Vanadio geschiedenis, eigenschappen, structuur, gebruik

Hij vanadium Het is het derde overgangsmetaal van het periodiek systeem, weergegeven door het chemische symbool V. Het is niet zo populair als andere metalen, maar degenen die staal en Titanians begrijpen, zullen het hebben horen noemen als een additief voor hun versterking in legeringen of tools. Fysiek is het synoniem met hardheid, en chemisch gekleurd.

Sommige chemicaliën durven het te kwalificeren als een kameleon -metaal, in staat om in hun verbindingen een breed scala aan kleuren aan te nemen; elektronische eigenschap die lijkt op die van mangaan- en chroommetalen. In zijn inheemse en pure staat ziet hij eruit als andere metalen: zilver, maar met blauwachtige tonen. Eenmaal geoxideerd, kijk naar beneden.

Metallic vanadiumstukken met dunne iriserende lagen gele oxide. Bron: Jurii [CC door 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/3.0)]

In dit beeld wordt de irisatie van het oxide nauwelijks onderscheiden, wat afhangt van de veilingen of oppervlak van de metalen kristallen. Deze oxidelaag beschermt het tegen latere oxidaties en daarom tegen corrosie.

Dergelijke corrosieweerstand, evenals thermische breuken, biedt het van legeringen wanneer de atomen van V eraan worden toegevoegd. Dit alles, zonder zijn gewicht te veel te verhogen, omdat Vanadium geen zwaar metaal is maar licht; In tegenstelling tot wat velen misschien denken.

Zijn naam is afgeleid van de Noordse godin Vanad's, uit Scandinavië; Het werd echter ontdekt in Mexico, als onderdeel van het Vanadinita Mineral, PB₅[Vo₄]₃CL, van roodachtige kristallen. Het probleem was dat om het van dat mineraal en vele anderen te verkrijgen, vanadium moest₂OF₅ (die wordt verminderd met calcium).

Andere vanadiumbronnen rusten in mariene wezens, of in de olie -ruwe olie, "gevangen" binnen petroporfyrines.

In oplossing zijn de kleuren die hun verbindingen kunnen hebben, afhankelijk van hun oxidatietoestand, geel, blauw, donkergroen of violet. Vanadium valt niet alleen op voor deze getallen of oxidatietoestanden (van -1 tot +5), maar ook voor het vermogen om op verschillende manieren te coördineren met biologische omgevingen.

De chemie van vanadium is overvloedig, mysterieus en vergeleken met andere metalen is er nog steeds veel licht dat moet worden werpt voor zijn nauwe begrip.

[TOC]

Geschiedenis

Ontdekking

Mexico heeft de eer het land te zijn waar dit element werd ontdekt. De mineralogist Andrés Manuel del Río, in 1801, analyseerde een roodachtig mineraal dat hij zichzelf noemde als Brown Lead (Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃Cl), geëxtraheerd metaaloxiden waarvan de kenmerken niet overeenkwamen met die van enig bekend element tegen die tijd.

Zo doopte hij dit element eerst met de naam 'Pancromo' voor de rijke verscheidenheid aan kleuren van zijn verbindingen; Dan hernoemde hij 'Eryron', van het Griekse woord erythronium, wat rood betekent.

Vier jaar later, de Franse chemicus Hippolyte Victor Collet Donso. En meer dan twintig jaar gingen voorbij om iets te weten over dit vergeten element dat opnieuw in Mexicaanse bodems is ontdekt.

Opkomst van de naam

In 1830 ontdekte de Zwitserse chemicus Nils Gabriel Sefström een ​​ander nieuw element in ijzeren mineralen, die Vanadio noemde; Naam die is afgeleid van de Noordse Vanad's godin, vergeleken met zijn schoonheid met de heldere kleuren van de verbindingen van dit metaal.

Het kan u van dienst zijn: kaliumnitriet (kno2): structuur, eigenschappen en gebruik

In datzelfde jaar zei de Duitse geoloog George William Featherstonhaugh dat vanadium en erythrone eigenlijk hetzelfde element waren; En hoewel hij wilde dat de naam van de rivier zou overwinnen door het 'rionio' ​​te noemen, werd zijn voorstel niet geaccepteerd.

