Vanadio -Geschichte, Eigenschaften, Struktur, verwendet

Er Vanadium Es ist das dritte Übergangsmetall der Periodenzüchter, dargestellt durch das chemische Symbol V. Es ist nicht so beliebt wie andere Metalle, aber diejenigen, die Stähle und Titanianer verstehen, werden es als Additiv für ihre Verstärkung in Legierungen oder Werkzeugen erwähnt haben. Physisch ist es ein Synonym für Härte und chemisch gefärbt.

Einige Chemikalien wagen es, es als Chamäleon -Metall zu qualifizieren, das in ihren Verbindungen eine breite Palette von Farben annehmen kann. elektronisches Eigentum, das der von Mangan- und Chrommetallen ähnelt. In seiner Heimat und in reinem Zustand sieht er aus wie andere Metalle: Silber, aber mit bläulichen Tönen. Einmal oxidiert, schauen Sie nach unten.

Metallische Vanadiumstücke mit dünnen schillernden Schichten gelber Oxid. Quelle: Jurii [CC von 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/bis/3.0)]]

In diesem Bild wird die Irizizei des Oxids kaum unterschieden, was von den Auktionen oder der Oberfläche der Metallkristalle abhängt. Diese Oxidschicht schützt sie vor nachfolgenden Oxidationen und daher vor Korrosion.

Eine solche Korrosionsbeständigkeit sowie thermische Frakturen liefert es mit Legierungen, wenn die Atome von V zu ihnen hinzugefügt werden. All dies, ohne sein Gewicht zu stark zu erhöhen, da Vanadium kein Schwermetall, sondern Licht ist; Im Gegensatz zu dem, was viele denken mögen.

Sein Name stammt von der nordischen Göttin Vanadís aus Skandinavien; Es wurde jedoch in Mexiko als Teil des Vanadinita Mineral, PB, entdeckt₅[Vo₄]₃Cl, rötliche Kristalle. Das Problem war, dass Vanadium es von diesem Mineral und vielen anderen erhalten hatte₂ENTWEDER₅ (was mit Kalzium reduziert wird).

Andere Vanadiumquellen ruhen in Meereswesen oder im Ölrohn, der in Petroporphyrinen inhaftiert ist.

In Lösung sind die Farben, die ihre Verbindungen je nach Oxidationszustand haben können, gelb, blau, dunkelgrün oder violett. Vanadium sticht nicht nur für diese Zahlen oder Oxidationszustände (von -1 bis +5), sondern auch für seine Fähigkeit, sich auf unterschiedliche Weise mit biologischen Umgebungen zu koordinieren.

Die Chemie von Vanadium ist reichlich vorhanden, mysteriös und im Vergleich zu anderen Metallen gibt es immer noch viel Licht, das wegen ihres engen Verständnisses darauf abgelegt werden muss.

[TOC]

Geschichte

Entdeckung

Mexiko hat die Ehre, das Land zu sein, in dem dieses Element entdeckt wurde. Der Mineralogist Andrés Manuel Del Río, 1801, analysierte ein rötliches Mineral, den er sich als Brown Lead bezeichnete (Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃CL) extrahierte Metalloxide, deren Eigenschaften bis dahin nicht denen eines bekannten Elements entsprachen.

So taufte er dieses Element zum ersten Mal mit dem Namen "Pancromo" für die reiche Farbvielfalt seiner Verbindungen. Dann benannte er in 'Eryron' in das griechische Wort erythronium um, was rot bedeutet.

Vier Jahre später der französische Chemiker Hippolyte Victor Collet Donso. Und mehr als zwanzig Jahre vergingen, um etwas über dieses vergessene Element zu wissen, das wieder in mexikanischen Böden entdeckt wurde.

Entstehung des Namens

1830 entdeckte der Schweizer Chemiker Nils Gabriel Sefström ein weiteres neues Element in Eisenmineralien, das Vanadio nannte; Name, der von der nordischen Vanadís -Göttin abgeleitet ist, verglichen mit seiner Schönheit mit den leuchtenden Farben der Verbindungen dieses Metalls.

