The vanadium Je to třetí přechodný kov v periodické tabulce, představovaný chemickým symbolem V. Není tak populární jako jiné kovy, ale ti, kteří rozumějí ocelí a titanům, o něm uslyšeli jako o přísadě pro jeho vyztužení ve slitinách nebo nástrojích. Fyzicky je synonymem tvrdosti a chemicky barvami.
Někteří chemici si troufají popsat jej jako chameleonový kov, který dokáže ve svých sloučeninách přijmout širokou škálu barev; elektronická vlastnost, která se podobá vlastnostem kovů manganu a chrómu. V původním a čistém stavu vypadá stejně jako ostatní kovy: stříbro, ale s modravými odstíny. Jakmile zreziví, vypadá to, jak je znázorněno níže.
Na tomto obrázku je iridescence oxidu sotva rozlišitelná, což závisí na povrchových úpravách nebo povrchu kovových krystalů. Tato vrstva oxidu ji chrání před další oxidací a tím i korozí.
Taková odolnost proti korozi, stejně jako tepelné praskání, je poskytována slitinám, když jsou k nim přidány atomy V. To vše, aniž by příliš zvyšovalo svoji váhu, protože vanad není těžký kov, ale lehký; na rozdíl od toho, co si mnozí mohou myslet.
Její název je odvozen od severské bohyně Vanadís ze Skandinávie; nicméně, to bylo objeveno v Mexiku, jako součást vanadinite nerostu, Pb5[VO4]3Cl, načervenalé krystaly. Problém spočíval v tom, že k jeho získání z tohoto minerálu a mnoha dalších musel být vanad přeměněn na sloučeninu, jejíž redukce byla snadnější než její oxid, VdvaNEBO5 (který je snížen vápníkem).
Jiné zdroje vanadu spočívají v mořských bytostech nebo v ropě „uvězněné“ v petroporfyrinech..
Barvy, které mohou mít jeho sloučeniny v roztoku, jsou v závislosti na jejich oxidačním stavu žluté, modré, tmavě zelené nebo fialové. Vanad vyniká nejen tímto počtem nebo oxidačními stavy (od -1 do +5), ale také svou schopností koordinovat se různými způsoby s biologickým prostředím.
Chemie vanadu je bohatá, tajemná a ve srovnání s jinými kovy stále existuje mnoho světla, které je třeba pro jeho blízké pochopení vrhnout..
Rejstřík článků
Mexiko má tu čest být zemí, kde byl tento prvek objeven. Mineralog Andrés Manuel del Río v roce 1801 analyzoval načervenalý minerál, který sám nazval hnědým olovem (vanadinit, Pb5[VO4]3Cl), extrahuje některé oxidy kovů, jejichž vlastnosti neodpovídají vlastnostem žádného prvku v té době známého.
Proto tento prvek nejprve pokřtil názvem „Pancromo“ kvůli bohaté paletě barev jeho sloučenin; poté jej přejmenoval na „Erythrono“, z řeckého slova erythronium, což znamená červená.
O čtyři roky později se francouzskému chemikovi Hippolyte Victor Collet Descotils podařilo přimět Del Río, aby odvolal svá tvrzení, když naznačil, že erythron nebyl nový prvek, ale chromové nečistoty. A trvalo více než dvacet let, než se vědělo něco o tomto zapomenutém prvku objeveném v mexických půdách..
V roce 1830 objevil švýcarský chemik Nils Gabriel Sefström další nový prvek v železných rudách, který nazýval vanad; název odvozený od severské bohyně Vanadís ve srovnání s jeho krásou a brilantními barvami sloučenin tohoto kovu.
Téhož roku německý geolog George William Featherstonhaugh poukázal na to, že vanad a erythron jsou ve skutečnosti stejný prvek; A ačkoli chtěl, aby název řeky zvítězil tím, že jej nazval „Rionio“, jeho návrh nebyl přijat.
Aby bylo možné izolovat vanad, bylo nutné jej redukovat z minerálů a stejně jako skandium a titan nebyl tento úkol snadný kvůli jeho houževnaté afinitě ke kyslíku. Muselo to být nejprve přeměněno na druhy, které byly relativně snadno redukovány; v tomto procesu získal Berzelius v roce 1831 nitrid vanadu, který si spletl s nativním kovem.
