Historia Vanadio, właściwości, struktura, użycia

On wanad Jest to trzeci metal przejściowy stolika okresowego, reprezentowanego przez symbol chemiczny v. Nie jest tak popularny jak inne metale, ale ci, którzy rozumieją stal i tytanian, usłyszą, jak wspomniano o tym jako dodatku do ich wzmocnienia w stopach lub narzędziach. Fizycznie jest synonimem twardości i chemicznie w kolorze.

Niektóre chemikalia odważyły ​​się zakwalifikować go jako metal kameleonu, który może przyjmować w swoich związkach szeroką gamę kolorów; Własność elektroniczna, która przypomina własność metali manganu i chromu. W swoim ojczystym i czystym stanie wygląda jak inne metale: srebro, ale z niebieskawymi tonami. Po utlenianiu spójrz w dół.

Metalowe kawałki wanadu z cienkimi opalizującymi warstwami żółtego tlenku. Źródło: Jurii [CC o 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/3.0)]

Na tym obrazie opalizowanie tlenku jest ledwo wyróżniające się, co zależy od aukcji lub powierzchni metalowych kryształów. Ta warstwa tlenku chroni go przed późniejszymi utlenionymi, a zatem przed korozją.

Taka odporność na korozję, a także złamania termiczne, zapewniają stopy, gdy dodano do nich atomy V. Wszystko to, bez podnoszenia swojej wagi, ponieważ wanad nie jest metalem ciężkim, ale lekkim; W przeciwieństwie do tego, co wielu może myśleć.

Jego imię wywodzi się z nordyckiej bogini Vanadísa ze Skandynawii; Jednak zostało odkryte w Meksyku, w ramach minerału Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃Cl, czerwonych kryształów. Problem polegał na tym, aby uzyskać go z tego minerału i wielu innych, wanad musiał₂ALBO₅ (który jest zmniejszony z wapniem).

Inne źródła wanadowe spoczywają w istotach morskich lub w ropie naftowej „uwięzione” w petroporfiryn.

W roztworze kolory, które mogą mieć ich związki, w zależności od stanu utleniania, są żółte, niebieskie, ciemnozielone lub fioletowe. Wanad nie tylko wyróżnia się tych liczb lub stanów utleniania (od -1 do +5), ale także ze względu na jego zdolność do koordynowania na różne sposoby ze środowiskami biologicznymi.

Chemia wanadu jest obfita, tajemnicza i w porównaniu do innych metali, wciąż jest na nim wiele światła.

[TOC]

Historia

Odkrycie

Meksyk ma zaszczyt być krajem, w którym odkryto ten element. Mineralogista Andrés Manuel del Río, w 1801 roku, analizujący czerwony minerał, który nazwał Brown prowadząc (Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃Cl), ekstrahowane tlenki metali, których cechy nie odpowiadały wówczas cechom żadnego znanego elementu.

W ten sposób najpierw ochrzcił ten element nazwą „Pancromo” dla bogatej różnorodności kolorów jego związków; Potem przemianował „eryron” greckiego słowa erythronium, co oznacza czerwony.

Cztery lata później francuski chemik Hippolite Victor Collet Donso. I minęło ponad dwadzieścia lat, aby dowiedzieć się czegoś o tym zapomnianym elemencie odkrytym w meksykańskich glebach.

Pojawienie się nazwy

W 1830 r. Szwajcarski chemik Nils Gabriel Sefström odkrył kolejny nowy element w żelaznych minerałach, który Vanadio nazwał; Imię, która pochodzi od Nordic Vanadís Bogini, w porównaniu z jej pięknem z jasnymi kolorami związków tego metalu.

Może ci podawać: azotyn potasu (KNO2): struktura, właściwości i zastosowania

W tym samym roku niemiecki geolog George William Featherstonhaugh powiedział, że wanad i erythron były w rzeczywistości tym samym elementem; I chociaż chciał, aby nazwa rzeki zwyciężyła, nazywając ją „Rionio”, jego propozycja nie została przyjęta.