Isolatie

Om vanadium te isoleren was het noodzakelijk. Het moest het eerst omzetten in soorten die relatief gemakkelijk werden verminderd; In het proces verkreeg Berzelius in 1831 vanadium Nitruro, die verward is met het inheemse metaal.

In 1867 slaagde de Engelse chemicus Henry Enfield Roscoe, slaagde erin om vanadiumchloride (II), VCL te verminderen₂, Een metaal van vanadium met waterstofgas. Het metaal dat hij produceerde was echter onzuiver.

Ten slotte werd het principe van de technologische geschiedenis van vanadium gemarkeerd, een grote zuiverheidsmonster verkregen door de V te verminderen₂OF₅ Met metalen calcium. Een van de eerste uitstekende toepassingen was te gebruiken om het chassis van het Ford Model T -auto te produceren.

Eigenschappen

Fysiek uiterlijk

In zijn pure vorm is het een grijs metaal met blauwachtige, zachte en ductiele nuances. Wanneer echter een laag oxide wordt bedekt (vooral het product van een lichter), laadt het een opvallende kleuren alsof het een glazen kameleon is.

Molaire massa

50,9415 g/mol

Smeltpunt

1910 ° C

Kookpunt

3407 ° C

Dikte

-6,0 g/ml, bij kamertemperatuur

-5,5 g/ml, op het smeltpunt, dat wil zeggen, het smelt nauwelijks.

Fusiewarmte

21,5 kJ/mol

Verdampingswarmte

444 kJ/mol

Molaire warmtecapaciteit

24.89 J/(mol · k)

Dampdruk

1 PA A 2101 K (praktisch verachtelijk zelfs bij hoge temperaturen).

Elektronegativiteit

1.63 op de Pauling -schaal.

Ionisatie -energieën

Eerst: 650.9 kJ/mol (V⁺ gasvormig)

Tweede: 1414 kJ/mol (v²⁺ gasvormig)

Derde: 2830 kJ/mol (V³⁺ gasvormig)

Mohs hardheid

6.7

Ontleding

Wanneer verwarmd kan giftige dampen afgeven van V₂OF₅.

Kleuren van oplossingen

Van links naar rechts, vanadiumoplossingen in verschillende oxidatietoestanden: +5, +4, +3 en +2. Bron: W. Oelen via Wikipedia.

Een van de belangrijkste en beruchte vanadiumkenmerken zijn de kleuren van de verbindingen. Wanneer sommige van hen worden opgelost in zure media, vertonen de oplossingen (meestal waterig) kleuren die een aantal of oxidatiestatus van een andere onderscheiden.

Vier testbuizen met vanadium in verschillende oxidatietoestanden worden bijvoorbeeld weergegeven in het bovenste beeld. Die aan de linkerkant, geel, komt overeen met V⁵⁺, Specifiek als stembewijs₂⁺. Vervolgens volgen ze het stemkation²⁺, met V⁴⁺, de kleur blauw; Het kation v³⁺, donkergroen; en v²⁺, violet of mauve.

Wanneer een oplossing bestaat uit een mengsel van V -verbindingen⁴⁺ en v⁵⁺, Een felgroene kleur wordt verkregen (product van geel met blauw).

Reactiviteit

De V -laag₂OF₅ Over vanadium beschermt het tegen reageren met sterke zuren, zoals zwavel- of zoutoplans, sterke basen en naast corrosie veroorzaakt door grotere oxidaties.

Wanneer het boven 660 ° C wordt verwarmd, is het vanadium volledig geoxideerd, met een gele vaste stof met iriserende helderheid (afhankelijk van de hoeken van het oppervlak). Dit oranje gele oxide kan oplossen als salpeterzuur wordt toegevoegd, wat zou terugkeren naar Vanadium zijn zilveren kleur.