V roce 1867 anglický chemik Henry Enfield Roscoe dosáhl redukce chloridu vanadičitého (VCl)dva, na kovový vanad pomocí plynného vodíku. Kov, který vyrobil, byl však nečistý.
Nakonec, na začátku technologické historie vanadu, byl získán vysoce čistý vzorek redukcí VdvaNEBO5 s kovovým vápníkem. Jedním z jeho prvních prominentních použití bylo vyrobit podvozek automobilu Ford Model T..
Ve své čisté formě je to šedivý kov s namodralými podtóny, měkký a tažný. Když je však pokryt vrstvou oxidu (zejména produktem zapalovače), získává nápadné barvy, jako by to byl křišťálový chameleon.
50,9415 g / mol
1910 ° C
3407 ° C
-6,0 g / ml, při teplotě místnosti
-5,5 g / ml, při teplotě tání, to znamená, že se téměř neroztaví.
21,5 kJ / mol
444 kJ / mol
Molární tepelná kapacita
24,89 J / (mol K)
1 Pa při 2101 K (prakticky zanedbatelné i při vysokých teplotách).
1,63 na Paulingově stupnici.
První: 650,9 kJ / mol (V.+ plynný)
Za druhé: 1414 kJ / mol (V.dva+ plynný)
Za třetí: 2830 kJ / mol (V.3+ plynný)
6.7
Při zahřátí může uvolňovat toxické výpary z VdvaNEBO5.
Jednou z hlavních a nápadných charakteristik vanadu jsou barvy jeho sloučenin. Když jsou některé z nich rozpuštěny v kyselém prostředí, roztoky (většinou vodné) vykazují barvy, které umožňují rozlišit jedno číslo nebo oxidační stav od druhého..
Například výše uvedený obrázek ukazuje čtyři zkumavky s vanadem v různých oxidačních stavech. Ten vlevo, žlutý, odpovídá V5+, konkrétně jako kation VOdva+. Poté následuje kation VOdva+, s V4+, modrá barva; kation V3+, tmavozelený; a Vdva+, fialová nebo fialová.
Když roztok sestává ze směsi sloučenin V4+ a V5+, získá se jasně zelená barva (produkt žluté s modrou).
Vrstva V.dvaNEBO5 na vanadu chrání jej před reakcí se silnými kyselinami, jako je kyselina sírová nebo chlorovodíková, silnými zásadami a kromě koroze způsobené zvýšenou oxidací.
Při zahřátí nad 660 ° C vanad úplně oxiduje a vypadá jako žlutá pevná látka s duhovým leskem (v závislosti na úhlech jeho povrchu). Tento oranžovo-žlutý oxid může být rozpuštěn, pokud je přidána kyselina dusičná, která vrátí vanadu jeho stříbrnou barvu..
Téměř všechny atomy vanadu ve vesmíru (99,75% z nich) jsou o izotopu 51V, zatímco velmi malá část (0,25%) odpovídá izotopu padesátkaV. Proto není divu, že atomová hmotnost vanadu je 50,9415 u (blíže k 51 než 50).
Ostatní izotopy jsou radioaktivní a syntetické, s poločasy rozpadu (t1/2) v rozmezí od 330 dnů (49V), 16 dní (48V), několik hodin nebo 10 sekund.
Atomy vanadu, V, jsou uspořádány v krychlové struktuře centrované na tělo (bcc), která je produktem jejich kovové vazby. Ze struktur je toto nejméně husté, přičemž jeho pět valenčních elektronů se účastní „moře elektronů“, podle elektronické konfigurace:
[Ar] 3d3 4 sdva
Tři elektrony 3d orbitalu a dva z orbitálu 4s se tedy spojují, aby přenesly pásmo vytvořené překrytím valenčních orbitalů všech atomů V krystalu; jasně, vysvětlení založené na teorii pásma.
Protože atomy V jsou v periodické tabulce o něco menší než kovy nalevo (skandium a titan) a vzhledem k jejich elektronickým vlastnostem je jejich kovová vazba silnější; skutečnost, která se odráží v jeho nejvyšší teplotě tání, a tedy s jeho soudržnějšími atomy.
Podle výpočtových studií je bcc struktura vanadu stabilní i při enormních tlacích 60 GPa. Jakmile je tento tlak překročen, jeho krystal prochází přechodem do romboedrické fáze, která zůstává stabilní až do 434 GPa; když se znovu objeví struktura BCC.
