Ванадий. Свойства ванадия. Применение ванадия

26.09.2019

Нахождение ванадия в природе

Ванадий является рассеянным элементом, встречается в осадочных и магматических породах, сланцах и железных рудах. Месторождения ванадия имеются в Австралии, Перу, Турции, Англии, ЮАР и США (calorizator). На территории России ванадий добывают в Ферганской долине, на Урале, в Киргизии, центральном Казахстане, Красноярском крае и Оренбургской области.

В организме человека ванадий присутствует в жировой ткани, костях и подкожных иммунных клетках.

Физические и химические свойства ванадия

Внешний вид ванадия больше всего напоминает сталь, это пластичный металл с температурой плавления 1920˚С. Не подвержен действию воздуха, морской воды и щелочных растворов при нормальной температуре.

Суточная потребность в ванадии

Суточная потребность 6-63 мкг/сутки (ВОЗ, 2000). Всего 1% поступающего извне ванадия всасывается в организме, остальное выводится с мочой.

Полезные свойства ванадия и его влияние на организм

Ванадий играет заметную роль в регулировании липидного и углеводного обмена, принимает участие в активной выработке энергии. Медики отмечают, что уменьшение уровня холестерина связано с количеством поступающего в организм ванадия. Является стимулирующим фактором для движения кровяных клеток, которые поглощают болезнетворные микробы (фаоцитов).

Взаимодействие ванадия с другими

Токсичность ванадия снижается при его взаимодействии с и белками. Обратный эффект дают соединения и алюминия, а также .

Признаки нехватки ванадия

Дефицит ванадия представлен единичными случаями ванадийдефицитной шизофрении, а также связан с патологией углеводного обмена.

Признаки избытка ванадия

Избыток ванадия значительно более распространен и связан с производством асфальта, стекла, топливной продукции (мазут, бензин, и т.д.). Обладает гипертензивным действием (ВОЗ, 1997). Установлена связь генеза маниакально-депрессивных состояний и невротической реактивной депрессии с повышением уровня ванадия в крови. Описана ванадиевая природа эндемичного рассеянного склероза - жирорастворимые комплексы ванадия техногенного происхождения кумулируются в миелиновых оболочках и в коре мозга, приводя к развитию рассеянного склероза.

Основным потребителем ванадия является металлургическая промышленность. Введение ванадия в состав сплавов нержавеющей, быстрорежущей и инструментальной стали увеличивается прочность и износоустойчивость стали.

Также ванадий применяется в атомно-водородной энергетике, в производстве серной кислоты, как химический источник тока.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

В виде простого вещества ванадий серый тугоплавкий металл с объемно-центрированной кубической решеткой. Расположен в четвертом периоде V группы побочной (B) подгруппы Периодической таблицы.

Плотность - 6,11 г/см 3 . Температуры плавления и кипения равны 1920 o С и 3400 o С, соответственно. Физико-химические свойства ванадия сильно зависят от чистоты метала. Так, чистый металл отличается ковкостью, тогда как наличие примесей в нем сильно ухудшает его пластичность и повышают твердость. В обычных условиях - химически стойкий металл.

Валентность ванадия в соединениях

Ванадий находится в четвертом периоде в VB группе Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Порядковый номер равен 23. В ядре атома ванадия содержится 23 протона и 27 нейтронов (массовое число равно 50). В атоме ванадия есть четыре энергетических уровня, на которых находятся 23 электрона (рис. 1).

Рис. 1. Строения атома ванадия.

Электронная формула атома ванадия в основном состоянии имеет следующий вид:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 .

А энергетическая диаграмма (строится только для электронов внешнего энергетического уровня, которые по-другому называют валентными):

Наличие трех неспаренных электронов свидетельствует о том, что ванадий в своих соединениях может проявлять валентность III (V III 2 O 3 , V III F 3 , V III Cl 3).

Атом ванадия способен переходить в возбужденное состояние: электроны 4s-подуровня распариваются и один из них занимает вакантную орбиталь 3d-подуровня:

Наличие пяти неспаренных электронов свидетельствует о том, что ванадий также проявляет валентность V в своих соединениях (V V 2 O 5 , V V F 5).

Известно, что у ванадия есть валентности II(V II O) и IV (V IV O 2 , V IV Cl 4).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Cтраница 1

Валентность ванадия, ниобия и тантала в соединениях бывает II, III, IV и V. Валентность V в обычных условиях наиболее стабильна.

Валентность ванадия в соединениях, входящих в состав пород вторичного происхождения, вроде глин, известняков, песчаников, углей и железных руд, пока еще точно не установлена. Гиллебранд одно время считал, что ванадий в этих породах находится в пятивалентном состоянии, однако исследование некоторых содержащих ванадий песчаников2 Западного Колорадо, в которых ванадий оказался трехвалентным, показало несостоятельность этого взгляда.

