Zgodovina Vanadio, lastnosti, struktura, uporabe

On vanadij To je tretja prehodna kovina periodične tabele, ki jo predstavlja kemični simbol V. Ni tako priljubljen kot druge kovine, toda tisti, ki razumejo jekla in Titanci, ga bodo slišali kot dodatek za njihovo okrepitev v zlitinah ali orodjih. Fizično je sinonim za trdoto in kemično obarvan.

Nekatere kemikalije si upajo, da bi jo lahko kvalificirali kot kovinsko kovino, ki lahko v svojih spojinah sprejme široko paleto barv; Elektronska lastnost, ki spominja na kovine mangana in kroma. V rodnem in čistem stanju je videti kot druge kovine: srebro, a z modrikastimi toni. Ko oksidiramo, poglejte navzdol.

Kovinski koščki vanadijeve s tankimi prelivalnimi plastmi rumenega oksida. Vir: Jurii [CC do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]

Na tej sliki se komaj loči iridescenca oksida, kar je odvisno od dražb ali površine kovinskih kristalov. Ta oksidna plast ga ščiti pred poznejšimi oksidacijami in zato pred korozijo.

Takšna korozijska odpornost in toplotni zlomi ji zagotavlja zlitine, ko se dodajajo atomi V. Vse to, ne da bi preveč dvignil svojo težo, saj vanadij ni težka kovina, ampak lahek; Za razliko od tega, kar si mnogi mislijo.

Njegovo ime izhaja iz nordijske boginje Vanadís iz Skandinavije; Vendar so ga odkrili v Mehiki kot del minerala vanadinita, PB₅[Vo₄]₃Cl, rdečev kristalov. Težava je bila v tem, da ga je moral pridobiti iz tega minerala in mnogih drugih₂Tudi₅ (ki se zmanjša s kalcijam).

Drugi viri z vanadijem počivajo v morskih bitjih ali v naftni surovici, "zaprti" znotraj petroporfirinov.

V raztopini so barve, ki jih imajo njihove spojine, odvisno od stanja oksidacije, rumene, modre, temno zelene ali vijolične. Vanadij ne izstopa le za te številke ali oksidacijska stanja (od -1 do +5), ampak za svojo sposobnost usklajevanja na različne načine z biološkimi okolji.

Kemija vanadija je obilna, skrivnostna in v primerjavi z drugimi kovinami je še vedno veliko svetlobe, ki jo je treba osvetliti za njegovo tesno razumevanje.

[TOC]

Zgodovina

Odkritje

Mehika ima čast, da je bila država, kjer je bil odkrit ta element. Mineralogist Andrés Manuel Del Río leta 1801 je analiziral rdečkast mineral, ki ga je poimenoval kot Brown Lead (Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃Cl), ekstrahirani kovinski oksidi, katerih značilnosti do takrat niso ustrezale nobenim znanim elementom.

Tako je ta element prvič krstil z imenom 'pancromo' za bogato raznolikost njegovih spojin; Nato je preimenoval v 'Eriron', grške besede Erythronium, kar pomeni rdeče.

Štiri leta pozneje francoski kemični hipolit Victor Collet Donso. In več kot dvajset let je minilo nekaj o tem pozabljenem elementu, ki so ga spet odkrili v mehiških tleh.

Pojav imena

Leta 1830 je švicarski kemik Nils Gabriel Sefström odkril še en nov element v železnih mineralih, ki ga je poklical Vanadio; Ime, ki izhaja iz nordijske boginje Vanadís, v primerjavi z njeno lepoto s svetlimi barvami spojin te kovine.

Lahko vam služi: kalijev nitrit (KNO2): struktura, lastnosti in uporabe

Istega leta je nemški geolog George William Featherstonhaugh dejal, da sta vanadij in Erythrone pravzaprav isti element; In čeprav je želel, da ime reka prevlada tako, da ga je imenoval "rionio", njegov predlog ni bil sprejet.

Izolacija

Za izolacijo vanadija je bilo potrebno. Najprej ga je moral spremeniti v vrste, ki so bile z relativno lahkoto zmanjšane; V tem procesu je Berzelius leta 1831 dobil vanadium nitruro, ki je bil zmeden z domačo kovino.

Leta 1867 je angleški kemik Henry Enfield Roscoe uspel zmanjšati vanadijev klorid (II), VCL₂, Kovinski vanadij z uporabo vodikovega plina. Vendar je bila kovina, ki jo je ustvaril.

Končno smo z zmanjšanjem V -jevega vzorca tehnološke zgodovine vanadija dobili velik vzorec čistosti z zmanjšanjem V₂Tudi₅ S kovinskim kalcijam. Ena prvih izjemnih uporabe je bila uporabiti za izdelavo podvozja avtomobila Ford Model T.

Lastnosti

Fizični videz

V svoji čisti obliki je siva kovina z modrikastimi, mehkimi in duktilnimi odtenki. Ko pa je pokrit plast oksida (zlasti produkt vžigalnika), napolni presenetljive barve, kot da bi bil stekleni kameleon.

