Vanadium, V, Ordnungszahl 23

Allgemein

Vanadium, veraltet auch¬†Vanadin, ist ein¬†chemisches Element¬†mit dem Symbol V und der¬†Ordnungszahl¬†23. Es ist ein stahlgraues, bl√§ulich schimmerndes, in reinem Zustand sehr weiches¬†√úbergangsmetall. Im Periodensystem bildet das Metall zusammen mit den schwereren¬†Niob,¬†Tantal¬†und¬†Dubnium¬†die 5. Gruppe oder¬†Vanadiumgruppe. Der Gro√üteil des Vanadiums wird als sogenanntes Ferrovanadium in der¬†Stahlherstellung¬†eingesetzt. Der Zusatz von Vanadium in¬†Chrom-Vanadium-St√§hlen f√ľhrt zu einer Erh√∂hung der Z√§higkeit und damit zu einer erh√∂hten Widerstandsf√§higkeit des Stahls.

Das Element besitzt verschiedene biologische Bedeutungen und ist f√ľr viele Lebewesen¬†essenziell. So spielt es eine Rolle bei der Steuerung von¬†Enzymen¬†der¬†Phosphorylierung¬†und wird von Bakterien zur¬†Stickstofffixierung¬†genutzt.

Die bekannteste Verbindung des Vanadiums ist¬†Vanadium(V)-oxid, das als¬†Katalysator¬†f√ľr die Produktion von¬†Schwefels√§ure¬†eingesetzt wird.

Zum ersten Mal wurde das sp√§tere Vanadium 1801 vom spanischen Mineralogen¬†Andr√©s Manuel del R√≠o¬†in einem¬†mexikanischen¬†Bleierz, dem sp√§teren¬†Vanadinit, entdeckt. Er nannte das neue Element zun√§chst wegen der Vielfarbigkeit der Verbindungen¬†Panchromium, sp√§ter¬†Erythronium, da sich die Salze beim Ans√§uern rot f√§rbten. Die Entdeckung widerrief del Rio jedoch kurze Zeit sp√§ter, als zun√§chst¬†Alexander von Humboldt¬†und sp√§ter der franz√∂sische Chemiker H.V. Collett-Desotils auf Grund der √Ąhnlichkeit zu¬†Chromverbindungen¬†behaupteten, bei dem neuen Element w√ľrde es sich um verunreinigtes Chrom handeln.

Die Wiederentdeckung des Elementes gelang 1830 dem schwedischen Chemiker Nils Gabriel Sefström. Er untersuchte Eisen aus der schwedischen Eisenerzgrube Taberg, indem er dieses in Salzsäure löste. Dabei entdeckte er neben anderen bekannten Stoffen ein unbekanntes Element, das in manchen Eigenschaften dem Chrom, in anderen dem Uran ähnelte, aber nach weiteren Untersuchungen keines dieser Elemente war. Das neue Element benannte er nach Vanadis, einem Beinamen der nordischen Gottheit Freyja. Kurze Zeit später erbrachte Friedrich Wöhler, der sich bei Berzelius bereits mit der Aufgabe beschäftigt hatte, den Identitätsnachweis von Vanadium mit Erythronium.

Metallisches Vanadium wurde erstmals 1867 von Henry Enfield Roscoe durch Reduktion von Vanadium(II)-chlorid mit Wasserstoff hergestellt. 99,7 % reines Vanadium konnten erstmals 1925John Wesley Marden und Malcolm Rich durch Reduktion von Vanadium(V)-oxid mit Calcium gewinnen.

Vanadium wurde erstmals 1903 verwendet, als in England der erste vanadiumhaltige¬†Stahl¬†produziert wurde. Die st√§rkere Verwendung des Elements in der Stahlindustrie begann ab 1905, als¬†Henry Ford¬†Vanadiumst√§hle f√ľr den Bau von¬†Automobilen¬†einsetzte.

