Vanadium - Vanadium

Vanadium,  ₂₃ V

Vanadium
Uttale	/ V ə n eɪ d i ə m / ( və- NAY -dee-əm )
Utseende	blå-sølv-grått metall
Standard atomvekt A r, std (V)	50.9415 (1)
Vanadium i det periodiske systemet
Hydrogen Helium Litium Beryllium Bor Karbon Nitrogen Oksygen Fluor Neon Natrium Magnesium Aluminium Silisium Fosfor Svovel Klor Argon Kalium Kalsium Scandium Titan Vanadium Krom Mangan Jern Kobolt Nikkel Kobber Sink Gallium Germanium Arsenikk Selen Brom Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niobium Molybden Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Sølv Kadmium Indium Tinn Antimon Tellurium Jod Xenon Cesium Barium Lantan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Gull Kvikksølv (element) Tallium Lede Vismut Polonium Astatin Radon Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobel Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson - ↑ V ↓ Nb titan ← vanadium → krom
Atomnummer ( Z )	23
Gruppe	gruppe 5
Periode	periode 4
Blokkere	d-blokk
Elektronkonfigurasjon	[ Ar ] 3d 3 4s 2
Elektroner per skall	2, 8, 11, 2
Fysiske egenskaper
Fase ved  STP	fast
Smeltepunkt	2183  K (1910 ° C, 3470 ° F)
Kokepunkt	3680 K (3407 ° C, 6165 ° F)
Tetthet (nær  rt )	6,11 g / cm 3
når den er flytende (ved  mp )	5,5 g / cm 3
Fusjonsvarme	21,5  kJ/mol
Fordampningsvarme	444 kJ/mol
Molar varmekapasitet	24,89 J/(mol · K)
Damptrykk P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ved  T  (K) 2101 2289 2523 2814 3187 3679
Atomiske egenskaper
Oksidasjonstilstander	−3, −1, 0, +1, +2 , +3 , +4 , +5 (et  amfoterisk oksid)
Elektronegativitet	Pauling skala: 1,63
Ioniseringsenergier
Atomradius	empirisk: 134  pm
Kovalent radius	153 ± 20.00
Spektrale linjer av vanadium
Andre eiendommer
Naturlig forekomst	opprinnelig
Krystallstruktur	body-sentrert kubisk (BCC)
Lydhastighet tynn stang	4560 m/s (ved 20 ° C)
Termisk ekspansjon	8,4 µm/(m⋅K) (ved 25 ° C)
Termisk ledningsevne	30,7 W/(m⋅K)
Elektrisk motstand	197 nΩ⋅m (ved 20 ° C)
Magnetisk bestilling	paramagnetisk
Molær magnetisk følsomhet	+255,0 × 10 −6  cm 3 /mol (298 K)
Youngs modul	128 GPa
Skjærmodul	47 GPa
Bulk modul	160 GPa
Poisson -forhold	0,37
Mohs hardhet	6.7
Vickers hardhet	628–640 MPa
Brinell hardhet	600–742 MPa
CAS -nummer	7440-62-2
Historie
Oppdagelse	Nils Gabriel Sefström (1830)
Første isolasjon	Henry Enfield Roscoe (1867)
Oppkalt av	Nils Gabriel Sefström (1830)
De viktigste isotoper av vanadium
Isotop Overflod Halveringstid ( t 1/2 ) Forfallsmodus Produkt 48 V syn 16 d β + 48 Ti 49 V syn 330 d ε 49 Ti 50 V. 0,25% 1,5 × 10 17  y ε 50 Ti β - 50 Cr 51 V 99,75% stabil
Kategori: Vanadium utsikt snakke redigere | referanser

Vanadium er et kjemisk element med symbolet V og atomnummer 23. Det er et hardt, sølvgrått, formbart overgangsmetall . Elementmetallet finnes sjelden i naturen, men når det først er isolert kunstig, stabiliserer dannelsen av et oksidlag ( passivering ) det frie metallet noe mot ytterligere oksidasjon .

Andrés Manuel del Río oppdaget forbindelser av vanadium i 1801 i Mexico ved å analysere et nytt blyholdig mineral han kalte "brunt bly". Selv om han først antok at dens egenskaper skyldtes tilstedeværelsen av et nytt element, ble han senere feilaktig overbevist av den franske kjemikeren Hippolyte Victor Collet-Descotils om at elementet bare var krom . Så i 1830 genererte Nils Gabriel Sefström klorider av vanadium, og beviste dermed at det var et nytt element, og kalte det "vanadium" etter den skandinaviske gudinnen for skjønnhet og fruktbarhet, Vanadís (Freyja). Navnet var basert på det store spekteret av farger som finnes i vanadiumforbindelser. Del Rios blymineral ble til slutt kalt vanadinitt for vanadininnholdet . I 1867 oppnådde Henry Enfield Roscoe det rene elementet.