Izolacja

Aby wyodrębnić wanad, było to konieczne. Musiał najpierw przekształcić go w gatunki, które zostały zmniejszone ze względną łatwością; W trakcie tego procesu Berzelius uzyskał wanadum nitruro w 1831.

W 1867 r₂, Metalowe wanad za pomocą gazu wodorowego. Jednak metal, który wyprodukował, był nieczysty.

Wreszcie, oznaczając zasadę historii technologicznej wanadu, uzyskano wielką próbkę czystości poprzez zmniejszenie V₂ALBO₅ Z metalicznym wapniem. Jednym z jego pierwszych wybitnych zastosowań było wykorzystanie do produkcji podwozia samochodu Ford Model T.

Nieruchomości

Wygląd fizyczny

W swojej czystej postaci jest szarym metalem z niebieskawym, miękkim i plastycznym niuansami. Jednak gdy pokryta jest warstwa tlenku (szczególnie produkt zapalniczki), ładuje się uderzające kolory, jakby to był szklany kameleon.

Masa cząsteczkowa

50 9415 g/mol

Temperatura topnienia

1910 ° C

Punkt wrzenia

3407 ° C

Gęstość

-6,0 g/ml, w temperaturze pokojowej

-5,5 g/ml, w temperaturze topnienia, to znaczy ledwo się topi.

Fusion Heat

21,5 kJ/mol

Ciepło parowe

444 kJ/mol

Molowa pojemność cieplna

24,89 J/(mol · k)

Ciśnienie pary

1 Pa A 2101 K (praktycznie nikczemne nawet w wysokich temperaturach).

Elektronialiczność

1.63 na skali Pauling.

Energie jonizacyjne

Po pierwsze: 650.9 kJ/mol (v⁺ gazowy)

Drugi: 1414 kJ/mol (v²⁺ gazowy)

Po trzecie: 2830 kJ/mol (v³⁺ gazowy)

Twardość mohs

6.7

Rozkład

Po podgrzewaniu może uwolnić toksyczne opary z V₂ALBO₅.

Kolory rozwiązań

Od lewej do prawej roztwory wanadowe w różnych stanach utleniania: +5, +4, +3 i +2. Źródło: w. Oelen przez Wikipedia.

Jedną z głównych i notorycznych cech wanadowych są kolory jego związków. Kiedy niektóre z nich są rozpuszczane w kwaśnych pożywkach, roztwory (głównie wodne) wykazują kolory, które pozwalają odróżnić liczbę lub status utleniania od innego.

Na przykład cztery rurki testowe z wanadem w różnych stanach utleniania pokazano na górnym obrazie. Ten po lewej, żółty, odpowiada v⁵⁺, specjalnie jako wyznaczenie₂⁺. Następnie podążają za kationą²⁺, z v⁴⁺, kolor niebieski; Kation v³⁺, ciemnozielony; i v²⁺, fioletowy lub mauwa.

Gdy roztwór składa się z mieszanki związków V⁴⁺ i v⁵⁺, Otrzymuje się jasnozielony kolor (produkt żółtego z niebieskim).

Reaktywność

Warstwa V₂ALBO₅ O wanadu chroni go przed reakcją silnymi kwasami, takimi jak siarka lub chlorowodor, silne zasady, a oprócz korozji spowodowanej większymi utleniami.

Gdy jest podgrzewany powyżej 660 ° C, wanad jest całkowicie utleniony, ubrany w żółtą substancję stałą z opalizującą jasnością (w zależności od kąta jej powierzchni). Ten pomarańczowy żółty tlenek może rozpuścić się, jeśli dodano kwas azotowy, który powróciłby do wanadu jego srebrnego koloru.

Może ci służyć: cykl wapnia: cechy, etapy i znaczenie

Izotopy

Prawie wszystkie atomy Vanadio we wszechświecie (99,75% z nich) dotyczą izotopu ⁵¹V, podczas gdy bardzo mała porcja (0,25%) odpowiada izotopowi ^{pięćdziesiąt}V. Stąd nie jest zaskoczeniem, że masa atomowa wanadu wynosi 50 9415 U (bliżej 51 niż 50).