Es kann Ihnen dienen: Kaliumnitrit (KNO2): Struktur, Eigenschaften und Verwendung

Im selben Jahr sagte der deutsche Geologe George William Featherstonhaugh, dass Vanadium und Erythron tatsächlich das gleiche Element seien; Und obwohl er wollte, dass der Name des Flusses sich durchzusetzen, indem er ihn 'Rionio' ​​nannte, wurde sein Vorschlag nicht akzeptiert.

Isolation

Um Vanadium zu isolieren, war es notwendig. Es musste es zuerst in Arten verwandeln, die relativ leicht reduziert wurden; Dabei erhielt Berzelius 1831 Vanadium Nitruro, das mit dem einheimischen Metall verwirrte.

1867 gelang es dem englischen Chemiker Henry Enfield Roscoe, Vanadiumchlorid (II), VCL zu reduzieren₂, Ein metallisches Vanadium mit Wasserstoffgas. Das von ihm hergestellte Metall war jedoch unrein.

Schließlich wurde eine große Reinheitsprobe erhalten, indem das Prinzip der technologischen Geschichte von Vanadium markiert wurde, indem der V reduziert wurde₂ENTWEDER₅ Mit metallischem Kalzium. Eine der ersten herausragenden Verwendungen war, die Herstellung des Chassis des Ford Model T Car herzustellen.

Eigenschaften

Aussehen

In seiner reinen Form ist es ein graues Metall mit bläulichen, weichen und duktilen Nuancen. Wenn jedoch eine Oxidschicht bedeckt ist (insbesondere das Produkt eines Feuerzeugs), lädt sie auffällige Farben, als wäre es ein Glaschamäleon.

Molmasse

50.9415 g/mol

Schmelzpunkt

1910 ° C

Siedepunkt

3407 ° C

Dichte

-6,0 g/ml bei Raumtemperatur

-5,5 g/ml, am Schmelzpunkt, das heißt, es schmilzt kaum.

Fusionshitze

21,5 kJ/mol

Verdampfungswärme

444 kJ/mol

Molarenwärmekapazität

24,89 J/(mol · k)

Dampfdruck

1 PA A 2101 K (praktisch verabscheuungswürdig auch bei hohen Temperaturen).

Elektronegativität

1.63 auf der Paulingskala.

Ionisationsenergien

Erstens: 650.9 kJ/mol (v⁺ gasförmig)

Zweitens: 1414 kJ/mol (v²⁺ gasförmig)

Dritter: 2830 kJ/mol (v³⁺ gasförmig)

Mohs Härte

6.7

Zersetzung

Wenn erhitzt werden können giftige Dämpfe von V freisetzen₂ENTWEDER₅.

Farben der Lösungen

Von links nach rechts, Vanadiumlösungen in verschiedenen Oxidationszuständen: +5, +4, +3 und +2. Quelle: w. Oelen über Wikipedia.

Eine der wichtigsten und berüchtigten Vanadium -Eigenschaften sind die Farben seiner Verbindungen. Wenn einige von ihnen in sauren Medien gelöst werden, weisen die Lösungen (meist wässrig) Farben auf, die es ermöglichen.

Beispiel. Der links, gelb, entspricht V⁵⁺, speziell als Vocation₂⁺. Dann folgen sie dem Vocation²⁺, mit v⁴⁺, die Farbe blau; Das Kation v³⁺, dunkelgrün; und v²⁺, violett oder mauve.

Wenn eine Lösung aus einer Mischung von V -Verbindungen besteht⁴⁺ und v⁵⁺, Eine hellgrüne Farbe wird erhalten (Produkt von Gelb mit Blau).

Reaktivität

Die V -Schicht₂ENTWEDER₅ Über Vanadium schützt es vor der Reaktion mit starken Säuren wie Schwefel oder Hydrochlor, starke Basen und zusätzlich zu Korrosion, die durch größere Oxidationen verursacht werden.