Vanadium forekommer naturlig i omtrent 65 mineraler og i fossile brenselforekomster . Den er produsert i Kina og Russland fra stålverket slagg . Andre land produserer det enten direkte fra magnetitt, røykstøv fra tungolje eller som et biprodukt fra uranutvinning . Det er i hovedsak brukt for å fremstille spesialstållegeringer slik som høyhastighetsverktøystål , og noen aluminiumslegeringer . Den viktigste industrielle vanadiumforbindelsen, vanadiumpentoksid , brukes som katalysator for produksjon av svovelsyre . Den vanadium redoks-batteri for energilagring kan være en viktig anvendelse i fremtiden.

Store mengder vanadium- ioner er funnet i noen organismer, muligens som et toksin . Oksydet og noen andre vanadiumsalter har moderat toksisitet. Spesielt i havet brukes vanadium av noen livsformer som et aktivt sentrum for enzymer , for eksempel vanadiumbromoperoksidase av noen havalger .

Historie

Vanadium ble oppdaget i 1801 av den spanske mineralogen Andrés Manuel del Río . Del Río hentet elementet fra en prøve av meksikansk "brun bly" malm, senere kalt vanadinitt . Han fant ut at dets salter viser et stort utvalg av farger, og som et resultat kalte han elementet panchromium (gresk: παγχρώμιο "alle farger"). Senere ga Del Río nytt navn til elementet erythronium (gresk: ερυθρός "rød") fordi de fleste saltene ble røde ved oppvarming. I 1805 erklærte den franske kjemikeren Hippolyte Victor Collet-Descotils , støttet av del Ríos venn Baron Alexander von Humboldt , feilaktig at del Ríos nye element var en uren prøve av krom . Del Río godtok Collet-Descotils uttalelse og trakk påstanden tilbake.

I 1831 gjenoppdaget den svenske kjemikeren Nils Gabriel Sefström grunnstoffet i et nytt oksid han fant mens han jobbet med jernmalm . Senere samme år bekreftet Friedrich Wöhler del Ríos tidligere arbeid. Sefström valgte et navn som begynte med V, som ennå ikke hadde blitt tilordnet noe element. Han kalte elementet vanadium etter norrønt Vanadis (et annet navn for den norrøne Vanr gudinnen Frøya , hvis attributter inkluderer skjønnhet og fruktbarhet), på grunn av de mange vakkert fargede kjemiske forbindelser den produserer. I 1831 foreslo geologen George William Featherstonhaugh at vanadium skulle gi nytt navn til " rionium " etter del Río, men dette forslaget ble ikke fulgt.

Isolering av vanadiummetall var vanskelig. I 1831 rapporterte Berzelius produksjonen av metallet, men Henry Enfield Roscoe viste at Berzelius hadde produsert nitridet, vanadiumnitrid (VN). Roscoe produserte til slutt metallet i 1867 ved reduksjon av vanadium (II) klorid , VCl ₂ , med hydrogen . I 1927 ble rent vanadium produsert ved å redusere vanadiumpentoksid med kalsium .

Den første storskala industriell anvendelse av vanadium var i stållegeringen chassiset til Ford Model T , inspirert av franske racerbiler. Vanadiumstål tillot redusert vekt og økte strekkfastheten (ca. 1905). I det første tiåret på 1900 -tallet ble det meste av vanadiummalm utvunnet av American Vanadium Company fra Minas Ragra i Peru. Senere økte etterspørselen etter uran, noe som førte til økt gruvedrift av metallets malmer. En stor uranmalm var karnotitt , som også inneholder vanadium. Dermed ble vanadium tilgjengelig som et biprodukt fra uranproduksjon. Etter hvert begynte uranutvinning å tilføre en stor andel av etterspørselen etter vanadium.

I 1911 oppdaget den tyske kjemikeren Martin Henze vanadium i hemovanadinproteinene som finnes i blodceller (eller coelomiske celler) i Ascidiacea ( sjøsprut ).