Валентность ванадия в окиснованадиевых работающих катализаторах зависит обычно не от состава, взятого для приготовления окисла (V.2 O5, V2O4, V2O3), а от состава реакционной смеси и условий протекания процесса. При катализе водородо-кислородной смеси окислы ванадия окисляются до V2O6, независимо от их первоначального состава.

Валентность ванадия в соединениях, входящих в состав пород вторичного происхождения, вроде глин, известняков, песчаников, углей и железных руд, пока еще точно не установлена. Гиллебранд одно время считал, что ванадий в этих породах находится в пятивалентном состоянии, однако исследование некоторых содержащих ванадий песчаников 2 Западного Колорадо, в которых ванадий оказался трехвалентный, показало несостоятельность этого взгляда.

Обусловленное понижением валентности ванадия последовательное изменение окраски наглядно выявляется при действии Zn на солянокислый раствор NHUVOs. Пятивалентный ниобий восстанавливается цинком в кислой среде до МЬ 3, тогда как Та 5 совсем не восстанавливается.

Следует, однако, подчеркнуть, что валентность ванадия (и титана), определяемая в продуктах взаимодействия между компонентами катализатора методом окислительно-гидролитического титрования, во многих случаях в значительной степени занижена.

Такая близость ьеличин нормальных потенциалов высших степеней валентности ванадия и хрома обусловливает большое сходство окислительно-восстановительных реакций этих элементов.

Наиболее широко изученные хорошие катализаторы состоят из соединений ванадия (валентность ванадия - три или выше) и алкилпроизодных алюминия. В состав одного из компонентов должен входить галоген. Раздельное введение компонентов каталитической системы в реакционную смесь в присутствии мономера предпочтительно. Средняя продолжительность жизни активного катализатора невелика и составляет при 30 С приблизительно 5 - 10 мин.

Таким образом, при возникновении 1 моль А1 (С2Н5) 2С1 валентность ванадия понижается на одну единицу, а при образовании 1 моль А1 (С2Н5) 2ОС2Н5 - на две единицы. При значении исходного молярного соотношения А1 (С2Н5) 3: VOC13 более 2 содержание хлора в растворе возрастает. Это объясняется трудностью восстановления ванадия до одновалентной формы и установлением равновесия.

Таким образом, при возникновении 1 моль А1 (С2Н5) 2С1 валентность ванадия понижается на одну единицу, а при образовании 1 моль А1 (С2Н5) 2ОС2Н5 - на две единицы. При значении исходного молярного соотношения А1 (С2Н5) 3: VOCl3 более 2 содержание хлора в растворе возрастает. Это объясняется трудностью восстановления ванадия до одновалентной формы и установлением равновесия.

Оксиды ванадия более низкой валентности характеризуются более высокими температурами плавления, поэтому поддержание низкой валентности ванадия может способствовать снижению деструкции цеолита.

Таким образом, по этому механизму окисление металла протекает под воздействием кислорода из-за изменения валентности ванадия.

Из приведенных схем видно, что при образовании 1 моля А1 (С2Н5) 2С1 валентность ванадия понижается на одну единицу, а при образовании 1 моля (С2Н5) 2АЮСгН5 - на две единицы. В дальнейшем было установлено , что взаимодействие А1 (С2Н8) 3 с VOC13 на первой стадии протекает исключительно по связи ванадий - кислород, а в случае RA1 (OR) G1 - по связи ванадий - хлор.

Обнаруженные в работе Бобо пять химических соединений по своим свойствам распадаются на две группы в зависимости от валентности ванадия. Первые легко растворяются в разбавленных кислотах, вторые - только в концентрированных. Наиболее трудно растворим UVO5, он растворяется только в концентрированной горячей серной кислоте. Соединения первой группы термически нестабильны, они плавятся или разлагаются при температурах, близких к температуре плавления VaO5 - UVOs5 плавится с разложением при 750 С, при этом образуется пористый препарат, содержащий UsOs с немного измененными параметрами. Соединения второй группы термически более устойчивы. С, выше которой он разлагается на окисел урана и двуокись ванадия. С разлагается на UVOS и V2O5 в соответствии с валентностью ванадия в исходном соединении.

Цредполагали, что первичные активные центры могут спонтанно переходить во вторичные / менее активные / по мономолекулярному механизму, принимать участие в реакция роста полимерной цепи или дезакти-визироваться с понижением валентности ванадия. Эта последняя реакция, по-видимому, бимолекулярна и может протекать с участием затоми нигалкила.

Ванадий

ВАНА́ДИЙ -я; м. [лат. Vanadium из др.-сканд.] Химический элемент (V), твёрдый металл светло-серого цвета, используемый для изготовления ценных сортов стали. ● Назван так по имени древнескандинавской богини красоты Ванадис из-за красивого цвета своих солей.

