Ванадій

Ванадій (V)
Атомний номер	23
Зовнішній вигляд простої речовини	м'який, ковкий, сріблясто-білий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	50,9415 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	134 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	650,1(6,74) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Ar] 3d^3 4s^2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	122 пм
Радіус іона	(+5e)59 (+3e)74 пм
Електронегативність (за Полінгом)	1,63
Електродний потенціал	0
Ступені окиснення	5, 4, 3, 2, 0
Термодинамічні властивості
Густина	6,11 г/см³
Молярна теплоємність	0,485 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	30,7 Вт/(м·К)
Температура плавлення	2160 К
Теплота плавлення	17,5 кДж/моль
Температура кипіння	3650 К
Теплота випаровування	460 кДж/моль
Молярний об'єм	8,35 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	кубічна об'ємноцентрована
Період ґратки	3,020 Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	360[1] К
Інші властовості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Ванадій у Вікісховищі

Вана́дій (V)— хімічний елемент з атомним номером 23 та його проста речовина — рідкісний, м'який і ковкий метал. Ванадій міститься в деяких мінералах і використовується в основному для виробництва певних сплавів.

Загальна інформація

Ванадій — метал сіро-сталевого кольору. Рідкісний. Середній вміст у земній корі — 0,02 мас.%. Відомо близько 80 мінералів — ванадатів природних, більшість з них — екзогенного походження. Основні мінерали: ванадиніт, карнотит, деклуазит.

Історія

Ванадій названий на честь богині краси древніх скандинавів — легендарної Фрейї Ванадіс. Це ім'я елементу дав 1831 року Габріель Сефстрьом, професор Гірничого інституту Стокгольму. Він виділив елемент зі шлаку, що утворюється при плавленні руди в доменних печах. Свою роботу Сефстрем здійснив разом із учнем Єнсом Якобом Берцеліусом.

Надчистий ванадій 99,9 %, три зразки кристалів, показані різні текстури кристала і зеленувато окиснені поверхні, а також куб ванадію високої чистоти (99,95 %) 1 см³ для порівняння.

До Сефстрема цей елемент вже було виділено, і навіть не один раз, а двічі. 1801 року мексиканський мінералог Андрес Мануель дель Ріо виявив у свинцевій руді елемент і назвав його «еритронієм». Проте він сумнівався у своїх висновках, а тому вирішив, що має справу з недавно відкритим хромом.

Трохи раніше від Сефстрема до відкриття цього елемента підійшов Фрідріх Велер, той самий, з яким пов'язують перший в історії синтез органічної речовини в лабораторії. Велер досліджував привезені з Мексики руди (з якими мав справу і Дель Ріо) і знайшов у них щось, але він недоречно захворів, а коли відновив роботу і визначив, що має справу з новими елементом, Сефстрем вже опублікував своє відкриття. Отже, честь відкриття ванадію залишилася за Сефстремом.

Фрідріх Велер після цього написав товаришу про свою невдачу: «Мені випало бути справжнім віслюком, прогледівши новий елемент у свинцевій руді. Берцеліус не без іронії сміявся з того, як невдало, без затятості, стукався Велер у будинок богині Ванадіс».

Сефстрем вперше виділив із шлаку не чистий метал, а тверді і жаростійкі його сполуки — карбіди ванадію. Він здобув порошок чорного кольору, а в чистому вигляді ванадій — ковкий метал світло сірого кольору. Це з'ясувалося лише після 1867 року (тобто тридцять років потому), коли ванадій та його сполуки як слід вивчили Генрі Енфілд Роско і Едуард Горнилі.

1869 — Роско вдалося вперше отримати ванадій 96-процентної чистоти, який виявився крихким і твердим. По мірі ж видалення решти 4 % домішок ванадій стає дедалі пластичнішим і ковкішим.

Отримання

Родовища і запаси

Ферованадій

Розмір атома ванадію близький до заліза і титану, тому у таких рудах він зазвичай є абсолютно розсіянним. Найвищі концентрації ванадію мають деякі базальти, але і там вона становить 230-290 г/тонну.^[2]. Зазвичай ванадій добувається з залізних руд, що містять його як домішку. Велика кількість відомих покладів ванадієвмістних руд зосереджена в Китаї (9 млн.тонн), Росії (5 млн. тонн), ПАР (3,5 млн. тонн) та Австралії (2,1 млн. тонн). Загальносвітовий видобуток ванадію в 2017 році склав 80 тисяч тонн, 72 тисячі з яких припали на Китай, Росію і ПАР, а майже вся решта — на Бразилію.^[3].