Kjennetegn

Vanadium er et gjennomsnittlig hardt, duktilt , stålblått metall. Det er elektrisk ledende og termisk isolerende . Noen kilder beskriver vanadium som "mykt", kanskje fordi det er duktilt, formbart og ikke sprøtt . Vanadium er hardere enn de fleste metaller og stål (se Hardhetene til elementene (dataside) og jern ). Den har god korrosjonsbestandighet og er stabil mot alkalier og svovelsyre og saltsyrer . Det oksideres i luft ved omtrent 933  K (660 ° C, 1220 ° F), selv om det dannes et oksidpassiveringslag selv ved romtemperatur.

Isotoper

Naturlig forekommende vanadium består av en stabil isotop , ⁵¹ V, og en radioaktiv isotop, ⁵⁰ V. Sistnevnte har en halveringstid på 1,5 × 10 ¹⁷ år og en naturlig overflod på 0,25%. ⁵¹ V har et kjernespinn på 7 / 2- , som er nyttig for NMR-spektroskopi . Tjuefire kunstige radioisotoper har blitt karakterisert, i massetall fra 40 til 65. De mest stabile av disse isotopene er ⁴⁹ V med en halveringstid på 330 dager og ⁴⁸ V med en halveringstid på 16,0 dager. De gjenværende radioaktive isotoper har halveringstider kortere enn en time, de fleste under 10 sekunder. Minst fire isotoper har metastabile eksiterende tilstander . Electron-fangst er det viktigste forfallet modus for isotoper lettere enn ⁵¹ V. For de tyngre de, er den vanligste modusen betastråling . Elektronfangingsreaksjonene fører til dannelse av element 22 ( titan ) isotoper, mens beta -henfall fører til element 24 ( krom ) isotoper.

Forbindelser

Vanadins kjemi er bemerkelsesverdig for tilgjengeligheten til de fire tilstøtende oksidasjonstilstandene 2–5. I vandig løsning danner vanadium metallakviske komplekser der fargene er syrin [V (H ₂ O) ₆ ] ²⁺ , grønn [V (H ₂ O) ₆ ] ³⁺ , blå [VO (H ₂ O) ₅ ] ²⁺ , gul-oransje oksider, hvis formel er avhengig av pH. Vanadium (II) forbindelser er reduserende midler, og vanadium (V) forbindelser er oksidasjonsmidler. Vanadium (IV) forbindelser eksisterer ofte som vanadylderivater , som inneholder VO ²⁺ sentrum.

Ammoniumvanadat (V) (NH ₄ VO ₃ ) kan suksessivt reduseres med elementært sink for å oppnå de forskjellige fargene på vanadium i disse fire oksidasjonstilstandene. Lavere oksidasjonstilstander forekommer i forbindelser som V (CO) ₆ , [V (CO)
₆]^-
og substituerte derivater.

Vanadiumpentoksid er en kommersielt viktig katalysator for produksjon av svovelsyre, en reaksjon som utnytter vanadiumoksyders evne til å gjennomgå redoksreaksjoner.

Den vanadium redoks batteri benytter alle fire oksidasjonstilstander: en elektrode bruker + 5 / + 4 par og den andre anvendelser på + 3 / + 2 par. Omdannelse av disse oksidasjonstilstandene illustreres ved reduksjon av en sterkt sur løsning av en vanadium (V) forbindelse med sinkstøv eller amalgam. Den opprinnelige gule fargen som er karakteristisk for pervanadylionen [VO ₂ (H ₂ O) ₄ ] ⁺ erstattes av den blå fargen på [VO (H ₂ O) ₅ ] ²⁺ , etterfulgt av den grønne fargen på [V (H ₂ O) ₆ ] ³⁺ og deretter fiolett farge av [V (H ₂ O) ₆ ] ^{2 +} .

Oksyanioner

I vandig løsning danner vanadium (V) en omfattende familie av oksyanioner som etablert ved ⁵¹ V NMR -spektroskopi . Sammenhengen i denne familien er beskrevet av overvektsdiagrammet , som viser minst 11 arter, avhengig av pH og konsentrasjon. Det tetraedrale ortovanadationen, VO³⁻
₄, er hovedarten som er tilstede ved pH 12–14. Vanadium (V) er lik størrelse og ladning som fosfor (V), parallelt med kjemien og krystallografien. Orthovanadate V O³⁻
₄brukes i proteinkrystallografi for å studere biokjemien til fosfat. Tetratiovanadatet [VS ₄ ] ³⁻ er analogt med ortovanadationen.

