Vanadiu

Vanadiu
Titan ← Vanadiu → Crom   23 V                                                                                                                                                                                                                                           V Niobiu Tabelul complet • Tabelul extins
Informații generale
Nume, Simbol, Număr	Vanadiu, V, 23
Serie chimică	metale de tranziție
Grupă, Perioadă, Bloc	5, 4, d
Densitate	5959 kg/m³
Culoare	alb-cenușiu
Număr CAS	7440-62-2
Număr EINECS
Proprietăți atomice
Masă atomică	u
Rază atomică	134 pm
Rază de covalență	125 pm
Rază van der Waals	pm
Configurație electronică	[Ar] 3d^3 4s^2
Electroni pe nivelul de energie	2, 8, 11, 2
Număr de oxidare
Oxid
Structură cristalină	cubică
Proprietăți fizice
Fază ordinară
Punct de topire	1910°C ; 2183.15 K
Punct de fierbere	3407°C ; 3680.15 K
Energie de fuziune	kJ/mol
Energie de evaporare	kJ/mol
Temperatură critică	K
Presiune critică	Pa
Volum molar	m³/kmol
Presiune de vapori
Viteza sunetului	m/s la 20 °C
Forță magnetică
Informații diverse
Electronegativitate (Pauling)	1,63
Capacitate termică masică	J/(kg·K)
Conductivitate electrică	5 ⋅ 10^6 S/m
Conductivitate termică	W/(m·K)
Prima energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_1}}} kJ/mol
A 2-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_2}}} kJ/mol
A 3-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_3}}} kJ/mol
A 4-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_4}}} kJ/mol
A 5-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_5}}} kJ/mol
A 6-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_6}}} kJ/mol
A 7-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_7}}} kJ/mol
A 8-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_8}}} kJ/mol
A 9-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_9}}} kJ/mol
A 10-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_10}}} kJ/mol
Precauții
NFPA 704
Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.
Modifică text

Trei bare de vanadiu cristalizat de înaltă puritate (99,9%), obținute prin procedeul van Arkel-de Boer, prezentând texturi diferite ale suprafețelor. Acestora le este alăturat un cub de vanadiu de 1cm³ (puritate 99,95%) pentru comparație.

Vanadiul este un element chimic cu simbolul V și numărul atomic 23. Este un metal tranzițional moale, ductil, de culoare cenușiu–argintie. Formarea unui strat protector de oxid stabilizează metalul față de oxidare. Vanadiul se găsește în natură numai sub formă de combinații. El este rezistent la acțiunea acizilor (precum acidul sulfuric) și a soluțiilor saline. Oxidarea metalului are loc la peste 660 °C, cu formare de V₂O₅.

Vanadiul a fost descoperit în 1801 de Andrés Manuel del Río în urma studierii mineralului vanadit, pe care l-a denumit „eritroniu” deoarece – prin încălzire – majoritatea sărurilor sale își schimbă culoarea în roșu. Patru ani mai târziu el a fost convins de către alți oameni de știință (în mod eronat) că eritroniul era de fapt crom. Elementul a fost redescoperit în 1831 de Nils Gabriel Sefström, care l-a denumit „vanadiu”, după Vanadis (zeița scandinavă a frumuseții și fertilității).

Elementul se găsește în natură în circa 65 de minerale diferite și în depozitele de combustibili fosili. În Rusia și China se obține din zgura de la oțelării, iar în alte țări ca produs secundar al mineritului uraniului sau ca produs de ardere ale fracțiunilor petroliere grele. Vanadiul se topește la 1910°C și fierbe la 3407°C.

Istoric

Vanadiul a fost descoperit în 1801 de mineralogul spaniol Andrés Manuel del Río . Del Río a extras elementul dintr-o probă de minereu mexican de „plumb brun”, numit mai târziu vanadinită . El a descoperit că sărurile sale prezintă o mare varietate de culori și, ca urmare, a numit elementul pancrom (greacă: παγχρώμιο „toate culorile”). Mai târziu, Del Río a redenumit elementul erythronium (greacă: ερυθρός „roșu”), deoarece majoritatea sărurilor au devenit roșii la încălzire. În 1805, chimistul francez Hippolyte Victor Collet-Descotils , susținut de prietenul lui del Río, baronul Alexander von Humboldt , a declarat în mod incorect că noul element al lui del Río era o probă impură de crom .. Del Río a acceptat declarația lui Collet-Descotils și și-a retras afirmația.