◁ Вана́диевый, -ая, -ое. В-ые руды. В-ая сталь.

вана́дий

(лат. Vanadium), химический элемент V группы периодической системы. Название от имени древнескандинавской богини красоты Ванадис. Серо-стальной твёрдый металл. Плотность 6,11 г/см 3 , t пл 1920°C. Устойчив к действию воды и многих кислот. В земной коре рассеян, часто сопутствует железу (железные руды - важный промышленный источник ванадия). Легирующий компонент конструкционных сталей и сплавов, применяемых в авиационной и космической технике, морском судостроении, компонент сверхпроводящих сплавов. Соединения ванадия используют в текстильной, лакокрасочной, стекольной промышленности.

ВАНАДИЙ

ВАНА́ДИЙ (лат. Vanadium), V (читается «ванадий»), химический элемент с атомным номером 23, атомная масса 50,9415. Природный ванадий представляет собой смесь двух нуклидов (см. НУКЛИД) : стабильного 51 V (99,76% по массе) и слабо радиоактивного 52 V (период полураспада более 3,9·10 17 лет). Конфигурация двух внешних электронных слоев 3s 2 p 6 d 3 4s 2 . В периодической системе Менделеева расположен в четвертом периоде в группе VВ. Ванадий образует соединения в степенях окисления от +2 до +5 (валентности от II до V).
Радиус нейтрального атома ванадия 0,134 нм, радиус ионов V 2+ - 0,093 нм, V 3+ - 0,078 нм, V 4+ - 0,067-0,086 нм, V 5+ - 0,050-0,068 нм. Энергии последовательной ионизации атома ванадия 6,74, 14,65, 29,31, 48,6 и 65,2 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность ванадия 1,63.
В свободном виде - блестящий серебристо-серый металл.
История открытия
Ванадий открыт в 1801 мексиканским минералогом А. М. дель Рио как примесь в свинцовой руде из рудника в Зимапане. Новый элемент дель Рио назвал эритронием (от греческого erythros - красный) из-за красного цвета его соединений. Однако впоследствии он решил, что им обнаружен не новый элемент, а разновидность хрома, открытого четырьмя годами ранее и еще почти не изученного. В 1830 мексиканским минералом занялся немецкий химик Ф. Велер (см. ВЕЛЕР Фридрих) , однако, отравившись фтористым водородом, он на несколько месяцев прекратил исследования. В том же году шведский химик Н. Сефстрем (см. СЕФСТРЕМ Нильс Габриель) обратил внимание на наличие в железной руде примеси, в которой наряду с известными элементами оказалось какое-то новое вещество. В результате анализа в лаборатории Й. Берцелиуса (см. БЕРЦЕЛИУС Йенс Якоб) было доказано, что открыт новый элемент. Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именем скандинавской богини красоты Ванадис. В 1831 Велер доказал тождественность эритрония и ванадия, но за элементом сохранилось название, данное ему Сефстремом и Берцелиусом.
Нахождение в природе
В природе ванадий в свободном виде не встречается, относится к рассеянным элементам (см. РАССЕЯННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) . Содержание ванадия в земной коре 1,6·10 –2 % по массе, в воде океанов 3,10 -7 %. Важнейшие минералы: патронит V(S 2) 2 , ванадинит Pb 5 (VO 4) 3 Cl и некоторые другие. Основной источник получения ванадия - железные руды, содержащие ванадий как примесь.
Получение
В промышленности при получении ванадия из железных руд с его примесью сначала готовят концентрат, в котором содержание ванадия достигает 8-16%. Далее окислительной обработкой ванадий переводят в высшую степень окисления +5 и отделяют легко растворимый в воде ванадат натрия NaVO 3 . При подкислении раствора серной кислотой выпадает осадок, который после высушивания содержит более 90% ванадия.
Первичный концентрат восстанавливают в доменных печах и получают концентрат ванадия, который далее используют при выплавке сплава ванадия и железа - так называемого феррованадия (содержит от 35 до 70% ванадия). Металлический ванадий можно приготовить восстановлением хлорида ванадия водородом, кальцийтермическим восстановлением оксидов ванадия (V 2 O 5 или V 2 O 3), термической диссоциацией VI 2 и другими методами.
Физические и химические свойства
Ванадий по внешнему виду похож на сталь, это достаточно твердый, но вместе с тем пластичный металл. Температура плавления 1920 °C, температура кипения около 3400 °C, плотность 6,11 г/см 3 . Кристаллическая решетка кубическая объемно центрированная, параметр а=0,3024 нм.
Химически ванадий довольно инертен. Он стоек к действию морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот, щелочей. С кислородом ванадий образует несколько оксидов: VO, V 2 O 3 , V 3 O 5 , VO 2 , V 2 O 5 . Оранжевый V 2 O 5 - кислотный оксид, темно-синий VO 2 - амфотерный, остальные оксиды ванадия - основные. С галогенами ванадий образует галогениды составов VX 2 (X = F, Cl, Br, I), VX 3 , VX 4 (X = F, Cl, Br), VF 5 и несколько оксогалогенидов (VOCl, VOCl 2 , VOF 3 и др.).
Соединения ванадия в степенях окисления +2 и +3 - сильные восстановители, в степени окисления +5 проявляют свойства окислителей. Известны тугоплавкий карбид ванадия VC (t пл =2800 °С), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия V 2 S 5 , силицид ванадия V 3 Si и другие соединения ванадия.
При взаимодействии V 2 O 5 с основными оксидами образуются ванадаты (см. ВАНАДАТЫ) - соли ванадиевой кислоты вероятного состава H 2 .
Применение
Ванадий в основном используется как легирующая добавка при получении износоустойчивых, жаропрочных и коррозионностойких сплавов (прежде всего, специальных сталей), как компонент при получении магнитов. Оксид ванадия V 2 O 5 служит эффективным катализатором, например, при окислении сернистого газа SO 2 в серный газ SO 3 при производстве серной кислоты. Соединения ванадия находят разнообразное применение в различных отраслях промышленности (текстильной, стекольной, лакокрасочной и др.).
Биологическая роль
Ванадий постоянно присутствует в тканях всех организмов в ничтожных количествах. В растениях его содержание (0,1-0,2%) значительной выше, чем в животных (1·10 –5 -1·10 –4 %). Некоторые морские организмы - мшанки, моллюски и, особенно, асцидии - способны концентрировать ванадий в значительных количествах (у асцидий ванадий находится в плазме крови или специальных клетках - ванадоцитах). По-видимому, ванадий участвует в некоторых окислительных процессах в тканях. Мышечная ткань человека содержит 2·10 – 6 % ванадия, костная ткань - 0,35·10 – 6 %, в крови - менее 2·10 – 4 % мг/л. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия. Ванадий и его соединения токсичны. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза - 2-4 мг. Для V 2 O 5 ПДК в воздухе 0,1-0,5 мг/м 3 .