Ved lavere pH -verdier dannes monomeren [HVO ₄ ] ²⁻ og dimeren [V ₂ O ₇ ] ⁴⁻ , med monomeren dominerende ved vanadinkonsentrasjon på mindre enn c. 10 ⁻² M (pV> 2, hvor pV er lik minusverdien til logaritmen til den totale vanadinkonsentrasjonen/M). Dannelsen av divanadationen er analog med dannelsen av dikromationen . Etter hvert som pH-verdien reduseres, videre protonering og kondensering til polyvanadates oppstå: ved pH 4-6 [H ₂ VO ₄ ] ^- er fremherskende ved pV er større enn ca. 4, mens ved høyere konsentrasjoner dannes trimerer og tetramerer. Mellom pH 2-4 dominerer dekavanadat , dets dannelse fra ortovanadat representeres av denne kondensasjonsreaksjonen:

10 [VO ₄ ] ³⁻ + 24 H ⁺ → [V ₁₀ O ₂₈ ] ⁶⁻ + 12 H ₂ O

I decavanadate er hvert V (V) senter omgitt av seks oksidligander . Vanadinsyre, H ₃ VO ₄ eksisterer bare ved svært lave konsentrasjoner fordi protonasjon av tetraedriske arter [H ₂ VO ₄ ] ^- resulterer i preferansedannelsen av de oktaedriske [VO ₂ (H ₂ O) ₄ ] ⁺ artene. I sterkt sure oppløsninger, pH <2, [VO ₂ (H ₂ O) ₄ ] ⁺ er den fremherskende sort, mens oksydet V ₂ O ₅ utfelles fra oppløsning ved høye konsentrasjoner. Oksidet er formelt syreanhydridet av vanadinsyre. Strukturene til mange vanadatforbindelser er bestemt ved røntgenkrystallografi.

Vanadium (V) danner forskjellige peroksokomplekser, særlig på det aktive stedet for de vanadiumholdige bromoperoksidasenzymer . Arten VO (O) ₂ (H ₂ O) ₄ ⁺ er stabil i sure oppløsninger. I alkaliske løsninger er arter med 2, 3 og 4 peroksydgrupper kjent; de siste danner fiolette salter med formelen M ₃ V (O ₂ ) ₄ nH ₂ O (M = Li, Na, etc.), der vanadium har en 8-koordinat dodecahedral struktur.

Halidderivater

Tolv binære halogenider , forbindelser med formelen VX _n (n = 2..5), er kjent. VI ₄ , VCl ₅ , VBr ₅ og VI ₅ eksisterer ikke eller er ekstremt ustabile. I kombinasjon med andre reagenser, VCl ₄ blir brukt som en katalysator for polymerisering av diener . Som alle binære halogenider er de av vanadium Lewis sure , spesielt de av V (IV) og V (V). Mange av halogenidene danner oktaedriske komplekser med formelen VX _n L _{6− n} (X = halogenid; L = annen ligand).

Mange vanadium- oksyhalogenider (formel VO _m X _n ) er kjent. Den-klorid og oxytrifluoride ( VOCl ₃ og VOF ₃ ) er den mest studerte. I likhet med POCl ₃ , de er flyktige, adopterer tetraedriske strukturer i gassfasen og er Lewis sure.

Koordinasjonsforbindelser

Komplekser av vanadium (II) og (III) er relativt utvekslingsinert og reduserende. De til V (IV) og V (V) er oksidanter. Vanadiumion er ganske stort, og noen komplekser oppnår koordinasjonstall større enn 6, som tilfellet er i [V (CN) ₇ ] ⁴⁻ . Oxovanadium (V) danner også 7 koordinatkoordineringskomplekser med tetradentatligander og peroksider, og disse kompleksene brukes til oksidative bromeringer og tioeteroksydasjoner. Koordinasjonskjemien til V ⁴⁺ domineres av vanadylsenteret , VO ²⁺ , som binder fire andre ligander sterkt og en svakt (den ene trans til vanadylsenteret). Et eksempel er vanadylacetylacetonat (V (O) (O ₂ C ₅ H ₇ ) ₂ ). I dette komplekset er vanadium 5-koordinat, firkantet pyramidal, noe som betyr at en sjette ligand, slik som pyridin, kan festes, selv om assosiasjonskonstanten for denne prosessen er liten. Mange 5-koordinater vanadylkomplekser har en trigonal bipyramidal geometri, for eksempel VOCl ₂ (NMe ₃ ) ₂ . Koordineringskjemien til V ⁵⁺ domineres av de relativt stabile dioxovanadium -koordinasjonskompleksene som ofte dannes ved luftoksidasjon av vanadium (IV) forløperne som indikerer stabiliteten til +5 oksidasjonstilstanden og enkel interkonvertering mellom +4 og +5 stater.