Видобування з руди

Ванадій

У промисловості ванадій отримують із залізних руд. Спочатку з його домішкою готують концентрат, у якому вміст ванадію сягає 8-16 %. Далі окисненням ванадій переводять у вищий ступінь окиснення +5 і відокремлюють легко розчинний у воді ванадат натрію (Na) NaVO₃. При підкисленні розчину сірчаною кислотою випадає осад, який після висушування містить понад 90 % ванадію. Первинний концентрат відновлюють в доменних печах і отримують концентрат ванадію, який далі використовують при виплавці сплаву ванадію і заліза — так званого феррованадію (містить від 35 до 80 % ванадію). Металевий ванадій можна приготувати відновленням хлориду ванадію воднем (H), кальційтермічним відновленням оксидів ванадію (V₂O₅ або V₂O₃), термічною дисоціацією VI₂ та іншими методами.

Застосування

Застосовують у металургії, виробництві електронних приладів тощо. Близько 90 % ванадію споживає чорна металургія як легуючі добавки до сталі та чавуну. Ванадій застосовують також як конструкційний матеріал в ядерних реакторах, а сплави на основі титану з добавками ванадію — в авіаційній і ракетній техніці. Сполуки ванадію часто отруйні. Використовують їх у медицині, фотографії, виробництві ванадієвої сталі, титанових сплавів, лакофарбовій промисловості тощо. Карбід ванадію VC використовують як покриття металевих поверхонь при плазмовому напиленні^[4].

V₂O₅ — каталізатор окиснення діоксиду сірки при промисловому синтезі сірчаної кислоти.

Хімічні властивості

Колір сполук ванадію, зліва направо +2 (фіолетовий), +3 (зелений), +4 (синій), +5 (жовтий).

Ванадій досить інертний, стійкий до розведених кислот та лугів. Відомі сполуки в різних ступенях окиснення (+5, +4, +3, +2). Наприклад, оксиди: VO, V₂O₃, VO₂,V₂O₅.

Галогеніди VX₂ (X = F, Cl, Br, I), VX₃, VX₄ (X = F, Cl, Br), VF₅ та оксогалогеніди (VOCl, VOCl₂, VOF₃ …).

Сполуки Ванадію +2 и +3 — сильні відновники.

Існують дослідження, що вказують на можливість використання солей ванадію у терапії при діабеті 2 типу^[5].

Біологічне значення

Хоча наразі ванадій не входить до списку необхідних для людини елементів, деякі інші організми його потребують. Переважна більшість з них — морські. Деякі водорості містять ванадій у складі ферменту Бромпероксидази^[en][6], а деякі азотфіксуючі бактерії — у нітрогеназі.^[7]. Асцидії і покривники акумулюють в собі ванадій, і мають для цього спеціальні клітини, що називають ванадоцитами.^[8] Концентрація ванадію їх крові у мільйони разів вища, ніж у навколишній воді. З наземних організмів великі концентрації ванадію знайдені у звичайних мухоморах, хоча його біологічне значення для них достеменно не відоме.^[9]

Див. також

• Хромово-ванадієва сталь

Примітки

1. A Course In Thermodynamics, Volume 2(англ.)
2. Мировой рынок ванадия [Архівовано 14 вересня 2018 у Wayback Machine.](рос.)
3. VANADIUM [Архівовано 1 жовтня 2018 у Wayback Machine.](англ.)
4. Використання карбіду ванадію H. C. Starck-Gruppe.^{[недоступне посилання]}(нім.)^{[недоступне посилання з червня 2019]}
5. Arylalkylamine vanadium salts as new anti-diabetic compounds(англ.)
6. The role of vanadium bromoperoxidase in the biosynthesis of halogenated marine natural products. [Архівовано 1 жовтня 2018 у Wayback Machine.](англ.)
7. The structure of vanadium nitrogenase reveals an unusual bridging ligand [Архівовано 18 вересня 2021 у Wayback Machine.](англ.)
8. Vanadocytes, cells hold the key to resolving the highly selective accumulation and reduction of vanadium in ascidians. [Архівовано 1 жовтня 2018 у Wayback Machine.](англ.)
9. Amavadine, a Vanadium Compound in Amanita Fungi [Архівовано 1 жовтня 2018 у Wayback Machine.](англ.)

Посилання

• Хімічний елемент Ванадій — Енциклопедія Світ навколо нас

Література

• Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.