Het kan u van dienst zijn: calciumcyclus: kenmerken, fasen en belang

Isotopen

Bijna alle Vanadio -atomen in het universum (99,75% van hen) gaan over de isotoop ⁵¹V, terwijl een zeer klein deel (0,25%) overeenkomt met de isotoop ^vijftigV. Vanaf hier is het niet verwonderlijk dat het atoomgewicht van vanadium 50.9415 U is (dichter bij 51 dan 50).

De andere isotopen zijn radioactief en synthetisch, met halfwaardetijden (t_1/2) Dat variëren tussen 330 dagen (⁴⁹V), 16 dagen (⁴⁸V), een paar uur of 10 seconden.

Elektronische structuur en configuratie

Vanadio, V -atomen zijn gerangschikt in een kubieke kristallijne structuur gecentreerd op het lichaam (BCC), product van hun metalen link. Van de structuren is dit minder dicht, die volgens de elektronische configuratie deelneemt aan de "zee van elektronen" zijn vijf elektronen van Valencia:

[AR] 3D³ 4S²

Aldus worden de drie elektronen van de 3D -orbital en de twee van de 4S orbital samengevoegd om een ​​band te reizen die is gevormd door de overlapping van de Valencia -orbitalen van alle atomen V van het glas; Het is duidelijk dat uitleg op basis van bandtheorie.

Omdat het een beetje kleiner is, is atomen V dan metalen links (Scandio en Titanium) in het periodiek systeem, en gezien hun elektronische kenmerken, is de metaalbinding sterker; Feit dat wordt weerspiegeld in het grootste smeltpunt en daarom met zijn meest samenhangende atomen.

Volgens computerstudies is de BCC -structuur van vanadium stabiel, zelfs onder enorme druk van 60 GPa.  Overtrof deze druk, zijn kristal lijdt een overgang naar de rhombohedrale fase, die stabiel blijft tot 434 GPa; Wanneer de BCC -structuur opnieuw verschijnt.

Oxidatienummers

De vanadium -elektronische configuratie geeft alleen aan dat het atoom in staat is om maximaal vijf elektronen te verliezen. Wanneer dat zo is, wordt het isolectronisch tot nobel argon -gas en wordt het bestaan ​​van kation V aangenomen⁵⁺.

Evenzo kan het verlies van elektronen geleidelijk zijn (afhankelijk van welke soorten met elkaar verbonden zijn), met positieve oxidatienummers die variëren van +1 tot +5; Daarom wordt in zijn verbindingen aangenomen het bestaan ​​van de respectieve kationen V⁺, V²⁺ Enzovoort.

Vanadium kan ook elektronen krijgen en een metaalanion worden. De negatieve oxidatienummers zijn: -1 (v^-) en -3 (v^3-)). De elektronische configuratie van de V^3- is:

[AR] 3D⁶ 4S²

Hoewel vier elektronen ontbreken om de vulling van de 3D -orbitalen te voltooien, is de V stabieler^3- dat v^7-, die in theorie soorten nodig hebben bij de extreme elektropositief (om het zijn elektronen te geven).

Toepassingen

-Metaal

Staal- en titaniumlegeringen

Vanadium biedt mechanische, thermische en trillingsweerstand, naast de hardheid aan de legeringen waaraan het is toegevoegd. Bijvoorbeeld, zoals Ferrovanadio (ijzer- en vanadiumlegering), of vanadiumcarbide, wordt het toegevoegd samen met andere metalen in staal of in titaniumlegeringen.

Op deze manier, zeer hard en tegelijkertijd licht, nuttig voor gereedschap (batchs en notensleutels), versnellingen, auto -onderdelen of vliegtuigen, turbines, fietsen, straalmotoren, messen, tandheelkundige implantaten, enz.

Kan u van dienst zijn: berylhydroxide (be (oh) 2)

Ook zijn legeringen met Galio (V₃G) zijn supergeleiders en worden gebruikt voor de productie van magneten. En bovendien, gezien hun kleine reactiviteit, zijn vanadiumlegeringen bestemd voor leidingen waar corrosieve chemische reagentia lopen.