Organiske metallforbindelser

Organometallisk kjemi av vanadium er godt utviklet, selv om den hovedsakelig bare har akademisk betydning. Vanadocendiklorid er et allsidig startreagens og har anvendelser innen organisk kjemi. Vanadiumkarbonyl , V (CO) ₆ , er et sjeldent eksempel på et paramagnetisk metallkarbonyl . Reduksjon gir V (CO)^-
₆( isoelektronisk med Cr (CO) ₆ ), som kan reduseres ytterligere med natrium i flytende ammoniakk for å gi V (CO)³⁻
₅(isoelektronisk med Fe (CO) ₅ ).

Hendelse

Univers

Den kosmiske overflod av vanadium i universet er 0,0001%, noe som gjør elementet nesten like vanlig som kobber eller sink . Vanadium oppdages spektroskopisk i lys fra solen og noen ganger i lyset fra andre stjerner .

jordskorpen

Vanadium er det 20. mest forekommende elementet i jordskorpen; metallisk vanadium er sjelden i naturen (kjent som nativ vanadium ), men vanadiumforbindelser forekommer naturlig i omtrent 65 forskjellige mineraler .

På begynnelsen av 1900 -tallet ble det oppdaget en stor forekomst av vanadiummalm, Minas Ragra vanadiumgruve nær Junín, Cerro de Pasco , Peru . I flere år var dette pantonitt (VS ₄ ) forekomsten en økonomisk viktig kilde til vanadiummalm. I 1920 ble omtrent to tredjedeler av den verdensomspennende produksjonen levert av gruven i Peru. Med produksjonen av uran på 1910- og 1920 -tallet fra karnotitt ( K ₂ (UO ₂ ) ₂ (VO ₄ ) ₂ · 3H ₂ O ) ble vanadium tilgjengelig som et biprodukt av uranproduksjon. Vanadinitt ( Pb ₅ (VO ₄ ) ₃ Cl ) og andre vanadinholdige mineraler blir bare utvunnet i unntakstilfeller. Med den økende etterspørselen, er mye av verdens vanadiumproduksjon nå hentet fra vanadiumbærende magnetitt som finnes i ultramafiske gabbro- kropper. Hvis denne titanomagnetitten brukes til å produsere jern, går det meste av vanadiumet til slaggen , og blir ekstrahert fra det.

Vanadium utvinnes hovedsakelig i Sør-Afrika , Nordvest- Kina og Øst- Russland . I 2013 utvunnet disse tre landene mer enn 97% av de 79 000 tonn produsert vanadium.

Vanadium er også til stede i bauxitt og i forekomster av råolje , kull , oljeskifer og tjæresand . I råolje er det rapportert konsentrasjoner opp til 1200 ppm. Når slike oljeprodukter brennes, kan spor av vanadium forårsake korrosjon i motorer og kjeler. Anslagsvis 110 000 tonn vanadium per år slippes ut i atmosfæren ved å brenne fossilt brensel. Svarte skifre er også en potensiell kilde til vanadium. Under andre verdenskrig ble noe vanadium utvunnet fra alunskifer i Sør -Sverige.

Vann

Den vanadyl ion er rikelig i sjøvann , som har en gjennomsnittlig konsentrasjon på 30 nM (1,5 mg / m ³ ). Noen mineralvann fjærer også inneholder ionet i høye konsentrasjoner. For eksempel inneholder fjærer i nærheten av Fuji -fjellet hele 54 μg per liter .