Samotná elektronová konfigurace vanadu naznačuje, že jeho atom je schopen ztratit až pět elektronů. Když se to stane, argon z ušlechtilého plynu se stane izoelektronickým a předpokládá se existence kationtu V.5+.
Podobně může být ztráta elektronů postupná (v závislosti na druhu, se kterým je spojena), přičemž má pozitivní oxidační čísla, která se liší od +1 do +5; proto se v jejich sloučeninách předpokládá existence příslušných kationtů V.+, PROTIdva+ a tak dále.
Vanad může také získat elektrony a přeměnit se na kovový anion. Jeho negativní oxidační čísla jsou: -1 (V-) a -3 (V.3-). Konfigurace elektronů V3- to je:
[Ar] 3d6 4 sdva
Ačkoli chybí čtyři elektrony k dokončení plnění 3d orbitalů, V je energeticky stabilnější3- že V7-, které by teoreticky potřebovaly extrémně elektropozitivní druhy (aby jim daly své elektrony).
Vanad poskytuje slitinám, ke kterým se přidává, mechanickou, tepelnou a vibrační odolnost i tvrdost. Například jako ferovanad (slitina železa a vanadu) nebo karbid vanadu se přidává společně s dalšími kovy do oceli nebo do slitin titanu.
Tímto způsobem se vytvářejí velmi tvrdé a zároveň lehké materiály, které lze použít jako nástroje (vrtačky a klíče), ozubená kola, součásti automobilů nebo letadel, turbíny, jízdní kola, tryskové motory, nože, zubní implantáty atd..
Také jeho slitiny s galliem (V3Ga) jsou supravodivé a používají se k výrobě magnetů. A také vzhledem ke své nízké reaktivitě se slitiny vanadu používají pro potrubí, kde běží korozivní chemická činidla..
Vanad je součástí redoxních baterií, VRB (zkratka v angličtině: Vanadium Redox Batteries). Ty mohou být použity na podporu výroby elektřiny ze sluneční a větrné energie a také baterií v elektrických vozidlech.
VdvaNEBO5 Používá se k tomu, aby sklo a keramika získaly zlatou barvu. Na druhé straně je jeho přítomnost v některých minerálech nazelenalá, jak je tomu u smaragdů (a také díky jiným kovům).
VdvaNEBO5 Je také katalyzátorem používaným pro syntézu kyseliny sírové a kyseliny maleinové. Ve směsi s jinými oxidy kovů katalyzuje další organické reakce, jako je oxidace propanu a propylenu na akrolein a kyselinu akrylovou..
Léky sestávající z komplexů vanadu byly považovány za možné a potenciální kandidáty na léčbu cukrovky a rakoviny..
Zdá se ironické, že vanad, jeho barevné a toxické sloučeniny, jeho ionty (VO+, VOdva+ a VO43-, většinou) ve stopách jsou prospěšné a nezbytné pro živé bytosti; zejména mořských stanovišť.
Důvody jsou soustředěny na jeho oxidační stavy, s tím, kolik ligandů v biologickém prostředí koordinuje (nebo interaguje), analogicky mezi vanadátem a fosfátovým aniontem (VO43- a PO43-) a v dalších faktorech studovaných bioanorganickými chemiky.
Atomy vanadu pak mohou interagovat s atomy patřícími k enzymům nebo proteinům, buď se čtyřmi (koordinační čtyřstěn), pěti (čtvercová pyramida nebo jiné geometrie) nebo šesti. Pokud se v tomto případě spustí příznivá reakce pro tělo, říká se, že vanad má farmakologickou aktivitu.
Například existují haloperoxidázy: enzymy, které mohou používat vanad jako kofaktor. Existují také vanabiny (ve vanadocytových buňkách pláštěnců), fosforylázy, dusíkaté látky, transferiny a sérové albuminy (savců), schopné interakce s tímto kovem.
Organická molekula nebo vanadový koordinační komplex zvaný amavadin je přítomen v tělech určitých hub, jako je Amanita muscaria (spodní obrázek).
A konečně, v některých komplexech může být vanad obsažen v hemové skupině, jako je tomu v případě železa v hemoglobinu..
Zatím žádné komentáře