Vanadium, Dans, Numéro atomique 23

Général

Vanadium, veraltet auch Vanadium, Chemisches Element ist ein mit dem symbole V und der Ordnungszahl 23. Il s'agit d'un gris-acier, bleutée scintillante, dans reinem Zustand sehr weiches Übergang Métal. Im période Système bildet das Metall zusammen mit den schwereren Niobium, Tantale und die Dubnium 5. Gruppe oder Vanadiumgruppe. Der Grossteil des Vanadiums wird als Sogenanntes Ferrovanadium in der Stahlherstellung eingesetzt. Der Zusatz von Vanadium en chrome-vanadium-Stahlen Führt zu einer der Erhöhung Zähigkeit und damit zu einer erhöhten Widerstandsfähigkeit des Stahl.

Das Element besitzt und verschiedene biologische Bedeutungen ist für viele Lebewesen essenziell. Alors spielt es eine Rolle bei der Steuerung von der enzymes Phosphorylierung und wird von zur Bakterien Stickstofffixierung genutzt.

Bekannteste Verbindung des Vanadiums ist Vanadium(Dans)-oxyde, attacher Catalyst für die Produktion von Schwefelsäure eingesetzt wird.

Pour la première fois plus tard, le vanadium 1801 vom spanischen Mineralogen Andrés Manuel del Río in einem mexikanischen Bleierz, dem Vanadinit de späteren, découvert. Nannte das neue Element zunächst routes der Vielfarbigkeit der Verbindungen Panchromium, später Erythronium, que les sels de couleur rouge sur l'acidification. La découverte del Rio, mais s'est rétracté peu de temps après, comme zunächst Alexander von Humboldt und später de Französische Chemiker HV. Collett Desotils auf Grund der Ähnlichkeit zu Chromverbindungen behaupteten, avec l'élément de nouveau être contaminé par le chrome.

La redécouverte de l'élément géré 1830 dem schwedischen Chemiker Nils Gabriel Sefstrom. Untersuchte Eisen aus der schwedischen Eisenerzgrube TABERG, indem il Salzsäure dissout. Il a découvert, entre autres substances connues pour un élément inconnu, que, dans certaines propriétés de la teneur en chrome, dans d'autres dem URAN ähnelte, mais après une enquête plus approfondie, aucun de ces éléments. Das neue Element benannte nuits Vanadis, Beinamen einem de nordischen Gottheit Freyja. Kurze Zeit später erbrachte Friedrich Wöhler, qui avaient été engagés dans la tâche de Berzelius, l'identité de vanadium avec Erythronium.

Métallique du vanadium a été le premier 1867 Henry Enfield Roscoe par réduction du vanadium(II)-avec du chlorure d'hydrogène produit. 99,7 % pur vanadium pourrait 1925John Wesley Marden et Malcolm Rich pour la première fois par la réduction du vanadium(Dans)-l'oxyde de calcium avec la victoire.

Le vanadium a été le premier 1903 utilisé, qu'en Angleterre, le premier acier contenant du vanadium a été produit. L'utilisation accrue de l'élément dans l'industrie sidérurgique a commencé 1905, a commencé comme Henry Ford vanadium aciers pour la construction de voitures.

Apparition

Le vanadium est un élément commun sur Terre, sa part de la croûte continentale est d'environ 120 ppm. Un élément de fréquence similaire zirconium ont, Et le chlorure de chrome. L'élément n'est pas digne, mais seulement liée à divers minéraux ya. Malgré la fréquence de vanadium sont des dépôts avec des concentrations élevées de l'élément rarement, minéraux de vanadium de nombreux ne sont pas fréquentes. Par rapport à la croûte de la Terre est beaucoup plus faible teneur en eau de mer, il s'agit d' 1,3 g / l.

Parmi les principaux minéraux de vanadium comprennent principalement vanadates que Vanadinite [Pb5(VO4)3Cl], Descloizite Pb(Zn, Avec) [OH|VO4] et carnotite [K2(UO2)2(VO4)2·3H2La], et le vanadium sulfure patronite VS4. La plupart du vanadium se trouve en quantités infimes dans d'autres minéraux, en particulier des minerais de fer comme la magnétite. La teneur en vanadium de titane-magnétite minerais est généralement comprise entre 0,3 et 0,8 %, mais peut dans certains minerais d'Afrique du Sud à 1,7 % atteindre.