Produksjon

Vanadiummetall oppnås ved en flertrinns prosess som begynner med steking av knust malm med NaCl eller Na ₂ CO ₃ ved ca. 850 ° C for å gi natriummetavanadat (NaVO ₃ ). Et vandig ekstrakt av dette faste stoffet surgjøres for å produsere "rød kake", et polyvanadatsalt, som reduseres med kalsiummetall . Som et alternativ for småskala produksjon reduseres vanadiumpentoksid med hydrogen eller magnesium . Mange andre metoder brukes også, hvorav vanadium produseres som et biprodukt av andre prosesser. Rensing av vanadium er mulig ved krystallstavprosessen utviklet av Anton Eduard van Arkel og Jan Hendrik de Boer i 1925. Det innebærer dannelse av metalljodid, i dette eksempelet vanadium (III) jodid , og den påfølgende nedbrytningen for å gi rent metall :

2 V + 3 I ₂ ⇌ 2 VI ₃

De fleste vanadium anvendes som en stållegering kalt ferrovanadium . Ferrovanadium produseres direkte ved å redusere en blanding av vanadiumoksyd, jernoksider og jern i en elektrisk ovn. Vanadiet havner i råjern produsert av vanadiumbærende magnetitt. Avhengig av malmen som brukes, inneholder slaggen opptil 25% vanadium.

Kina er verdens største produsent av vanadium.

applikasjoner

Legeringer

Omtrent 85% av vanadiumet som produseres brukes som ferrovanadium eller som en stål additiv. Den betydelige styrkeøkningen i stål som inneholder små mengder vanadium ble oppdaget på begynnelsen av 1900 -tallet. Vanadium danner stabile nitrider og karbider, noe som resulterer i en betydelig økning i stålets styrke. Fra da av ble vanadiumstål brukt til applikasjoner i aksler , sykkelrammer, veivaksler , tannhjul og andre kritiske komponenter. Det er to grupper av vanadium stållegeringer. Vanadium høy-karbon stållegeringer inneholder 0,15% til 0,25% vanadium, og høyhastighets verktøystål (HSS) har et vanadiuminnhold på 1% til 5%. For høyhastighets verktøystål kan en hardhet over HRC 60 oppnås. HSS -stål brukes i kirurgiske instrumenter og verktøy . Pulvermetallurgiske legeringer inneholder opptil 18% prosent vanadium. Det høye innholdet av vanadiumkarbider i disse legeringene øker slitestyrken betydelig. En applikasjon for disse legeringene er verktøy og kniver.

Vanadium stabiliserer beta -formen av titan og øker styrken og temperaturstabiliteten til titan. Blandet med aluminium i titanlegeringer , brukes den i jetmotorer , høyhastighets flyrammer og tannimplantater . Den vanligste legeringen for sømløse rør er Titanium 3/2.5 som inneholder 2,5% vanadium, den foretrukne titanlegeringen innen luftfarts-, forsvars- og sykkelindustrien. En annen vanlig legering, hovedsakelig produsert i ark, er Titanium 6AL-4V , en titanlegering med 6% aluminium og 4% vanadium.

Flere vanadiumlegeringer viser superledende oppførsel. Den første A15-fasens superleder var en vanadiumforbindelse, V ₃ Si, som ble oppdaget i 1952. Vanadium- galliumbånd brukes i superledende magneter (17,5 teslas eller 175 000 gauss ). Strukturen til den superledende A15 -fasen til V ₃ Ga er lik strukturen til de mer vanlige Nb ₃ Sn og Nb ₃ Ti .

Det er funnet at en liten mengde, 40 til 270 ppm, vanadium i Wootz -stål forbedret produktets styrke betydelig og ga det særegne mønsteret. Kilden til vanadium i de originale Wootz -stålstengene er fortsatt ukjent.

Vanadium kan brukes som en erstatning for molybden i panserstål, selv om legeringen produsert er langt mer skjør og utsatt for avskalling på ikke-gjennomtrengende virkninger. Det tredje riket var en av de mest fremtredende brukerne av slike legeringer, i pansrede kjøretøyer som Tiger II eller Jagdtiger .

Katalysatorer

Vanadiumforbindelser brukes i stor utstrekning som katalysatorer; Vanadiumpentoksid V ₂ O ₅ , brukes som en katalysator ved fremstilling av svovelsyre ved kontaktprosessen I denne prosessen svoveldioksid ( SO
₂) oksideres til trioksid ( SO
₃): I denne redoksreaksjonen oksyderes svovel fra +4 til +6, og vanadium reduseres fra +5 til +4:

V ₂ O ₅ + SO ₂ → 2 VO ₂ + SO ₃

Katalysatoren regenereres ved oksidasjon med luft:

4 VO ₂ + O ₂ → 2 V ₂ O ₅

Lignende oksidasjoner brukes i produksjonen av maleinsyreanhydrid :

C ₄ H ₁₀ + 3,5 O ₂ → C ₄ H ₂ O ₃ + 4 H ₂ O

Ftalinsyreanhydrid og flere andre organiske bulkforbindelser produseres på samme måte. Disse grønne kjemiprosessene konverterer rimelige råvarer til svært funksjonaliserte, allsidige mellomprodukter.