Vorkommen 

Vanadium ist auf der Erde ein h√§ufiges Element, sein Anteil an der¬†kontinentalen Erdkruste¬†betr√§gt etwa 120¬†ppm. Eine √§hnliche¬†Elementh√§ufigkeit¬†besitzen¬†Zirconium,¬†Chlor¬†und¬†Chrom. Das Element kommt nicht¬†gediegen, sondern nur gebunden in verschiedenen¬†Mineralen¬†vor. Trotz der H√§ufigkeit des Vanadiums sind Lagerst√§tten mit hohen Konzentrationen des Elements selten, viele Vanadiumminerale kommen nicht h√§ufig vor. Im Vergleich zur Erdkruste ist der Gehalt im Meerwasser deutlich geringer, er liegt bei etwa 1,3¬†őľg/l.

Zu den wichtigsten Vanadiummineralen z√§hlen vor allem¬†Vanadate¬†wie¬†Vanadinit¬†[Pb5(VO4)3Cl],¬†Descloizit¬†Pb(Zn, Cu) [OH|VO4] und¬†Carnotit¬†[K2(UO2)2(VO4)2¬∑3H2O], sowie das Vanadiumsulfid¬†Patronit¬†VS4. Der gr√∂√üte Teil des Vanadium findet sich in Spuren in anderen Mineralen, vor allem¬†Eisenerzen¬†wie¬†Magnetit. Der Vanadiumgehalt von Titan-Magnetit-Erzen betr√§gt meist zwischen 0,3 und 0,8¬†%, kann aber in manchen s√ľdafrikanischen Erzen bis zu 1,7¬†%¬†erreichen.

Tiere und Pflanzen enthalten Vanadium, so enthält der Mensch etwa 0,3 mg/kg des Elementes. Dieses befindet sich zumeist in Zellkernen oder Mitochondrien. Einige Lebewesen, vor allem einige Seescheidenarten und der Fliegenpilz, sind in der Lage, Vanadium anzureichern. In Seescheiden ist der Vanadiumgehalt bis zu 107 mal so groß wie im umgebenden Meerwasser. Auf Grund des Vanadiumgehaltes von Lebewesen sind auch Kohle und Erdöl, die aus diesen entstehen, vanadiumhaltig. Der Gehalt beträgt bis zu 0,1 %. Besonders hohe Vanadiumgehalte findet man in Erdöl aus Venezuela und Kanada.

Förderung an Vanadiumerz

Im Jahr 2006 wurden insgesamt 55.700¬†Tonnen Vanadiumerz gef√∂rdert (gerechnet als Vanadiummetall). Die wichtigsten F√∂rderl√§nder sind¬†S√ľdafrika,¬†China¬†und¬†Russland. Vanadium ist kein knapper Rohstoff, es sind insgesamt Reserven von 63¬†Millionen Tonnen bekannt.

Gewinnung und Darstellung 

Die Darstellung von Vanadium läuft in mehreren Schritten ab. Zunächst muss aus verschiedenen Ausgangsstoffen Vanadium(V)-oxid gewonnen werden. Dieses lässt sich dann zum elementaren Metall reduzieren und gegebenenfalls reinigen.

M√∂gliche Ausgangsstoffe, aus denen Vanadium gewonnen werden kann, sind Vanadiumerze wie Carnotit oder Patronit, vanadiumhaltige Titan-Magnetit-Erze und¬†Erd√∂l. Vanadiumerze waren in fr√ľherer Zeit f√ľr die Produktion wichtig, spielen jedoch keine wichtige Rolle mehr und sind vor allem von den Titan-Magnetit-Erzen abgel√∂st worden.