Animaux et les plantes contiennent du vanadium, ainsi l'homme contient environ 0,3 mg / kg de l'élément. Il est généralement situé dans les noyaux cellulaires ou les mitochondries. Certains êtres vivants, en particulier certains Seescheidenarten et champignon, sont capables de, L'enrichissement du vanadium. Dans les ascidies, la teneur en vanadium à 107 fois plus importante que dans l'eau de mer environnante. Sur la base de la teneur en vanadium des organismes vivants sont aussi du charbon et du pétrole, résultant de ces, vanadiumhaltig. La teneur maximale de 0,1 %. Niveaux particulièrement élevés de vanadium sont présents dans l'huile en provenance du Venezuela et du Canada.

Förderung une Vanadiumerz

Dans 2006 totale 55.700 Tonnes promus Vanadiumerz (gerechnet que Vanadiummetall). Les principaux pays producteurs sont l'Afrique du Sud, La Chine et la Russie. Le vanadium est pas une ressource rare, Il ya des réserves totales de 63 Connu millions de tonnes.

Extraction et représentation

La représentation des produits de vanadium en plusieurs étapes. Doit d'abord être composé de différents vanadium de matières premières(Dans)-On obtient l'oxyde. Cela peut ensuite être réduit en métal élémentaire et nettoyer si nécessaire.

Précurseurs possibles, à partir de laquelle le vanadium peut être obtenu, Carnot oder wie sind Vanadiumerze employeurs, contenant du vanadium titane minerais de magnétite et du pétrole. Minerais de vanadium étaient importantes dans les temps anciens pour la production, ne jouent aucun rôle important, et plus particulièrement des minerais de titane-magnétite ont été remplacés.

Minerais de vanadium est réduit en fer dans le procédé en haut fourneau, le vanadium reste d'abord dans la fonte. Pour éditer la fonte de l'acier, tandis que l'oxygène est soufflé desFrischens. Ici, le vanadium va dans le laitier. Il contient jusqu'à 25 % Vanadium(Dans)-oxyde et est la principale source d'extraction du métal. Pour le vanadium pur(Dans)-pour obtenir l'oxyde, Le laitier est finement moulu torréfié par oxydation à l'aide de sels de sodium tels que le chlorure de sodium ou le carbonate de sodium. Il s'agit des formes hydrosolubles de métavanadate de sodium, le reste de la scorie est séparé par lixiviation. Par addition d'acide et les sels d'ammonium obtenus à partir de la solution de précipité unlöslicheAmmoniumpolyvanadat. Cela peut être dû au vanadium torréfaction(Dans)-oxyde est convertie. Il existe d'autres vanadium des minerais d'une manière identique, l'oxyde peut être obtenu. Pétrole le vanadium peut être extraite par la formation d'une émulsion avec l'addition d'eau et de nitrate de magnésium. La poursuite des travaux se fait comme pour l'extraction de minerai de fer.

L'extraction réelle de vanadium par réduction du vanadium(Dans)-oxyde avec d'autres métaux. Les agents réducteurs appropriés sont en aluminium, Calcium, Est-ferro-silicium ou de carbone utilisations; Cependant, avec ce dernier formé pendant les carbures de réaction, qui peut être séparé du métal lourd.

\mathrm{V_2O_5 + 5\ Ca \longrightarrow 2\ V + 5\ CaO}Réduction de calcium

Afin d'obtenir le vanadium pur, calcium coûteux ou aluminium est utilisé comme agent réducteur,, à atteindre en raison de l'ferrosilicium haute pureté n'est pas moins cher. Bien que le calcium est extrait directement avec le vanadium pur, est formée avec un premier aluminium un alliage de vanadium-aluminium, est obtenue à partir du vanadium pur par sublimation sous vide,.

Une grande partie du vanadium n'est pas en métal pur, mais sous la forme de l'alliage de fer et de vanadium Ferrovanadium, au moins 50 % Contient vanadium, utilisé. Pour faire ce, il n'est pas nécessaire, à gagner avant le vanadium pur. Au lieu de cela, le vanadium- fer réduit et le laitier avec le ferro-silicium et le ferro-vanadium de la chaux pour. Cet alliage est suffisante pour des applications plus techniques.