Molarna masa

50.9415 g/mol

Tališče

1910 ° C

Vrelišče

3407 ° C

Gostota

-6,0 g/ml, pri sobni temperaturi

-5,5 g/ml, na talilni točki, torej se komaj topi.

Fuzijska toplota

21,5 kJ/mol

Toplota za uparjanje

444 kJ/mol

Molarna toplotna sposobnost

24,89 J/(mol · k)

Parni tlak

1 Pa A 2101 K (praktično zaničljivo tudi pri visokih temperaturah).

Elektronegativnost

1,63 na lestvici Pauling.

Ionizacijske energije

Prvi: 650.9 kJ/mol (v⁺ plinasto)

Drugi: 1414 kJ/mol (v²⁺ plinasto)

Tretjič: 2830 kJ/mol (v³⁺ plinasto)

Mohs trdota

6.7

Razgradnja

Ko se segreva, lahko sprosti strupene hlape iz V₂Tudi₅.

Barve rešitev

Od leve proti desni, vanadijske raztopine v različnih oksidacijskih stanjih: +5, +4, +3 in +2. Vir: w. Oelen prek Wikipedije.

Ena glavnih in zloglasnih lastnosti vanadijeve so barve njegovih spojin. Ko se nekatere od njih raztopijo v kislih medijih, raztopine (večinoma vodne) kažejo barve, ki omogočajo razlikovanje števila ali statusa oksidacije od drugega.

Na primer, na zgornji sliki so prikazane štiri epruvete z vanadijem v različnih oksidacijskih stanjih. Tisti na levi, rumen, ustreza V⁵⁺, posebej kot vola₂⁺. Nato sledijo vodniku²⁺, z v⁴⁺, barva modra; Kation v³⁺, temno zelena; in v²⁺, vijolična ali mauve.

Kadar raztopina je sestavljena iz mešanice V spojin⁴⁺ in v⁵⁺, Dobimo svetlo zeleno barvo (izdelek rumene z modro).

Reaktivnost

V sloju V₂Tudi₅ O vanadiju ga ščiti pred reakcijo z močnimi kislinami, kot so žveplo ali klorovodiko.

Ko se segreje nad 660 ° C, je vanadij popolnoma oksidiran, nosi rumeno trdno s trdno svetlostjo (odvisno od kotov njegove površine). Ta oranžni rumeni oksid se lahko raztopi, če dodamo dušikovo kislino, ki bi se vrnila v vanadij svoje srebrne barve.

Lahko vam služi: kalcijev cikel: značilnosti, stopnje in pomen

Izotopi

Skoraj vsi vanadio atomi v vesolju (99,75% jih) so o izotopu ⁵¹V, medtem ko zelo majhen del (0,25%) ustreza izotopu ^petdesetV. Od tu ni presenetljivo, da je atomska teža vanadija 50.9415 U (bližje 51 kot 50).

Drugi izotopi so radioaktivni in sintetični, s polži (t_1/2) to sega med 330 dni (⁴⁹V), 16 dni (⁴⁸V), nekaj ur ali 10 sekund.

Elektronska struktura in konfiguracija

Vanadio, V atomi so razporejeni v kubični kristalni strukturi, osredotočeni na telo (BCC), produkt njihove kovinske povezave. Od struktur je to manj gosta, saj sodeluje v "morje elektronov" svojih pet elektronov Valencije, v skladu z elektronsko konfiguracijo:

[AR] 3D³ 4s²

Tako se trije elektroni 3D orbitala in dva od 4S orbitala združijo, da bi potovali po pasu, ki nastane s prekrivanjem valencia orbital vseh atomov v kozarcu; Jasno, razlaga, ki temelji na teoriji skupine.

Ker je malo manjši, atomi V kot kovine na levi (Scandio in Titanium) v periodični tabeli in glede na njihove elektronske značilnosti, je njegova kovinska vez močnejša; dejstvo, ki se odraža v njegovi največji talilni točki in s tem z najbolj kohevnimi atomi.

Po računalniških študijah je BCC struktura vanadija stabilna tudi pod velikimi pritiski 60 GPA.  Presegal ta pritisk, njen kristal trpi prehod v fazo romboedra, ki ostane stabilna do 434 GPA; Ko se struktura BCC ponovno pojavi.

Oksidacijske številke

Vanadijska elektronska konfiguracija sama po sebi kaže, da lahko njen atom izgubi do pet elektronov. Ko to stori, postane izolektronski do plemenitega argonskega plina in predpostavlja se obstoj kationa V⁵⁺.

Prav tako je lahko izguba elektronov postopna (odvisno od tega, katere vrste so povezane), saj imajo pozitivne oksidacijske številke, ki se razlikujejo od +1 do +5; Zato se v njegovih spojinah predpostavlja obstoj ustreznih kationov V⁺, V²⁺ In tako naprej.

Vanadij lahko pridobi tudi elektrone in postane kovinski anion. Njegove negativne oksidacijske številke so: -1 (V^-) in -3 (v^3-). Elektronska konfiguracija V^3- je:

[AR] 3D⁶ 4s²

Čeprav za dokončanje polnjenja 3D orbitalov manjkajo štirje elektroni, je V bolj stabilen^3- to v^7-, ki bi teoretično potrebovali vrste na ekstremnem elektropozitivnem (da bi mu dali svoje elektrone).