Vanadio redox -batterijen

Vanadium maakt deel uit van redox -batterijen, VRB (voor zijn acroniem in het Engels: vanadium redox -batterijen). Deze kunnen worden gebruikt om elektriciteitsopwekking te bevorderen uit zonne- en windenergie, evenals batterijen in elektrische voertuigen.

-Verbindingen

Pigment

De V₂OF₅ Het wordt gebruikt om gouden kleur aan glas en keramiek te geven. Aan de andere kant werd hun aanwezigheid in sommige mineralen groenachtig, zoals bij de smaragden (en dankzij andere metalen).

Katalysator

De V₂OF₅ Het is ook een katalysator die wordt gebruikt voor de synthese van zwavelzuur en anhydridezuur maleinico. Gemengd met andere metaaloxiden, katalyseert andere organische reacties, zoals de oxidatie van propaan en propyleen in respectievelijk acroline en acrylzuur.

Geneeskrachtig

De medicijnen die uit Vanadio -complexen bestaan, zijn beschouwd als mogelijk en potentiële kandidaten voor de behandeling van diabetes en kanker.

Biologisch papier

Het lijkt ironisch dat vanadium, zijn kleurrijke en giftige verbindingen, zijn ionen (Vo⁺, Vo₂⁺ en Vo₄^3-, meestal) in sporen zijn ze gunstig en essentieel voor levende wezens; vooral die van mariene habitats.

De redenen zijn gericht op hun oxidatietoestanden, met hoeveel liganden van de biologische omgevingen gecoördineerd (of interactie) zijn, in de analogie tussen het vanadaat- en fosfaatanion (Vo₄^3- en PO₄^3-), en in andere factoren bestudeerd door bioinorganische chemicaliën.

Vanadio -atomen kunnen vervolgens interageren met die atomen die behoren tot enzymen of eiwitten, hetzij met vier (coördinatie tetrahedron), vijf (vierkante piramide of andere geometrieën) of zes. Als, wanneer dit gebeurt, een gunstige reactie voor het lichaam wordt geactiveerd, wordt gezegd dat vanadium farmacologische activiteit uitoefent.

Er zijn bijvoorbeeld halloperoxidasen: enzymen die Vanadium kan gebruiken als een cofactor. Er zijn ook Vanabinas (in de vanadocytencellen van de tunicaten), fosforylases, stikstofasen, transferrins en serum (zoogdier) albumine, in staat om met dit metal te interageren.

Een organisch of complex coördinatiemolecuul genaamd Amavadin, is aanwezig in de lichamen van bepaalde schimmels, zoals Amanita Muscaria (lager beeld).

Paddestoelpaddestoel. Bron: Pixabay.

En ten slotte kan in sommige complexen Vanadium worden opgenomen in een Hemo -groep, zoals bij ijzer in hemoglobine.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Vanadium. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
3. Ashok K. Verma & P. Mode. (S.F.)). Fononinstabiliteit en structurele fase -overgangen in vanadium onder hoge druk. Hoge drukfysica Divisie, Bhabha Atomic Research Center, Trombay, Mumbai-400085, India.
4. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (3 juli 2019). Vanadiumfeiten (v of atoomnummer 23). Hersteld van: Thoughtco.com
5. Richard Mills. (24 oktober 2017). Vanadium: het metaal waar we niet zonder kunnen en niet produceren. Glacier Media Group. Hersteld van: mijnbouw.com
6. Nationaal centrum voor biotechnologie -informatie. (2019). Vanadium. PubChem -database. CID = 23990. Hersteld van: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov
7. Clark Jim. (2015). Vanadium. Hersteld van: chemguide.co.Uk
8. Doorboren Sarah. (2019). Wat is vanadium? Gebruik, feiten en isotopen. Studie. Hersteld van: studie.com
9. Cran & Col. (2004). De chemie en biochemist van vanadium en de biologische activiteiten die worden uitgeoefend door vanadiumverbindingen. Afdeling Chemie, Colorado State University, Fort Collins, Colorado 80523-1872.