Werden vanadiumhaltige¬†Eisenerze¬†im¬†Hochofenprozess¬†zu¬†Eisen¬†reduziert, bleibt das Vanadium zun√§chst im¬†Roheisen. Um das Roheisen weiter zu¬†Stahl¬†zu verarbeiten, wird w√§hrend desFrischens¬†Sauerstoff eingeblasen. Dabei geht das Vanadium in die¬†Schlacke¬†√ľber. Diese enth√§lt bis zu 25¬†% Vanadium(V)-oxid und ist die wichtigste Quelle f√ľr die Gewinnung des Metalls. Um das reine Vanadium(V)-oxid zu gewinnen, wird die feingemahlene Schlacke mit Natriumsalzen wie¬†Natriumchlorid¬†oder¬†Natriumcarbonat¬†oxidierend ger√∂stet. Dabei bildet sich wasserl√∂sliches¬†Natriummetavanadat, das von der restlichen Schlacke durch Auslaugen abgetrennt wird. Durch Zugabe von S√§ure und Ammoniumsalzen f√§llt das entstandene unl√∂slicheAmmoniumpolyvanadat¬†aus der L√∂sung aus. Dieses kann durch¬†R√∂sten¬†zu Vanadium(V)-oxid umgewandelt werden. Auch aus anderen vanadiumhaltigen Erzen kann auf identischem Weg das Oxid gewonnen werden. Aus Erd√∂l kann das Vanadium durch Bildung einer¬†Emulsion¬†unter Zugabe von Wasser und¬†Magnesiumnitrat¬†extrahiert werden. Die weitere Aufarbeitung geschieht wie bei der Gewinnung aus Eisenerzen.

Die eigentliche Vanadiumgewinnung erfolgt durch Reduktion des Vanadium(V)-oxids mit anderen Metallen. Als Reduktionsmittel können Aluminium, Calcium, Ferrosilicium oder Kohlenstoffverwendet werden; mit Letzterem bilden sich jedoch bei der Reaktion Carbide, die schwer vom Metall abgetrennt werden können.

\mathrm{V_2O_5 + 5\ Ca \longrightarrow 2\ V + 5\ CaO}Reduktion mit Calcium

Um reines Vanadium zu erhalten, wird teures Calcium oder Aluminium als Reduktionsmittel verwendet, da mit dem billigeren Ferrosilicium keine hohe Reinheit zu erreichen ist. Während mit Calcium direkt reines Vanadium gewonnen wird, bildet sich mit Aluminium zunächst eine Vanadium-Aluminium-Legierung, aus der durch Sublimation im Vakuum reines Vanadium gewonnen wird.

Ein Gro√üteil des Vanadiums wird jedoch nicht als reines Metall, sondern in Form der Eisen-Vanadium-Legierung¬†Ferrovanadium, die mindestens 50¬†% Vanadium¬†enth√§lt, verwendet. Um diese herzustellen, ist es nicht n√∂tig, vorher das reine Vanadium zu gewinnen. Stattdessen wird die vanadium- und eisenhaltige Schlacke mit Ferrosilicium und¬†Kalk¬†zu Ferrovanadium reduziert. Diese Legierung reicht f√ľr die meisten technischen Anwendungen aus.

Reinstes Vanadium kann entweder elektrochemisch oder nach dem Van-Arkel-de-Boer-Verfahren dargestellt werden. Dazu wird das reine Vanadium zusammen mit Iod in eine luftleere Glasampulle eingeschmolzen. Das in der geheizten Ampulle gebildete Vanadium(III)-iodid zersetzt sich an einem heißen Wolframdraht zu hochreinem Vanadium und Iod.

\mathrm{2\ V + 3\ I_2 \rightleftharpoons 2\ VI_3}Reaktion im Van-Arkel-de-Boer-Verfahren