Prijave

-Kovina

Jeklene in titanove zlitine

Vanadij zagotavlja mehansko, toplotno in vibracijsko odpornost, poleg trdote zlitin, ki jim je dodan. Na primer, na primer Ferrovanadio (železo in vanadijsko zlitino) ali vanadijev karbid, dodamo skupaj z drugimi kovinami v jeklu ali v titanijevih zlitinah.

Na ta način je zelo trda in hkrati lahka, uporabna za orodja (serije in ključe za matice), prestave, avtomobilske dele ali letala, turbine, kolesa, jet motori, noži, zobni vsadki itd.

Vam lahko služi: Beryl hidroksid (biti (OH) 2)

Tudi njegove zlitine z Galiom (V₃G) so superprevodniki in se uporabljajo za izdelavo magnetov. Poleg tega so glede na svojo malo reaktivnosti vanadijeve zlitine namenjene cevi, kjer tečejo jedki kemični reagenti.

Vanadio Redox baterije

Vanadium je del redoks baterij, VRB (za svojo kratico v angleščini: vanadij redoks baterije). Te se lahko uporabijo za spodbujanje proizvodnje električne energije iz sončne in vetrne energije, pa tudi baterije v električnih vozilih.

-Spojine

Pigment

V₂Tudi₅ Uporablja se za dajanje zlate barve steklu in keramiki. Po drugi strani je njihova prisotnost v nekaterih mineralih postala zelenkasta, kot pri smaragdi (in zahvaljujoč tudi drugim kovinam).

Katalizator

V₂Tudi₅ Je tudi katalizator, ki se uporablja za sintezo žveplove kisline in anhidridne kisline Maleico. Mešano z drugimi kovinskimi oksidi katalizira druge organske reakcije, kot sta oksidacija propana in propilena v akrolinu in akrilni kislini.

Zdravilno

Zdravila, ki so sestavljena iz vanadionskih kompleksov, so bila obravnavana kot mogoča in potencialni kandidati za zdravljenje sladkorne bolezni in raka.

Biološki papir

Zdi se ironično, da je vanadij, ki je barvita in strupena spojina, njeni ioni (VO⁺, Vo₂⁺ in vo₄^3-, večinoma) v sledovih so koristni in bistveni za živa bitja; zlasti tisti iz morskih habitatov.

Razlogi so osredotočeni na njihova oksidacijska stanja, s tem, koliko ligandov biološkega okolja je usklajenih (ali interakcija), v analogiji med vanadatom in fosfatnim anionom (VO₄^3- in po₄^3-) in pri drugih dejavnikih, ki jih preučuje bioinorganske kemikalije.

Atomi Vanadio lahko nato komunicirajo s tistimi atomi, ki pripadajo encimom ali beljakovinam, bodisi s štirimi (koordinacijski tetraedron), pet (kvadratna piramida ali druge geometrije) ali šest. Če se, ko se to zgodi, sproži ugodna reakcija telesa, pravi se, da vanadij izvaja farmakološko aktivnost.

Na primer, obstajajo halloperoksidaze: encimi, ki jih vanadij lahko uporablja kot kofaktor. Obstajajo tudi vanabinas (v celicah vanadocitov tunike), fosforilaze, nitrogenaze, transferine in serumski (sesalec) albumin, ki lahko komunicirajo s to kovino.

Organska ali zapletena molekula koordinacije, imenovana Amavadin, je prisotna v telesih nekaterih gliv, kot je Amanita Muscaria (nižja slika).

Gob gob. Vir: Pixabay.

In končno, v nekaterih kompleksih je vanadij mogoče vsebovati v hemo skupini, kot z železom v hemoglobinu.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). MC Graw Hill.
2. Wikipedija. (2019). Vanadij. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
3. Ashok k. Verma & P. Moda. (s.F.). Fononska nestabilnost in strukturni fazni prehodi v vanadiju pod visokim tlakom. Oddelek za visokotlačno fiziko, Bhabha Atomski raziskovalni center, Trombay, Mumbai-400085, Indija.
4. Čelada, Anne Marie, ph.D. (3. julij 2019). Dejstva vanadije (V ali atomska številka 23). Okreval od: Thoughtco.com
5. Richard Mills. (24. oktober 2017). Vanadij: kovina, brez katere ne moremo, in ne proizvajajo. Glacier Media Group. Okrevano od: rudarjenje.com
6. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Vanadij. Baza podatkov Pubchem. Cid = 23990. Okrevano od: pubchem.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov
7. Clark Jim. (2015). Vanadij. Okrevano od: Chemguide.co.Združeno kraljestvo
8. Pierce Sarah. (2019). Kaj je vanadij? Uporaba, dejstva in izotopi. Študij. Okrevano od: študij.com
9. Cran & Col. (2004). Kemija in biokemičar vanadija in biološke dejavnosti, ki jih izvajajo vanadijeve spojine. Oddelek za kemijo, Državna univerza v Koloradu, Fort Collins, Colorado 80523-1872.