Wenn es über 660 ° C erhitzt wird, ist das Vanadium vollständig oxidiert und trägt einen gelben Feststoff mit schillernder Helligkeit (je nach den Winkeln seiner Oberfläche). Dieses orangefarbene gelbe Oxid kann sich auflösen, wenn Salpetersäure zugesetzt wird, was zu Vanadium seine silberne Farbe zurückkehren würde.

Es kann Ihnen dienen: Kalziumzyklus: Eigenschaften, Stufen und Wichtigkeit

Isotope

Fast alle Vanadio -Atome im Universum (99,75% von ihnen) handelt ⁵¹V, während ein sehr kleiner Teil (0,25%) dem Isotop entspricht ^fünfzigV. Von hier aus ist es nicht verwunderlich, dass das Atomgewicht von Vanadium 50.9415 U beträgt (näher bei 51 als 50).

Die anderen Isotope sind radioaktiv und synthetisch mit halben Leben (t_1/2) Das reichen zwischen 330 Tagen (⁴⁹V), 16 Tage (⁴⁸V), ein paar Stunden oder 10 Sekunden.

Elektronische Struktur und Konfiguration

Vanadio, V -Atome sind in einer kubischen kristallinen Struktur angeordnet, die auf dem Körper (BCC) zentriert ist, Produkt ihrer metallischen Verbindung. Von den Strukturen ist dies weniger dicht und beteiligt sich nach der elektronischen Konfiguration am „Meer der Elektronen“ seinen fünf Elektronen von Valencia:

[Ar] 3d³ 4s²

Somit sind die drei Elektronen des 3D -Orbitals und die beiden des 4S -Orbitals miteinander verbunden, eine Bande, die durch die Überlappung der Valencia -Orbitale aller Atome V des Glas gebildet wird; Erklärung basierend auf der Bandtheorie.

Damit etwas kleiner ist, Atome V als Metalle zu ihrer Linken (Scandio und Titanium) in der Periodenzügigkeitstabelle, und angesichts ihrer elektronischen Eigenschaften ist seine Metallbindung stärker. Tatsache, die sich in ihrem größten Schmelzpunkt und damit mit seinen zusammenhängenden Atomen widerspiegelt.

Laut Computerstudien ist die BCC -Struktur von Vanadium auch unter großem Druck von 60 GPA stabil.  Den Druck übertraft sein Kristall, einen Übergang zur Rhomboedralphase, die bis zu 434 GPA stabil bleibt. Wenn die BCC -Struktur wieder auftaucht.

Oxidationszahlen

Die elektronische Vanadium -Konfiguration zeigt selbst an, dass sein Atom bis zu fünf Elektronen verlieren kann. Wenn dies der Fall ist, wird es isolektronisch zu edelnem Argongas, und die Existenz von Kation V wird angenommen⁵⁺.

Ebenso kann der Elektronenverlust allmählich sein (je nachdem, welche Arten miteinander verbunden sind), mit positiven Oxidationszahlen, die von +1 bis +5 variieren; Daher wird in seinen Verbindungen die Existenz der jeweiligen Kationen V angenommen⁺, V²⁺ Usw.

Vanadium kann auch Elektronen gewinnen und zu einem metallischen Anion werden. Seine negativen Oxidationszahlen sind: -1 (v^-) und -3 (v^3-). Die elektronische Konfiguration des V^3- Ist:

[Ar] 3d⁶ 4s²

Obwohl vier Elektronen fehlen, um die Füllung der 3D -Orbitale abzuschließen, ist das V stabiler^3- das v^7-, Was theoretisch Arten im extremen Elektropositiv benötigen würde (um ihm seine Elektronen zu geben).

Anwendungen

-Metall

Stahl- und Titanlegierungen

Vanadium liefert mechanische, thermische und Schwingungswiderstand, zusätzlich zu den Legierungen, zu. Beispiel.

Auf diese Weise sehr hart und gleichzeitig Licht, nützlich für Werkzeuge (Chargen und Nussschlüssel), Zahnräder, Autoteile oder Flugzeuge, Turbinen, Fahrräder, Düsenmotoren, Messer, Zahnimplantate usw.