Eigenschaften 

Physikalische Eigenschaften

Kristallstruktur von Vanadium, a = 302,4 pm

Vanadium ist ein nichtmagnetisches, z√§hes, schmiedbares und deutlich stahlblaues¬†Schwermetall¬†mit einer¬†Dichte¬†von 6,11¬†g/cm3.¬†Reines Vanadium ist relativ weich, wird aber durch Beimengungen anderer Elemente h√§rter und besitzt dann eine hohe mechanische Festigkeit. In den meisten Eigenschaften √§hnelt es seinem Nachbarn im Periodensystem, dem¬†Titan. Der¬†Schmelzpunkt¬†von reinem Vanadium liegt bei 1910¬†¬įC, dieser wird jedoch durch Verunreinigungen wie¬†Kohlenstoff¬†deutlich erh√∂ht. Bei einem Gehalt von 10¬†% Kohlenstoff liegt er bei etwa 2700¬†¬įC.¬†Vanadium kristallisiert wie Chrom oder¬†Niob¬†in einer¬†kubisch-raumzentrierten¬†Kristallstrukturmit der¬†Raumgruppe¬†Im\bar{3}m¬†und dem¬†Gitterparameter¬†a¬†=¬†302,4¬†pm sowie zwei¬†Formeleinheiten¬†pro¬†Elementarzelle.

Unterhalb einer Sprungtemperatur von 5,13¬†K wird Vanadium zum¬†Supraleiter.¬†Ebenso wie reines Vanadium sind auch Legierungen des Vanadiums mit¬†Gallium, Niob und Zirconium supraleitend. Bei Temperaturen unter 5,13¬†K zeigt Vanadium, ebenso wie die Vanadiumgruppenmetalle Niob und¬†Tantal, in kleinsten Kl√ľmpchen bis 200 Atomen eine bisher nicht erkl√§rte, spontane¬†elektrische Polarisation, wie sie sonst nur¬†nichtmetallische Stoffe¬†aufweisen.

Chemische Eigenschaften

Vanadium ist ein unedles Metall und in der Lage, mit vielen¬†Nichtmetallen¬†zu reagieren. An der Luft bleibt es wochenlang metallisch gl√§nzend. Bei der Betrachtung √ľber l√§ngere Zeitr√§ume wird deutlich sichtbarer gr√ľner Rost wahrgenommen. Soll Vanadium konserviert bleiben, so muss es unter Argon aufbewahrt werden. In der Hitze wird es von Sauerstoff angegriffen und zu¬†Vanadium(V)-oxid¬†oxidiert. W√§hrend¬†Kohlenstoff¬†und¬†Stickstoff¬†mit Vanadium erst bei¬†Wei√üglut¬†reagieren, findet die Reaktion mit¬†Fluor¬†und¬†Chlor¬†schon in der K√§lte statt.

Gegen√ľber¬†S√§uren¬†und¬†Basen¬†ist Vanadium bei Raumtemperatur meist stabil auf Grund einer d√ľnnen,¬†passivierenden¬†Oxidschicht, angegriffen wird es nur von¬†Flusss√§ure¬†sowie stark oxidierend wirkenden S√§uren wie hei√üer¬†Salpeters√§ure, konzentrierter¬†Schwefels√§ure¬†und¬†K√∂nigswasser.

Bis zu einer Temperatur von 500¬†¬įC ist Vanadium in der Lage,¬†Wasserstoff¬†zu¬†absorbieren. Dabei wird das Metall spr√∂de und l√§sst sich leicht pulvern. Entfernen l√§sst sich der Wasserstoff bei 700¬†¬įC im Vakuum.

Isotope 

Von Vanadium sind insgesamt 25¬†Isotope¬†und weitere 6¬†Kernisomere¬†bekannt.¬†Von diesen kommen zwei nat√ľrlich vor. Dies sind die Isotope¬†50V mit einer¬†nat√ľrlichen H√§ufigkeit¬†von 0,25¬†% und¬†51V mit einer H√§ufigkeit von 99,75¬†%.¬†50V ist schwach¬†radioaktiv, es zerf√§llt mit einer¬†Halbwertszeitvon 1,5 ¬∑ 1017¬†Jahren zu 83¬†% unter¬†Elektroneneinfang¬†zu¬†50Ti, zu 17¬†% unter ő≤‚ąí-Zerfall zu¬†50Cr.¬†Beide Kerne k√∂nnen f√ľr Untersuchungen mit der¬†NMR-Spektroskopie¬†genutzt werden.