Vanadium er en viktig komponent i blandede metalloksydkatalysatorer som brukes i oksidasjon av propan og propylen til akrolein, akrylsyre eller ammoksidasjon av propylen til akrylnitril. Ved bruk endres oksidasjonstilstanden til vanadium dynamisk og reversibelt med oksygen og dampinnhold i den reagerende fôrblandingen.

Glassbelegg og keramikk

Et annet vanadiumoksid, vanadiumdioksid VO ₂ , brukes til produksjon av glassbelegg, som blokkerer infrarød stråling (og ikke synlig lys) ved en bestemt temperatur. Vanadiumoksid kan brukes til å få fargesentre i korund til å lage simulerte alexandritsmykker , selv om alexandrit i naturen er en chrysoberyl . Vanadiumpentoksid brukes i keramikk .

Andre bruksområder

Den vanadium redoks-batteri , en type av strømnings batteri , er en elektrokjemisk celle som består av vandige vanadiumioner i forskjellige oksydasjonstilstander. Batterier av denne typen ble først foreslått på 1930 -tallet og utviklet kommersielt fra 1980 -tallet og fremover. Celler bruker ioner +5 og +2 formelle oksydasjonstilstander. Vanadium redoksbatterier brukes kommersielt til lagring av nettnett .

Vanadat kan brukes for å beskytte stål mot rust og korrosjon ved konverteringsbelegg . Vanadiumfolie brukes i kledning av titan til stål fordi det er kompatibelt med både jern og titan. Det moderate termiske nøytronfangstverrsnittet og den korte halveringstiden til isotopene produsert ved nøytronfangst gjør vanadium til et egnet materiale for den indre strukturen til en fusjonsreaktor .

Foreslått

Litiumvanadiumoksid har blitt foreslått for bruk som en anode med høy energitetthet for litiumionbatterier , ved 745 Wh/L når det er parret med en litiumkoboltoksidkatode . Vanadiumfosfater er blitt foreslått som katoden i litiumvanadiumfosfatbatteriet , en annen type litiumionbatteri.

Biologisk rolle

Vanadium er viktigere i marine miljøer enn terrestriske.

Vanadoenzymer

En rekke arter av marine alger produserer vanadiumbromoperoksidase så vel som den nært beslektede kloroperoksidasen (som kan bruke en hem eller vanadiumkofaktor) og jodoperoksidaser . Bromoperoksidasen produserer anslagsvis 1–2 millioner tonn bromoform og 56 000 tonn bromometan årlig. De fleste naturlig forekommende organobromforbindelser produseres av dette enzymet, og katalyserer følgende reaksjon (RH er hydrokarbonsubstrat):

RH + Br ^- + H ₂ O ₂ → R-Br + H ₂ O + OH ^-

En vanadiumnitrogenase brukes av noen nitrogenfikserende mikroorganismer, for eksempel Azotobacter . I denne rollen erstatter vanadium mer vanlige molybden eller jern , og gir nitrogenasen litt forskjellige egenskaper.

Vanadiumakkumulering i tunikaer

Vanadium er avgjørende for tunikater , der det lagres i de sterkt forsurede vakuolene til visse blodcelletyper, betegnet vanadocytter . Vanabiner (vanadiumbindende proteiner) er identifisert i cytoplasmaet til slike celler. Konsentrasjonen av vanadium i blodet av ascidian -tunikaer er så mye som ti millioner ganger høyere enn sjøvannet rundt, som normalt inneholder 1 til 2 ug/l. Funksjonen til dette vanadiumkonsentrasjonssystemet og disse vanadiumbærende proteinene er fremdeles ukjent, men vanadocyttene blir senere avsatt like under den ytre overflaten av tunikaen, hvor de kan avskrekke predasjon .

Sopp

Amanita muscaria og beslektede arter av makrofungi akkumulerer vanadium (opptil 500 mg/kg i tørrvekt). Vanadium er tilstede i koordinasjonskomplekset amavadin i soppfruktlegemer . Den biologiske betydningen av akkumuleringen er ukjent. Giftige eller peroksidase enzymfunksjoner har blitt foreslått.