Vanadium pur peut être soit par voie électrochimique ou représentés par le procédé van Arkel-de Boer. Pour le vanadium pur est fondu avec l'iode dans une ampoule de verre sous vide. Le vanadium est formé en chauffant la fiole(III)-l'iodure est décomposé sur un filament de tungstène chaud au vanadium de haute pureté et de l'iode.

\mathrm{2\ V + 3\ I_2 \rightleftharpoons 2\ VI_3}Réaction dans le Van Arkel-de Boer méthode

Propriétés

Propriétés physiques

Kristallstruktur von Vanadium, a = 302,4 h

Vanadium est un non-magnétique, difficile, bleu d'acier malléable et métaux lourds claire ayant une densité de 6,11 g / cm3. Vanadium pur est relativement mou, mais est plus dur par d'autres éléments adjuvants et présente alors une résistance mécanique élevée. Dans la plupart des propriétés, il ressemble à ses voisins dans le tableau périodique, Titan. Le point de vanadium pur de fusion est 1910 ° C, cela est augmenté de manière significative par des impuretés telles que le carbone. Au niveau des 10 % Carbon qu'il est sur le 2700 ° C. Tels que le chrome ou le vanadium de niobium cristallise dans un espace cubique centrée groupe Kristallstrukturmit Im\bar{3}m et les paramètres de maille a = 302,4 h et deux unités de formule par maille.

Dessous d'une température critique 5,13 K est le vanadium supraconducteur. Tout comme les alliages de vanadium purs sont également de vanadium avec gallium, Le niobium et le zirconium supraconducteur. A des températures au-dessous de 5,13 K montre vanadium, ainsi que des métaux du groupe du vanadium, du niobium et de tantale, en petits bouquets à 200 Atomes n'ont pas été déclarés, polarisation électrique spontanée, comme ils l'auraient fait autrement que des matériaux non métalliques.

Propriétés chimiques

Vanadium est un métal de base et capable de, de réagir avec beaucoup de non-métaux. Dans l'air, il reste pour le lustre métallique semaines. Lorsque l'on regarde de longues périodes est clairement visible la rouille verte perçue. Vanadium devrait rester préservé, il doit être conservé sous argon. Dans la chaleur, il est attaqué par l'oxygène et le vanadium(Dans)-oxyde oxyde. Alors que le carbone et l'azote réagissent avec vanadium uniquement chauffée à blanc, est la réaction avec du fluor et du chlore dans l'endroit froid.

Par rapport aux acides et aux bases de vanadium est généralement stable à température ambiante en raison d'une mince, passivation de la couche d'oxyde, il n'est attaqué que par l'acide fluorhydrique, acides fortement oxydants tels que l'acide nitrique chaud, acide sulfurique concentré et l'eau régale.

Jusqu'à une température d' 500 ° C est capable de vanadium, Pour absorber l'hydrogène. Ici, le métal est fragile et poudres peuvent être facilement. Élimination peut être un atome d'hydrogène dans le 700 ° C sous vide.

Isotope

Un total de vanadium 25 Isotopes et plus 6 Kernisomere connue. Parmi ceux-ci, deux sont d'origine naturelle. Ce sont les isotopes 50V avec une fréquence naturelle de 0,25 % et 51V à la fréquence 99,75 %. 50V est faiblement radioactifs, il se désintègre avec une Halbwertszeitvon 1,5 · 1017 Années 83 % sous électrons à 50Vous, à 17 % de β--Decay 50Cr. Beide Kerne können für Untersuchungen mit der NMR-Spektroskopie genutzt werden.

Les isotopes stables sont artificielles 48V avec une demi-vie de 16 Les jours et les 49V avec une demi-vie de 330 Rencontrer. Ceux-ci trouvent leur utilisation comme traceurs. Tous les autres isotopes et Kernisomere sont très instables et se décomposent en minutes ou en secondes.