Pozostałe izotopy są radioaktywne i syntetyczne, z czasem pół -life (t_1/2), która waha się od 330 dni (⁴⁹V), 16 dni (⁴⁸V), kilka godzin lub 10 sekund.

Struktura elektroniczna i konfiguracja

Atomy Vanadio, V są ułożone w sześciennej strukturze krystalicznej wyśrodkowanej na ciele (BCC), produkcie ich metalicznego ogniwa. Spośród struktur jest to mniej gęste, uczestniczące w „Morze Elektronów” jego pięć elektronów Walencji, zgodnie z konfiguracją elektroniczną:

[AR] 3D³ 4s²

Zatem trzy elektrony Orbitalu 3D i dwoje Orbitali 4S są połączone, aby podróżować z pasmem utworzonym przez nakładanie się orbitali Walencji wszystkich atomów V szkła; Oczywiście wyjaśnienie oparte na teorii zespołu.

Ponieważ jest nieco mniejszy, atomy V niż metale po lewej (Scandio i tytan) w stole okresowym, a biorąc pod uwagę ich charakterystykę elektroniczną, jego wiązanie metalowe jest silniejsze; Fakt, że znajduje to odzwierciedlenie w jego największej temperaturze topnienia, a zatem z najbardziej spójnymi atomami.

Według badań komputerowych struktura BCC wanadu jest stabilna nawet pod ogromną presją 60 GPA.  Przekroczył ten ciśnienie, jego kryształ cierpi na przejście do fazy romboedrycznej, która pozostaje stabilna do 434 GPa; Kiedy struktura BCC ponownie pojawia się ponownie.

Liczby utleniania

Konfiguracja elektroniczna wanadu wskazuje samodzielnie, że jej atom jest w stanie stracić do pięciu elektronów. Kiedy to się stanie, staje się izolektroniczny do szlachetnego gazu argonowego i zakłada się istnienie kationu v⁵⁺.

Podobnie utrata elektronów może być stopniowa (w zależności od tego, jakie gatunki powiązane), mając dodatnie liczby utleniania, które różnią się od +1 do +5; Dlatego w swoich związkach zakłada się istnienie odpowiednich kationów v⁺, V²⁺ I tak dalej.

Wanad może również zyskać elektrony, stając się metalicznym anionem. Jego ujemne liczby utleniania to: -1 (v^-) i -3 (v^3-). Konfiguracja elektroniczna v^3- Jest:

[AR] 3D⁶ 4s²

Chociaż brakuje czterech elektronów w celu uzupełnienia wypełnienia orbitali 3D, V jest bardziej stabilne^3- że v^7-, które teoretycznie wymagałyby gatunków w ekstremalnych elektropozytywnych (aby nadać jej elektrony).

Aplikacje

-Metal

Stopy stalowe i tytanowe

Wanad zapewnia odporność mechaniczną, termiczną i wibracyjną, oprócz twardości stopów, do których jest dodawany. Na przykład, takie jak Ferrovanadio (stop i żelazo i wanad) lub węglik wanadowy, jest dodawany wraz z innymi metaliami w stali lub stopach tytanowych.

W ten sposób, bardzo trudny i jednocześnie światło, przydatne w przypadku narzędzi (partii i klawiszy nakrętek), kołach, części samochodowych lub samolotów, turbin, rowerach, silnikach odrzutowych, noży, implantach dentystycznych itp.

Może ci służyć: wodorotlenek berylowy (be (OH) 2)

Również jego stopy z Galio (v₃G) są nadprzewodnikami i są używane do produkcji magnesów. A ponadto, biorąc pod uwagę ich niewielką reaktywność, stopy wanadowe są przeznaczone do rur, w których działają korozyjne odczynniki chemiczne.