În 1831, chimistul suedez Nils Gabriel Sefström a redescoperit elementul într-un nou oxid pe care l-a găsit în timp ce lucra cu minereurile de fier . Mai târziu în acel an, Friedrich Wöhler a confirmat munca anterioară a lui del Río.  Sefström a ales un nume care începe cu V, care nu fusese încă atribuit niciunui element. El a numit elementul vanadiu după vechiul norvegian Vanadís (un alt nume pentru zeița nordică Vanir Freyja , ale cărei atribute includ frumusețea și fertilitatea), din cauza numeroșilor compuși chimici frumos colorați pe care îi produce.  În 1831, geologulGeorge William Featherstonhaugh a sugerat ca vanadiul să fie redenumit „ rionium ” după del Río, dar această sugestie nu a fost urmată.

Izolarea vanadiului metal a fost dificilă. În 1831, Berzelius a raportat producția de metal, dar Henry Enfield Roscoe a arătat că Berzelius a produs nitrură, nitrură de vanadiu (VN). Roscoe a produs în cele din urmă metalul în 1867 prin reducerea clorurii de vanadiu (II) , VCl ₂, cu hidrogen.  În 1927, vanadiul pur a fost produs prin reducerea pentoxidului de vanadiu cu calciu.

Structură atomică

Izotopi

Proprietăți

Proprietăți fizice

Proprietăți chimice

Compușii elementului

Vanadiul formeaza cu oxigenul mai mulți oxizi: VO- monoxidul de vanadiu, V₂O₃ - trioxidul de vanadiu.

Răspândire

Producere

Preparare în laborator

Producere la scară industrială

Utilizare

Este utilizat la obținerea de oțeluri speciale necesare pentru angrenaje de mare viteză.

Vanadiul este o componentă importantă a catalizatorilor pentru reacțiile de oxidare. Aplicații tipice sunt oxidarea SO₂ la trioxid de sulf (SO₃), oxidarea propanului și propenei la acid acrilic^[1][2][3], dehidrogenarea oxidativă a butanului^[4], oxidarea butanului la anhidrida maleică^[5].

Este de asemenea utilizat pentru reducerea selectivă catalitică a NOx cu amoniac^[6]. BiVO4 poate fi utilizat pentru sinteza electrochimică a H2O2^[7].

Rolul elementului în biologie

Cantități mari de vanadiu se găsesc probabil sub formă de toxine în unele organisme. Oxidul și alte câteva săruri au toxicitate moderată. În special, în mediul marin, vanadiul este utilizat de unele forme de viață ca centru activ al unor enzime, cum este de exemplu vanadiu bromoperoxidaza din unele alge. Vanadiul este probabil un micro nutrient pentru mamifere, dar rolul său nu este pe deplin cunoscut.

Note

1. „The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts”. J. Catal. 311: 369–385. 2014. 
2. „Multifunctionality of Crystalline MoV(TeNb) M1 Oxide Catalysts in Selective Oxidation of Propane and Benzyl Alcohol”. ACS Catalysis. 3 (6): 1103–1113. 2013. 
3. „Surface chemistry of phase-pure M1 MoVTeNb oxide during operation in selective oxidation of propane to acrylic acid”. J. Catal. 285: 48–60. 2012. 
4. „Comparative study of physico-chemical, acid–base and catalytic properties of vanadium based catalysts in the oxidehydrogenation of n-butane: effect of the oxide carrier”. 
5. „Synthesis and catalytic activity of vanadium phosphorous oxides systems supported on silicon carbide for the selective oxidation of n-butane to maleic anhydride”. 
6. „Enhanced hydrothermal stability of a manganese metavanadate catalyst based on WO3–TiO2 for the selective catalytic reduction of NOx with NH3”. 
7. „Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide from water and oxygen”. 

Bibliografie

• D. Marian, Metale de înaltă puritate, Editura Tehnică, 1988

Vezi și

• Tabelul periodic al elementelor

Legături externe

• ro Vanadiul pe sistemul-periodic.go.ro Arhivat în 22 septembrie 2008, la Wayback Machine.