Utiliser

Vanadium pur est utilisé seulement à un faible pourcentage en raison de sa section efficace de capture de neutrons à faible comme matériau de gainage pour combustible nucléaire,.[23] Cependant, il est également alliages de vanadium stables sont utilisés. Sur 90 % la production dans une variété d'alliages, la plupart des métaux, de fer, Titan, Nickel, Chrome, Aluminium ou de manganèse utilisé. Seule une petite partie dans les composés, als nous vanadium(Dans)-oxyde utilisé.

Avec 85 % de vanadium produit est utilisé dans la grande majorité de l'industrie sidérurgique. Comme aucun des puretés élevées sont nécessaires, ferrovanadium est utilisé comme matière première. Vanadium augmente même en petites quantités dans les aciers dieFestigkeit et la ténacité, la résistance à l'usure et ainsi de manière significative. Ceci est causé par la formation de vanadium dur. Selon l'application, les différentes quantités de vanadium ajouté. Alors aciers undWerkzeugstähle ne contiennent que de petites quantités (0,2 à 0,5 %) Vanadium, Acier rapide jusqu'à 5 %. Aciers au vanadium sont principalement utilisés pour les outils et les sources sollicitées mécaniquement. Aciers, qui en plus du fer et du vanadium et le cobalt, sont magnétiquement.

Les alliages de titane, le vanadium et l'aluminium contiennent généralement, sont particulièrement stable et résistant à la chaleur et sont utilisés pour des pièces de structure d'aéronefs et des aubes de turbine des moteurs d'avions.

Le vanadium est utilisé dans un type de dite cellule à flux redox comme électrolyte principale, un exemple d'une telle application est la batterie redox au vanadium.

Preuve

Un essai en laboratoire fournit le sel de bourrelet de phosphore, caractéristique apparaît en vert lorsque le vanadium au feu de réduction. La flamme oxydante est jaune pâle et donc non spécifique.

Un test qualitatif pour le vanadium basée sur la formation des Peroxovanadiumionen. A cet effet, une solution acide, le vanadium au degré d'oxydation +5 contient, en mélange avec un peu de peroxyde d'hydrogène. Il est le rouge-brun [Dans(La2)]3+-cation. Celui-ci réagit avec de plus grandes quantités de peroxyde d'hydrogène à jaune pâle Peroxovanadiumsäure H3[VO2(La2)2].

Le vanadium peut être dosé par titration. A cet effet, une solution d'acide sulfurique contenant du vanadium est oxydée avec du permanganate de potassium au vanadium pentavalent avec un fer à repasser, et ensuite(II)-une solution de sulfate et titré en retour diphénylamine alsIndikator. Également une réduction du vanadium pentavalent en fer présente(II)-sulfate à l'état d'oxydation tétravalent et ultérieur titrage potentiométrique avec une solution de permanganate de potassium est possible.

Dans le laboratoire moderne peut être détecté par plusieurs méthodes vanadium. Ce sont, par exemple, la spectrométrie d'absorption atomique avec 318,5 nm et spectrophotométrie avec la N-benzoyl-N-phénylhydroxylamine en tant que réactif de coloration à 546 nm.

Signification biologique

Les composés de vanadium avoir différentes significations biologiques. Caractéristique de vanadium est, que à la fois anioniques vanadate, ainsi que cationiquement VO2+, VO2+ ou V3+ se produit. Vanadates avoir une grande zuPhosphaten de similarité et donc avoir des effets similaires. Depuis vanadate se lie plus fortement aux enzymes adaptées sous forme de phosphate, Il est capable de, Pour bloquer la phosphorylation d'enzymes et de contrôle. Cela concerne par exemple le sodium, le potassium ATPase, le transport de sodium et de potassium dans des cellules de contrôle. Ce blocage peut avec desferrioxamine B, qui forme un complexe stable avec du vanadate, être éliminés rapidement. En outre, le vanadium affecte dieGlucoseaufnahme. Il est capable de, dans le foie pour stimuler la glycolyse et inhiber le processus concurrentiel de la néoglucogenèse. Cela conduit à une réduction du taux de glucose dans le sang. Par conséquent, il est étudié, si les composés du vanadium pour le traitement du diabète sucré de type 2 appropriée sont. Cependant, il n'y a pas de résultats clairs ont été trouvés. addition de vanadium favorise l'oxydation des phospholipides et supprime la synthèse du cholestérol par inhibition de squalène, un système enzymatique microsomal du foie. Par conséquent, a provoqué une pénurie augmenté les concentrations de cholestérol et de triglycérides dans le plasma sanguin.