Die stabilsten k√ľnstlichen Isotope sind¬†48V mit einer Halbwertszeit von 16 Tagen und¬†49V mit einer Halbwertszeit von 330 Tagen. Diese finden als¬†Tracer¬†Verwendung.¬†Alle anderen Isotope und Kernisomere sind sehr instabil und zerfallen in Minuten oder Sekunden.

Verwendung

Reines Vanadium wird nur zu einem geringen Prozentsatz aufgrund seines geringen¬†Neutroneneinfangquerschnitts¬†als H√ľllwerkstoff f√ľr¬†Kernbrennstoffe¬†verwendet.[23]¬†Es k√∂nnen aber auch best√§ndigere Vanadiumlegierungen genutzt werden. √úber 90¬†% der Produktion wird in einer Vielzahl von¬†Legierungen, meist mit den Metallen Eisen, Titan, Nickel, Chrom, Aluminium oder Mangan eingesetzt. Nur ein kleiner Teil wird in Verbindungen, meist als Vanadium(V)-oxid genutzt.

Mit 85¬†% des produzierten Vanadiums wird der weitaus gr√∂√üte Teil in der¬†Stahlindustrie¬†verbraucht. Da hierf√ľr keine hohen Reinheiten n√∂tig sind, wird Ferrovanadium als Rohstoff genutzt. Vanadium steigert schon in kleinen Mengen in St√§hlen dieFestigkeit¬†und¬†Z√§higkeit¬†und damit die¬†Verschlei√üfestigkeit¬†deutlich. Dies wird durch die Bildung von hartem¬†Vanadiumcarbid¬†bewirkt. Je nach Anwendung werden unterschiedliche Mengen Vanadium beigemischt. So enthalten¬†Baust√§hle¬†undWerkzeugst√§hle¬†nur geringe Mengen (0,2 bis 0,5¬†%) Vanadium,¬†Schnellarbeitsstahl¬†bis zu 5¬†%.¬†Vanadiumhaltige St√§hle werden vor allem f√ľr mechanisch beanspruchte Werkzeuge und Federn genutzt. St√§hle, die neben Eisen und Vanadium auchCobalt¬†enthalten, sind magnetisch.

Titanlegierungen, die Vanadium und meist auch Aluminium enthalten, sind besonders stabil und hitzebest√§ndig und werden im¬†Flugzeugbau¬†f√ľr tragende Teile und Turbinenbl√§tter von¬†Flugzeugtriebwerken¬†eingesetzt.

Vanadium dient in einem Typ der so genannten¬†Redox-Flow-Zelle¬†als Hauptelektrolyt, ein Beispiel f√ľr eine solche Anwendung ist der¬†Vanadium-Redox-Akkumulator.

Nachweis 

Eine¬†Vorprobe¬†liefert die¬†Phosphorsalzperle, bei der Vanadium in der¬†Reduktionsflamme¬†charakteristisch gr√ľn erscheint. Die¬†Oxidationsflamme¬†ist schwach gelb und damit zu unspezifisch.

Ein qualitativer Nachweis f√ľr Vanadium beruht auf der Bildung von Peroxovanadiumionen. Dazu wird eine saure L√∂sung, die Vanadium in der Oxidationsstufe +5 enth√§lt, mit wenig¬†Wasserstoffperoxid¬†versetzt. Es bildet sich das r√∂tlich-braune [V(O2)]3+-kation. Dieses reagiert mit gr√∂√üeren Mengen Wasserstoffperoxid zur schwach gelben¬†Peroxovanadiums√§ure¬†H3[VO2(O2)2].

Quantitativ kann Vanadium durch¬†Titration¬†bestimmt werden. Dazu wird eine vanadiumhaltige¬†schwefelsaure¬†L√∂sung mit¬†Kaliumpermanganat¬†zu f√ľnfwertigem Vanadium oxidiert und anschlie√üend mit einer¬†Eisen(II)-sulfatl√∂sung¬†und¬†Diphenylamin¬†alsIndikator¬†r√ľcktitriert. Auch eine Reduktion von vorliegenden f√ľnfwertigem Vanadium mit Eisen(II)-sulfat zum vierwertigen Oxidationszustand und anschlie√üender¬†potentiometrischer¬†Titration mit Kaliumpermanganatl√∂sung ist m√∂glich.