Pattedyr

Mangel på vanadium resulterer i redusert vekst hos rotter. Det amerikanske institutt for medisin har ikke bekreftet at vanadium er et essensielt næringsstoff for mennesker, så verken et anbefalt diettinntak eller et tilstrekkelig inntak er fastslått. Diettinntaket er estimert til 6 til 18 µg/dag, med mindre enn 5% absorbert. Det tolererbare øvre inntaksnivået (UL) for diett vanadium, utover hvilke bivirkninger kan oppstå, er satt til 1,8 mg/dag.

Forskning

Vanadylsulfat som kosttilskudd har blitt undersøkt som et middel for å øke insulinfølsomheten eller på annen måte forbedre den glykemiske kontrollen hos personer som er diabetiker. Noen av forsøkene hadde betydelige behandlingseffekter, men ble ansett å være av dårlig studiekvalitet. Mengdene vanadium som ble brukt i disse forsøkene (30 til 150 mg) overskred langt den sikre øvre grensen. Konklusjonen på den systemiske gjennomgangen var "Det er ingen strenge bevis på at oral vanadintilskudd forbedrer glykemisk kontroll ved diabetes type 2. Rutinemessig bruk av vanadium til dette formålet kan ikke anbefales."

I astrobiologi har det blitt antydet at diskrete vanadiumakkumuleringer på Mars kan være en potensiell mikrobiell biosignatur når den brukes i forbindelse med Raman -spektroskopi og morfologi.

Sikkerhet

Alle vanadiumforbindelser bør betraktes som giftige. Tetravalent VOSO ₄ er rapportert å være minst 5 ganger mer giftig enn trivalent V ₂ O ₃ . Den Occupational Safety and Health Administration (OSHA) har satt en eksponeringsgrensen på 0,05 mg / m ³ til vanadiumpentoksyd støv og 0,1 mg / m ³ til vanadiumpentoksyd gasser i arbeidsplass luft for en åtte timers arbeidsdag, 40-timers uke. The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) har anbefalt at 35 mg / m ³ av vanadium vurderes umiddelbart farlig for liv og helse, det vil sannsynligvis vil føre til varige helseskader eller død.

Vanadiumforbindelser absorberes dårlig gjennom mage -tarmsystemet. Innånding av vanadium og vanadiumforbindelser resulterer først og fremst i negative effekter på luftveiene. Kvantitative data er imidlertid utilstrekkelige til å utlede en subkronisk eller kronisk inhalasjonsreferansedose. Andre effekter har blitt rapportert etter oral eller inhalering av blodparametere, lever, nevrologisk utvikling og andre organer hos rotter.

Det er lite som tyder på at vanadium eller vanadiumforbindelser er reproduksjonstoksiner eller teratogener . Vanadiumpentoksid ble rapportert å være kreftfremkallende hos hannrotter og hos hann- og hunnmus ved innånding i en NTP -studie, selv om tolkningen av resultatene nylig har vært omstridt. Kreftfremkallende for vanadium er ikke fastslått av United States Environmental Protection Agency .

Vanadiumspor i diesel er det viktigste drivstoffet i korrosjon ved høy temperatur . Under forbrenning oksiderer og reagerer vanadium med natrium og svovel, og gir vanadatforbindelser med smeltepunkter så lave som 530 ° C, som angriper passiveringslaget på stål og gjør det utsatt for korrosjon. De faste vanadiumforbindelsene sliter også motorkomponenter.

Se også

• Flyt batteri
• Green Giant mine
• Lagring av strømnett
• Vanadiumkarbid
• Vanadium redoks batteri
• Vanadintetraklorid
• Vanadium (V) oksid
• Internasjonalt vanadiumsymposium
• Vanadiumsyklusen

Referanser

Videre lesning

• Slebodnick, Carla; et al. (1999). "Modellering av biologisk kjemi av vanadium: struktur- og reaktivitetsstudier som belyser biologisk funksjon" . I Hill, Hugh AO; et al. (red.). Metallsteder i proteiner og modeller: fosfataser, Lewis -syrer og vanadium . Springer. ISBN 978-3-540-65553-4.

Eksterne linker

Videoer

• Vanadium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)

Forskningsartikler

• permanent død lenke ] National Instrument Vanadium Technical ReportVanadium utvinning metoder
• ATSDR - ToxFAQs: Vanadium
• Vanadiumkonsentrasjon i sjøvann og elvemiljøer er rundt 1,5-3,3 ug/kg [1] .
• Vanadiumspesiering og sykling i kystfarvann [2]
• Havanoksi og konsentrasjonene av molybden og vanadium i sjøvann [3]