Vanadium dans les plantes joue un rôle dans la photosynthèse. Il est capable de, pour catalyser la réaction pour former l'acide 5-aminolévulinique sans enzyme. Ceci est un précurseur important pour la formation de la chlorophylle.

Dans certains organismes sont présents contenant du vanadium enzymes, de sorte que certaines espèces bactériennes de fixation de l'azote nitrogénase contenant du vanadium. Il s'agit, par exemple, les espèces du genre Azotobacter et la cyanobactérie Anabaenavariabilis. Cependant, ces nitrogénases ne sont pas aussi puissante que la nitrogénase de molybdène plus commun et donc ne sont activés que lorsque la carence en molybdène. Plus de vanadium contenant des enzymes se trouvent dans les algues et les lichens bruns. Celles-ci ont haloperoxydases de vanadium, avec lequel ils chloro-, Brom- construire ou d'iode composés organiques.

La fonction de l'en grandes quantités dans les ascidies présenter comme metalloproteins Vanabine vanadium n'est pas encore connue. A l'origine il a été supposé, que le vanadium est similaire à l'hémoglobine de transporter de l'oxygène; Cependant, cela s'est avéré être faux.

Dangers

Comme la poussière de métal autre est aussi le vanadium poussières inflammables. Vanadium et ses composés inorganiques ont été révélées cancérogènes dans les expérimentations animales. Ils sont donc dans la catégorie cancérogénicité 2 déposée. Poussière vanadium est inhalé par les travailleurs dans derMetallverhüttung environ pendant une longue période, il peut venir à la dite Vanadismus. Cela peut être reconnu maladie professionnelle irritation des muqueuses, décoloration noir vert de la langue, et chronique des bronches, Poumons- et les maladies intestinales exprimer.

Liens

Composés de vanadium peut être présent dans différents états d'oxydation dans. Souvent, les étapes +5, +4, +3 et +2, rares sinetspan> 1, 0, -1 et -3 . +1, 0, -1 Et -3. Les états d'oxydation les plus importants et les plus stables sont +5 et +4.

Solution aqueuse

En solution aqueuse, le vanadium peut être facilement converti en divers états d'oxydation. Depuis ions vanadium ont différentes couleurs caractéristiques, Il est ici pour changer de couleur.

En solution acide vanadium pentavalent forme incolore VO2+-Ion, le premier dans la réduction de bleu tétravalent VO2+-Les ions sont. L'étape trivalent avec V3+-Ion est vert, le plus profond, dans le niveau solution aqueuse réalisables, l'divalent V2+-Ion est gris violet.

Composés oxygénés

Le composé de vanadium-oxygène le plus important et le plus stable est le vanadium(Dans)-L'oxyde de V2La5. Ce composé d'orange est utilisé en grandes quantités de catalyseur pour la production d'acide sulfurique. Elle agit comme un transporteur d'oxygène et au cours de la réaction à une autre l'oxyde de vanadium, le vanadium(IV)-oxyde VO2 réduit. D'autres oxydes de vanadium de vanadium sont connus(III)-L'oxyde de V2La3 et le vanadium,(II)-oxyde VO.

En solution alcaline, formant le vanadium(Dans)-oxyde vanadate, Sels avec l'anion VO43-. Contrairement aux phosphates analogues, cependant, l'ion vanadate est la forme la plus stable; Hydrogène- Dihydrogenvanadate et de vanadium ainsi que l'acide libre est instable et est connue seulement dans des solutions aqueuses diluées. Des solutions de vanadate acidifiés sont à la base, former au lieu de les Polyvanadates Hydrogenvanadate, agglomérat dans lequel un maximum de dix vanadate. Vanadates se trouvent dans divers minéraux, Les exemples sont Vanadinite, Descloizite et carnotite.

composés halogènes

Avec le fluor des halogènes, Le chlore, Le brome et l'iode forme une pluralité de composés de vanadium. Dans l'état d'oxydation +5 est une seule connexion, vanadium(Dans)-fluorure connue. Dans les états d'oxydation +4, +3 et +2 Il ya des liaisons avec toutes les halogènes, seulement avec des composés d'iode sont seulement dans les stades +2 et +3 connu. Parmi ceux-ci, seuls les halogénures sont des chlorures de vanadium(IV)-Le vanadium et le chlorure de(III)-chlorure techniquement pertinent. Ils servent en tant que catalyseur pour la production de caoutchouc d'éthylène-propylène-diène.

