men det er tilstede som en obligatorisk komponent i polymetall- og jernmalm. Tidligere snakket vi om plastisiteten og formbarheten til et enkelt stoff, nå vil vi legge til at de viktige fysiske egenskapene til vanadium er høye koke- og smeltepunkter, lik henholdsvis 3400 ° C og 1920 ° C. I likhet med titan forverrer det sine fysiske og kjemiske parametere drastisk når det er forurenset med urenheter som nitrogen, hydrogen eller oksygen. Spesielt reduseres dens duktilitet og mekaniske styrke, og vanadium blir sprøtt.
Spesielle kjemiske egenskaper
Metal er i stand til passivering, dvs. har en unik evne til å motstå virkningen av aggressive kjemiske miljøer: løsninger av syrer, alkalier og s alter, som danner en beskyttende film på overflaten -vanadiumoksid. Elementets krystallgitter har en kubisk struktur. Det bør også bemerkes at korrosjonsmotstanden til stål som inneholder elementet er svært høy, noe som gjør at de kan brukes som bærende festemidler for brostøtter og offshore oljeborerigger. Det er umulig å forestille seg moderne verktøyproduksjon uten vanadiumholdige stål. Sammen med niob, krom og titan brukes grunnstoffet til å legere spesiallegeringer som brukes i rakettvitenskap og romfartsindustrien. Imidlertid interagerer konsentrerte nitrat- og sulfatsyrer, en løsning av hydrogenfluorid i vann, og en blanding av klorid- og nitratsyrer, k alt aqua regia, lett med metallet. Grunnstoffet vanadium som et enkelt stoff kan reagere med klor, brom, svovel, og de tilsvarende s alter dannes. Med oksygen gir det flere oksider som er svært forskjellige i sine kjemiske egenskaper. Vurder dem videre.
Basiske og amfotere oksider
Metallet danner to oksider, VO og V2O3, som viser typiske grunnleggende egenskaper. I laboratoriet utvinnes monoksid ved reduksjonsreaksjonen V2O5 fint vanadiumpulver. Basiske oksider reagerer med sure løsninger for å danne de tilsvarende s alter. Og allerede hydroksyder kan oppnås fra dem ved å utføre en utvekslingsreaksjon med alkalier. Vanadium(III)oksid finnes som en komponent i mineralet karelianitt, og oppnås i laboratoriet ved å varme V2O5 med svovel, kull eller hydrogen. Begge basiske oksider har sterkt utpregede reduserende egenskaper. Oksyd VO2 er en typisk amfoter forbindelse som reagerer med både syrer og alkalier. I en løsning hvis pH er mindre enn 7, finnes positivt ladede vanadylioner VO2+, noe som gir løsningen en lyseblå farge, og polyvanadinsyres alter dannes i et alkalisk medium. Vanadium(IV)oksid tiltrekker seg vann, dvs. er et hygroskopisk stoff, i reaksjoner oppfører det seg som et reduksjonsmiddel.
Vanadium hemipentoxide
Forbindelse hvis formel er V2O5, er det viktigste metalloksidet. Det er et vannløselig oransje krystallinsk stoff som reagerer med alkalier og danner vanadater - s alter av metavanadinsyre HVO3. Det er mye brukt som en katalysator i oksidasjon av svoveldioksid til svovelsyreanhydrid i industriell produksjon av sulfatsyre. Vanadiumpentoksid har et rombisk krystallgitter og tegn på amfoterisitet med en overvekt av sure oksidegenskaper. I reaksjoner oppfører det seg som et sterkt oksidasjonsmiddel. Forbindelsen brukes i glassteknologi, medisin og organisk syntese.
Metoder for utvinning av vanadium fra dets forbindelser
Vi nevnte tidligere at metallet er en del av jernmalm. Ved masovnsproduksjon går grunnstoffet sammen med urenheter av karbon og fosfor over i støpejern. Når stål smeltes utfelles vanadiumoksid 5 i slaggsammensetningen, hvor innholdet kan nå 16%. Legger til detbords alt og steking av blandingen i ovner, oppnås et produkt, som videre oppløses i vann. Det resulterende vandige konsentratet behandles med sulfatsyre og V2O5 isoleres fra det. For å isolere rent vanadium fra oksid, kan du bruke kalsiumtermimetoden - reduksjon av metaller ved hjelp av metallisk kalsium. For å redusere teknologiske kostnader i reaksjonen med vanadiumpentoksid, brukes ofte aluminium i stedet for kalsium. Metallet kan også oppnås ved å redusere trivalent vanadiumoksid med kull.
Biologisk rolle
Vanadium er tilstede i levende organismer som et sporelement, som er en del av den intercellulære væsken til marine pigghuder. Hos holothurier og kråkeboller er det assosiert med proteiner som utfører funksjonen å transportere oksygen til cellene og fjerne karbondioksid. Innholdet av elementet er ubetydelig i organismene til varmblodige dyr og mennesker, der det er i sammensetningen av bukspyttkjertelenzymer, i neuroglia og nefroner. Hos planter er sporstoffet involvert som et enzym i den mørke fasen av fotosyntesen og påvirker nivået av klorofyllpigmentet som ligger i kloroplaster. Det finnes også i knutebakterier, som er nitrogenfiksere, i vevet til høyere sopp. Som en del av chernozem, sammen med forbindelser av bor, kobber, sink og mangan, påvirker vanadiumoksid jordens fruktbarhet.
I artikkelen vår studerte vi de grunnleggende egenskapene til vanadium og dets oksider, og vurderte også bruken av dets forbindelser iindustri.