Baterie Redox Vanadio

Vanadium jest częścią akumulatorów Redox, VRB (dla akronimu w języku angielskim: baterie wanadowe Redox). Można je wykorzystać do promowania wytwarzania energii energii słonecznej i wiatrowej, a także akumulatorów w pojazdach elektrycznych.

-Związki

Pigment

V₂ALBO₅ Służy do nadania złotego koloru szklanemu i ceramice. Z drugiej strony, ich obecność w niektórych minerałach stała się zielonkawy, podobnie jak w przypadku szmaragdów (i podziękowania dla innych metali).

Katalizator

V₂ALBO₅ Jest to również katalizator stosowany do syntezy kwasu siarkowego i kwasu bezwodnika maleico. Zmieszane z innymi tlenkami metali, katalizuje inne reakcje organiczne, takie jak utlenianie propanu i propylenu odpowiednio w kwasie akrolinowym i akrylowym.

Leczniczy

Leki składające się z kompleksów wanadio zostały uznane za możliwe, a potencjalni kandydaci do leczenia cukrzycy i raka.

Artykuł biologiczny

Wydaje się ironiczne, że wanad, będąc jego kolorowymi i toksycznymi związkami, jego jony (vo⁺, Vo₂⁺ i vo₄^3-, głównie) w śladach są one korzystne i niezbędne dla żywych istot; zwłaszcza te z siedlisk morskich.

Przyczyny koncentrują się na ich stanach utleniania, z liczbami ligandów środowisk biologicznych jest koordynowanych (lub interakcji), w analogii między wanadatem a anionem fosforanowym (VO (VO₄^3- i Po₄^3-) oraz w innych czynnikach badanych przez bioinorganiczne chemikalia.

Atomy wanadio mogą następnie oddziaływać z tymi atomami należącymi do enzymów lub białek, albo z czterema (koordynacyjna tetrahedron), pięcioma (kwadratowa piramida lub inne geometrie) lub sześć. Jeśli to nastąpi, uruchamiana jest korzystna reakcja dla organizmu, mówi się, że wanadowa aktywność farmakologiczna.

Na przykład istnieją halloperoksydazy: enzymy, które wanad może stosować jako kofaktor. Istnieją również wanabiny (w komórkach wanadocytów tunecatów), fosforyazy, azotazy, transferryn i albumina surowicy (ssak), zdolna do interakcji z tym metalem.

Organiczna lub złożona cząsteczka koordynacyjna zwana amavadiną jest obecna w ciałach niektórych grzybów, takich jak Amanita muscaria (niższy obraz).

Grzyb grzybowy. Źródło: Pixabay.

I wreszcie w niektórych kompleksach wanad może być zawarty w grupie hemo, jak w przypadku żelaza w hemoglobinie.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Wanad. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. Ashok k. Verma i p. Moda. (S.F.). Niestabilność fonona i przejścia fazy strukturalnej w wanadu pod wysokim ciśnieniem. Dywizja fizyki wysokiego ciśnienia, Bhabha Atomic Research Center, Trombay, Mumbai-400085, Indie.
4. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (3 lipca 2019). Fakty wanadowe (V lub Atomic Numer 23). Odzyskane z: Thoughtco.com
5. Richard Mills. (24 października 2017 r.). Vanadium: Metal, bez którego nie możemy się obejść i nie produkuje. GLALIER MEDIA GROUP. Odzyskane z: wydobycie.com
6. National Center for Biotechnology Information. (2019). Wanad. Baza danych Pubchem. CID = 23990. Odzyskane z: Pubchem.NCBI.NLM.Nih.Gov
7. Clark Jim. (2015). Wanad. Odzyskane z: chemguide.współ.Wielka Brytania
8. Pierce Sarah. (2019). Co to jest wanad? Używanie, fakty i izotopy. Badanie. Odzyskane z: Study.com
9. Cran & col. (2004). Chemia i biochemik wanadu i działalność biologiczna wywierana przez związki wanadowe. Department of Chemistry, Colorado State University, Fort Collins, Kolorado 80523-1872.