Vanadiumoxidchloride

Le vanadium est également des sels mixtes avec de l'oxygène et de chlore, appelé Vanadiumoxidchloride. Vanadium(III)-oxidchlorid, VOCl, est d'un jaune-brun, soluble dans l'eau en poudre. Le vanadium utilisé dans la photographie et comme mordant textile(IV)-oxidchlorid, VOCl2 consiste en vert, panneaux à cristaux hygroscopiques, qui se dissolvent dans l'eau avec la couleur bleue. Vanadium(Dans)-oxidchlorid, VOCl3 Enfin, un liquide jaune, qui est facilement hydrolysé par de l'eau. VOCl3 sert de composant de catalyseur dans la Niederdruckethenpolymerisation.

Autres composés de vanadium

Dans les composés organiques de vanadium vanadium atteint son état d'oxydation le plus bas 0, -I-III und. Ici sont principalement les métallocènes, la dite vanadocène, important. Ceux-ci sont utilisés en tant que catalyseur pour la polymérisation d'alcynes.

Le vanadium VC carbure ou en une forme de poudre, y compris la projection au plasma. Soudage à l'arc au plasma d'occasion. En outre, le vanadium carbures est ajouté, Afin de réduire la croissance des grains. Emerge avec les soi-disant cermets, qui sont particulièrement difficiles et résistant à l'usure.

Général
Nom, Symbole,Numéro atomique Vanadium, Dans, 23
Série Les métaux de transition
Groupe, Période, Bloquer 5, 4, d
Apparence acier gris métallisé, bleuâtre miroitement
CAS-Nummer 7440-62-2
Fraction massique de derErdhülle 0,041 %
Atomique
De masse atomique 50,9415 vous
Atomradius (calculé) 135 (171) h
Rayon Kovalenter 153 h
Configuration électronique [Il] 3d3 4s2
1. Ionisation 650,9 kJ / mol
2. Ionisation 1414 kJ / mol
3. Ionisation 2830 kJ / mol
4. Ionisation 4507 kJ / mol
5. Ionisation 6298,7 kJ / mol
Physiquement
État physique fixé
Crystal structure cubique centrée
Densité 6,11 g / cm3 (20 ° C)
Mohs 7,0
Magnétisme paramagnetisch (\chi_{m} = 3,8 · 10-4)
Point de fusion 2183 K (1910 ° C)
Point d'ébullition 3680 K (3407 ° C)
Volume molaire 8,32 · 10-6 m3/mol
Chaleur de vaporisation 453 kJ / mol
Schmelzwärme 21,5[5] kJ / mol
Vitesse du son 4560 m / s à 293,15 K
Capacité thermique spécifique 489 J /(kg · K)
La conductivité électrique 5 · 106 Un /(Dans · m)
La conductivité thermique 31 W /(m · K)
Chimique
États d'oxydation +5, +4 ,+3 ,+2
Électronégativité 1,63 (Pauling-rock)
Isotope
Isotope NH t1/2 POUR ZE (MeV) ZP
48Dans {un fils.} 15,9735 d e 4,012 48Vous
49Dans {un fils.} 330 d e 0,602 49Vous
50Dans 0,25 % 1,5 · 1017 un e 2,208 50Vous
b- 1,037 50Cr
51Dans 99,75 % Stable
Sécurité
Identification des dangers du SGH
Pas de pictogrammes du SGH

H- et P-SätzeH: pas de H-ensemblesEUH: EUH pas fixeP: pas de p-ensembles Identification des matières dangereusesPoudre

Leichtentzündlich Reizend
Légèrement-
inflammable
Charmant
(F) (Xi)

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

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