In der modernen Analytik kann Vanadium mit mehreren Methoden nachgewiesen werden. Dies sind beispielsweise die Atomabsorptionsspektrometrie bei 318,5 nm und die Spektralphotometrie mit N-Benzoyl-N-phenylhydroxylamin als Farbreagenz bei 546 nm.

Biologische Bedeutung

Vanadiumverbindungen besitzen verschiedene biologische Bedeutungen. Charakteristisch f√ľr Vanadium ist, dass es sowohl anionisch als Vanadat, als auch kationisch als VO2+, VO2+¬†oder V3+¬†vorkommt. Vanadate besitzen gro√üe √Ąhnlichkeit zuPhosphaten¬†und haben dementsprechend √§hnliche Wirkungen. Da Vanadat st√§rker an geeignete¬†Enzyme¬†bindet als Phosphat, ist es in der Lage, Enzyme der¬†Phosphorylierung¬†zu blockieren und so zu steuern. Dies betrifft beispielsweise die¬†Natrium-Kalium-ATPase, die den Transport von Natrium und Kalium in Zellen steuert. Diese Blockierung kann mit¬†Desferrioxamin B, das einen stabilen Komplex mit Vanadat bildet, schnell wieder aufgehoben werden.¬†Weiterhin beeinflusst Vanadium dieGlucoseaufnahme. Es ist in der Lage, in der Leber die¬†Glykolyse¬†zu stimulieren und den Konkurrenzprozess der¬†Gluconeogenese¬†zu hemmen. Dadurch kommt es zu einer Senkung des Glucose-Spiegels im Blut.¬†Daher wird untersucht, ob Vanadiumverbindungen f√ľr die Behandlung von¬†Diabetes mellitus¬†Typ 2 geeignet sind. Es sind jedoch noch keine eindeutigen Ergebnisse gefunden worden.¬†Daneben stimuliert Vanadium auch die Oxidation von¬†Phospholipiden¬†und unterdr√ľckt die Synthese von¬†Cholesterin¬†durch Hemmung der¬†Squalensynthase, einem mikrosomalen Enzymsystem der Leber. Folgerichtig verursacht ein Mangel erh√∂hte Konzentrationen von Cholesterin und¬†Triglyceriden¬†im¬†Blutplasma.

In Pflanzen spielt Vanadium eine Rolle in der Photosynthese. Es ist in der Lage, die Reaktion zur Bildung von 5-Aminolävulinsäure ohne Enzym zu katalysieren. Diese ist eine wichtige Vorstufe zur Bildung von Chlorophyll.

In einigen Organismen kommen vanadiumhaltige Enzyme vor, so besitzen einige Bakterienarten zur Stickstofffixierung vanadiumhaltige Nitrogenasen. Dies sind beispielsweise Arten der Gattung Azotobacter sowie das Cyanobakterium Anabaenavariabilis. Diese Nitrogenasen sind jedoch nicht so leistungsfähig wie die häufigeren Molybdän-Nitrogenasen und werden daher nur bei Molybdänmangel aktiviert. Weitere vanadiumhaltige Enzyme finden sich in Braunalgen und Flechten. Diese besitzen vanadiumhaltige Haloperoxidasen, mit denen sie Chlor-, Brom- oder Iod-organische Verbindungen aufbauen.

Die Funktion des in gro√üen Mengen in Seescheiden als¬†Metalloproteine¬†Vanabine¬†vorhandenen Vanadiums ist noch nicht bekannt. Urspr√ľnglich wurde vermutet, dass das Vanadium √§hnlich dem¬†H√§moglobin¬†als Sauerstofftransporter dient; dies hat sich jedoch als falsch herausgestellt.

