A XX. század közepére megjelent a kémiai tudományban egy kifejezés - stratégiai jelentőségű fémek. Olyan elemek csoportját jelentette, amelyek fizikai-kémiai tulajdonságai lehetővé tették a katonai-ipari komplexum gyártásában való felhasználásukat. Olyan fémekről beszélünk, mint a króm, tantál, nióbium, molibdén és volfrám. A vanádium, amelynek tulajdonságait ebben a cikkben megvizsgáljuk, szintén jogosan foglalja el az egyik központi helyet a modern gépgyártásban, vaskohászatban, szerszám- és vegyiparban használt fémek között. A fém oxigénnel négy oxidot képez, amelyek vegyértéke 2, 3, 4 és 5. 5, amelyet részletesebben fogunk tanulmányozni.
Ismerd meg a vanádiumot
A kémiai tudományban van egy régóta beváltaz a szabály, amely szerint egy kémiai elem jellemzését a D. I. periodikus rendszerében elfogl alt helyzetével kell kezdeni. Mengyelejev. A vanádium mint egyszerű anyag kémiai képlete V, sorszáma 23, atomtömege 50, 9414. A negyedik periódusban, az ötödik csoportban található, és a nióbiummal és a tantállal együtt tipikus képviselője tűzálló fémek. A tiszta anyag mintái műanyagok és ezüstszürke színűek. A vanádium atom d-elem, két s-elektronja van az utolsó energiaszinten, de azok a negatív részecskék is vegyértékek lesznek, amelyek ugyanezen negyedik szint d-alszintjén helyezkednek el.
Hol található a fém és mik a fizikai tulajdonságai
Maga az elem tiszta formájában nem található meg a természetben. De a polifém- és vasércekben kötelező komponensként jelen van. Korábban egy egyszerű anyag plaszticitásáról és alakíthatóságáról beszéltünk, most hozzátesszük, hogy a vanádium fontos fizikai tulajdonságai a magas forráspont és olvadáspont, ami 3400 °C, illetve 1920 °C. A titánhoz hasonlóan drasztikusan rontja fizikai és kémiai paramétereit, ha szennyeződésekkel, például nitrogénnel, hidrogénnel vagy oxigénnel szennyeződik. Különösen a rugalmassága és a mechanikai szilárdsága csökken, és a vanádium törékennyé válik.
Különleges kémiai tulajdonságok
A fém képes passzivációra, azaz. egyedülállóan képes ellenállni az agresszív kémiai környezet hatásának: savak, lúgok és sók oldatainak, amelyek védőfóliát képeznek a felületén -vanádium-oxid. Az elem kristályrácsa köbös szerkezetű. Azt is meg kell jegyezni, hogy az elemet tartalmazó acélok korrózióállósága nagyon magas, ami lehetővé teszi hídtartók és tengeri olajfúró fúrótornyok teherhordó rögzítőelemeinek alkalmazását. A modern szerszámgyártás elképzelhetetlen vanádium tartalmú acélok nélkül. A nióbiummal, krómmal és titánnal együtt az elemet a rakétatudományban és az űriparban használt speciális ötvözetek ötvözésére használják. A koncentrált nitrát- és szulfátsavak, a hidrogén-fluorid vizes oldata, valamint a klorid és nitrátsavak keveréke, az úgynevezett aqua regia azonban könnyen kölcsönhatásba lépnek a fémmel. A vanádium elem mint egyszerű anyag reakcióba léphet klórral, brómmal, kénnel, és a megfelelő sók keletkeznek. Oxigénnel több oxidot ad, amelyek kémiai tulajdonságaikban nagymértékben különböznek egymástól. Fontolja meg őket részletesebben.
Bázikus és amfoter oxidok
A fém két oxidot képez, a VO-t és a V2O3, amelyek tipikus alapvető tulajdonságokat mutatnak. A laboratóriumban a monooxidot redukciós reakcióval bányászják V2O5 finom vanádiumpor. A bázikus oxidok savas oldatokkal reagálva megfelelő sókat képeznek. És már hidroxidok nyerhetők belőlük lúgokkal végzett cserereakció végrehajtásával. A vanádium(III)-oxidot a karelianit ásvány komponenseként találják meg, és a laboratóriumban V2O5 kénnel történő melegítésével nyerik, szén vagy hidrogén. Mindkét bázikus oxid erősen kifejezett redukáló tulajdonságokkal rendelkezik. Az oxid VO2 egy tipikus amfoter vegyület, amely savakkal és lúgokkal egyaránt reagál. A 7-nél kisebb pH-jú oldatban pozitív töltésű vanadil-ionok VO2+ VO
2+ találhatók, amelyek világoskék színt adnak az oldatnak, és lúgos közegben polivanadinsav-sók képződnek. A vanádium (IV)-oxid vonzza a vizet, azaz. higroszkópos anyag, reakciókban redukálószerként viselkedik.
Vanádium-hemipentoxid
V2O5, a legfontosabb fém-oxid. Ez egy vízben oldódó narancssárga kristályos anyag, amely lúgokkal reagálva vanadátokat képez - a metavanadinsav sóit HVO3. Széles körben használják katalizátorként a kén-dioxid kénsav-anhidriddé történő oxidációjában a szulfátsav ipari előállításánál. A vanádium-pentoxidnak rombusz alakú kristályrácsa van, és az amfoteritás jelei vannak, túlnyomórészt savas oxid tulajdonságokkal. A reakciókban erős oxidálószerként viselkedik. A vegyületet üvegtechnológiában, gyógyászatban és szerves szintézisben használják.
Módszerek a vanádium vegyületeiből való extrahálására
Korábban említettük, hogy a fém a vasérc alkotóeleme. A kohógyártás során az elem a szén- és foszforszennyeződésekkel együtt öntöttvasba megy át. Az acél olvasztásakor a vanádium-oxid 5 kicsapódik a salak összetételében, ahol annak tartalma elérheti a 16%-ot. Hozzáadás hozzáasztali sót és a keveréket kemencében pörkölve olyan terméket kapunk, amelyet tovább oldunk vízben. A kapott vizes koncentrátumot szulfátsavval kezeljük, és V2O5 izoláljuk belőle. A tiszta vanádium oxidból történő izolálásához használhatja a kalciumtermikus módszert - a fémek redukcióját fémes kalcium segítségével. A vanádium-pentoxiddal végzett reakció technológiai költségeinek csökkentése érdekében kalcium helyett gyakran alumíniumot használnak. A fém három vegyértékű vanádium-oxid szénnel történő redukálásával is előállítható.
Biológiai szerep
A vanádium nyomelemként van jelen az élő szervezetekben, amely a tengeri tüskésbőrűek sejtközi folyadékának része. A holoturiánokban és a tengeri sünökben olyan fehérjékkel van kapcsolatban, amelyek oxigént szállítanak a sejtekhez és eltávolítják a szén-dioxidot. Az elem tartalma elenyésző a melegvérű állatok és az emberek szervezetében, ahol a hasnyálmirigy enzimek összetételében, a neurogliákban és a nefronokban van. A növényekben a nyomelem enzimként vesz részt a fotoszintézis sötét fázisában, és befolyásolja a kloroplasztiszokban található klorofill pigment szintjét. A magasabb rendű gombák szöveteiben található gócbaktériumokban is, amelyek nitrogénfixálók. A csernozjom részeként a bór-, réz-, cink- és mangánvegyületekkel együtt a vanádium-oxid befolyásolja a talaj termékenységét.
Cikkünkben a vanádium és oxidjainak alapvető tulajdonságait tanulmányoztuk, valamint vegyületeinek felhasználásátiparág.