Энциклопедический словарь . 2009 .

Синонимы :

Смотреть что такое "ванадий" в других словарях:

- (лат. vanadium). Хрупкий металл, белого цвета, открыт в 1830 г. и назван по имени скандинавского божества Ванадия. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ВАНАДИЙ лат. vanadium, по имени Ванадия,… … Словарь иностранных слов русского языка

- (хим. зн. V, атомн. вес 51) химический элемент, сходный посоединениям с фосфором и азотом. Соединения В. нередко встречаются, хотяи в ничтожно малых количествах, в железных рудах и некоторых глинах; приобработке ванадистых руд железа, В. частью… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

Ванад Словарь русских синонимов. ванадий сущ., кол во синонимов: 2 ванад (1) элемент … Словарь синонимов

ВАНАДИЙ - ВАНАДИЙ, хим. знак V, ат. в. 51,0, твердый, упругий металл цвета стали, t° плавления 1715°, уд. вес 5,688. Соединения В. широко распространены в природе. Соединения эти яды, по силе не уступающие мышьяковой к те; они обладают… … Большая медицинская энциклопедия

- (Vanadium), V, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 23, атомная масса 50,9415; металл, tпл 1920шC. Используют для легирования стали и чугуна, как компонент жаропрочных, твердых и коррозионно стойких сплавов, в качестве … Современная энциклопедия

- (лат. Vanadium) V, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 23, атомная масса 50,9415. Название от имени древнескандинавской богини красоты Ванадис. Серо стальной твердый металл. Плотность 6,11 г/см³, tпл 1920 .C.… … Большой Энциклопедический словарь

- (символ V), ПЕРЕХОДНОЙ ЭЛЕМЕНТ, открытый в 1801 г. Серебристо белый, ковкий, вязкий металл. Обнаружен в ЖЕЛЕЗНЫХ, СВИНЦОВЫХ И УРАНОВЫХ рудах, а также в угле и нефти. Используется в стальных сплавах для повышения прочности и жароустойчивости.… … Научно-технический энциклопедический словарь Физическая энциклопедия

ванадий - V Элемент V группы Периодич. системы; ат. н. 23, ат. м. 50,942; металл серо стального цвета. Природный V состоит из двух изотопов: 51V (99,75 %) и 50V (0,25 %). V был открыт в 1801 г. мекс. минералогом А. М. дель Рио. В пром. масштабе V… … Справочник технического переводчика