Gefährdungen 

Wie andere Metallst√§ube ist auch Vanadiumstaub entz√ľndlich. Vanadium und seine anorganischen Verbindungen haben sich im Tierversuch als¬†karzinogen¬†erwiesen. Sie werden daher in die Kanzerogenit√§ts-Kategorie 2 eingeordnet.¬†Wird Vanadiumstaub etwa von Arbeitern in derMetallverh√ľttung¬†√ľber l√§ngere Zeit eingeatmet, kann es zum sogenannten¬†Vanadismus¬†kommen. Diese anerkannte¬†Berufskrankheit¬†kann sich in¬†Schleimhautreizung, gr√ľnschwarzer Verf√§rbung der¬†Zunge, sowie chronischen Bronchial-, Lungen- und Darmerkrankungen √§u√üern.

Verbindungen

In Verbindungen kann Vanadium in verschiedenen¬†Oxidationsstufen¬†vorliegen. H√§ufig sind die Stufen +5, +4, +3 und +2, seltener sind +1, 0, ‚ąí1 und ‚ąí3. Die wichtigsten und stabilsten Oxidationsstufen sind +5 und +4.

Wässrige Lösung

In w√§ssriger L√∂sung l√§sst sich Vanadium leicht in verschiedene Oxidationsstufen √ľberf√ľhren. Da die verschiedenen Vanadiumionen charakteristische Farben besitzen, kommt es dabei zu Farb√§nderungen.

In¬†saurer¬†L√∂sung bildet f√ľnfwertiges Vanadium farblose VO2+-Ionen, die bei der Reduktion zun√§chst zu blauen vierwertigen VO2+-Ionen werden. Die dreiwertige Stufe mit V3+-Ionen ist von gr√ľner Farbe, die tiefste, in w√§ssriger L√∂sung erreichbare Stufe, das zweiwertige V2+-Ion ist grauviolett.

Sauerstoffverbindungen 

Die wichtigste und stabilste Vanadium-Sauerstoff-Verbindung ist¬†Vanadium(V)-oxid¬†V2O5. Diese orangefarbene Verbindung wird in gr√∂√üeren Mengen als¬†Katalysator¬†f√ľr die Schwefels√§ureherstellung verwendet. Sie wirkt dort als Sauerstoff√ľbertr√§ger und wird w√§hrend der Reaktion zu einem weiteren Vanadiumoxid, dem¬†Vanadium(IV)-oxid¬†VO2¬†reduziert. Weitere bekannte Vanadiumoxide sind¬†Vanadium(III)-oxid¬†V2O3¬†und¬†Vanadium(II)-oxid¬†VO.

In alkalischer L√∂sung bildet Vanadium(V)-oxid¬†Vanadate, Salze mit dem¬†Anion¬†VO43‚ąí. Im Gegensatz zu den analogen¬†Phosphaten¬†ist jedoch das Vanadat-Ion die stabilste Form; Hydrogen- und Dihydrogenvanadate sowie die freie Vanadiums√§ure sind instabil und nur in verd√ľnnten w√§ssrigen L√∂sungen bekannt. Werden basische Vanadatl√∂sungen anges√§uert, bilden sich anstatt der Hydrogenvanadate die Polyvanadate, in denen sich bis zu zehn Vanadateinheiten zusammenlagern. Vanadate finden sich in verschiedenen Mineralen, Beispiele sind¬†Vanadinit,¬†Descloizit¬†und¬†Carnotit.

Halogenverbindungen 

Mit den¬†Halogenen¬†Fluor,¬†Chlor,¬†Brom¬†und¬†Iod¬†bildet Vanadium eine Vielzahl von Verbindungen. In der Oxidationsstufe +5 ist nur eine Verbindung, das¬†Vanadium(V)-fluorid¬†bekannt. In den Oxidationsstufen +4, +3 und +2 existieren Verbindungen mit allen Halogenen, lediglich mit Iod sind nur Verbindungen in den Stufen +2 und +3 bekannt. Von diesen Halogeniden sind jedoch nur die Chloride¬†Vanadium(IV)-chlorid¬†und¬†Vanadium(III)-chlorid¬†technisch relevant. Sie dienen unter anderem als Katalysator f√ľr die Herstellung von¬†Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk.

Vanadiumoxidchloride 

Vanadium bildet auch Mischsalze mit Sauerstoff und Chlor, die sogenannten¬†Vanadiumoxidchloride.¬†Vanadium(III)-oxidchlorid, VOCl, ist ein gelbbraunes, wasserl√∂sliches Pulver. Das in der¬†Photographie¬†und als¬†Textilbeize¬†eingesetzte¬†Vanadium(IV)-oxidchlorid, VOCl2¬†besteht aus gr√ľnen, hygroskopischen Kristalltafeln, die sich in Wasser mit blauer Farbe l√∂sen.¬†Vanadium(V)-oxidchlorid, VOCl3¬†schlie√ülich ist eine gelbe Fl√ľssigkeit, die durch Wasser sehr leicht¬†hydrolysiert¬†wird. VOCl3¬†dient als Katalysatorkomponente bei der Niederdruckethenpolymerisation.

Weitere Vanadiumverbindungen

In¬†organischen¬†Vanadiumverbindungen erreicht Vanadium seine niedrigsten Oxidationsstufen 0, ‚ąíI und ‚ąíIII. Hier sind vor allem die¬†Metallocene, die sogenannten¬†Vanadocene, wichtig. Diese werden als Katalysator f√ľr die¬†Polymerisation¬†von¬†Alkinen¬†verwendet.

Vanadiumcarbid VC wird in Pulverform unter anderem zum Plasmaspritzen bzw. Plasma-Pulver-Auftragschweißen eingesetzt. Weiterhin wird Vanadiumcarbid Hartmetallen zugesetzt, um das Kornwachstum zu verringern. Es entstehen dabei die sogenannten Cermets, die besonders hart und verschleißfest sind.

Allgemein
Name, Symbol,Ordnungszahl Vanadium, V, 23
Serie √úbergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block 5, 4, d
Aussehen stahlgrau metallisch, bläulich schimmernd
CAS-Nummer 7440-62-2
Massenanteil an derErdh√ľlle 0,041¬†%
Atomar
Atommasse 50,9415 u
Atomradius (berechnet) 135 (171) pm
Kovalenter Radius 153 pm
Elektronenkonfiguration [Ar] 3d3 4s2
1. Ionisierungsenergie 650,9 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1414 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 2830 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie 4507 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie 6298,7 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur kubisch raumzentriert
Dichte 6,11 g/cm3¬†(20¬†¬įC)
Mohshärte 7,0
Magnetismus paramagnetisch¬†(\chi_{m}¬†= 3,8 ¬∑ 10‚ąí4)
Schmelzpunkt 2183¬†K¬†(1910 ¬įC)
Siedepunkt 3680¬†K¬†(3407 ¬įC)
Molares Volumen 8,32 ¬∑ 10‚ąí6¬†m3/mol
Verdampfungswärme 453 kJ/mol
Schmelzwärme 21,5[5] kJ/mol
Schallgeschwindigkeit 4560 m/s bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität 489 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit 5 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit 31 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände +5, +4 ,+3 ,+2
Elektronegativität 1,63 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
48V {syn.} 15,9735¬†d őĶ 4,012 48Ti
49V {syn.} 330¬†d őĶ 0,602 49Ti
50V 0,25¬†% 1,5 ¬∑ 1017¬†a őĶ 2,208 50Ti
ő≤‚ąí 1,037 50Cr
51V 99,75 % Stabil
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
keine GHS-Piktogramme

H- und P-SätzeH: keine H-SätzeEUH: keine EUH-SätzeP: keine P-Sätze GefahrstoffkennzeichnungPulver

Leichtentz√ľndlich Reizend
Leicht-
entz√ľndlich
Reizend
(F) (Xi)

R- und S-SätzeR: 17-36/37/38 (Pulver)S: 7-26-33-37-43-60 (Pulver)

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