Kann Ihnen dienen: Beryl Hydroxid (BE (OH) 2)

Auch seine Legierungen mit Galio (v₃G) sind Supraleiter und werden für die Herstellung von Magneten verwendet. Und außerdem sind Vanadiumlegierungen angesichts ihrer geringen Reaktivität für Rohre bestimmt, in denen korrosive chemische Reagenzien laufen.

Vanadio Redox -Batterien

Vanadium ist Teil von Redox -Batterien, VRB (für sein Akronym in Englisch: Vanadium Redox -Batterien). Diese können verwendet werden, um die Stromerzeugung aus Solar- und Windenergie sowie Batterien in Elektrofahrzeugen zu fördern.

-Verbindungen

Pigment

Das V₂ENTWEDER₅ Es wird verwendet, um Glas und Keramik Gold zu verleihen. Andererseits wurde ihre Anwesenheit in einigen Mineralien wie bei den Emeralds (und dankt auch anderen Metallen).

Katalysator

Das V₂ENTWEDER₅ Es ist auch ein Katalysator für die Synthese von Schwefelsäure und Anhydridsäure Maleico. Gemischt mit anderen Metalloxiden katalysiert andere organische Reaktionen wie die Oxidation von Propan und Propylen in Acrolin bzw. Acrylsäure.

Medizinisch

Die Medikamente, die aus Vanadio -Komplexen bestehen, wurden als möglich und potenzielle Kandidaten für die Behandlung von Diabetes und Krebs angesehen.

Biologisches Papier

Es erscheint ironisch, dass Vanadium seine farbenfrohen und giftigen Verbindungen, seine Ionen (vo⁺, Vo₂⁺ und vo₄^3-, meistens) in Spuren sind sie vorteilhaft und für Lebewesen unerlässlich; Besonders die von Meereslebensräumen.

Die Gründe konzentrieren sich auf ihre Oxidationszustände, wobei viele Liganden der biologischen Umgebungen in der Analogie zwischen Vanadat und Phosphatanion koordiniert (oder Wechselwirkung) sind (VO₄^3- und po₄^3-) und in anderen von bioinorganischen Chemikalien untersuchten Faktoren.

Vanadio -Atome können dann mit den Atomen von Enzymen oder Proteinen interagieren, entweder mit vier (Koordinationstetraheder), fünf (quadratische Pyramide oder anderen Geometrien) oder sechs. Wenn in diesem Fall eine günstige Reaktion für den Körper ausgelöst wird, wird gesagt, dass Vanadium die pharmakologische Aktivität ausübt.

Zum Beispiel gibt es Halloperoxidasen: Enzyme, die Vanadium als Cofaktor verwenden kann. Es gibt auch Vanabinas (in den Vanadozytenzellen der Tunikate), Phosphorylas, Stickrogenasen, Transferrine und Serum (Säugetier) Albumin, die in der Lage sind, mit diesem Metall zu interagieren.

Ein organisches oder komplexes Koordinationsmolekül namens Amavadin befindet sich in den Körpern bestimmter Pilze wie Amanita Muscaria (niedrigeres Bild).

Pilzpilz. Quelle: Pixabay.

Und schließlich kann in einigen Komplexen Vanadium in einer Hämogruppe enthalten sein, wie mit Eisen in Hämoglobin.

Verweise

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische Chemie. (Vierte Edition). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Vanadium. Abgerufen von: in.Wikipedia.Org
3. Ashok k. Verma & p. Mode. (S.F.). Phononinstabilität und Strukturphasenübergänge in Vanadium unter hohem Druck. Hochdruckphysikabteilung, Bhabha Atomic Research Center, Trombay, Mumbai-400085, Indien.
4. Helmestine, Anne Marie, ph.D. (3. Juli 2019). Vanadium -Fakten (V oder Atomzahl 23). Erholt von: thoughtco.com
5. Richard Mills. (24. Oktober 2017). Vanadium: Das Metall, auf das wir nicht verzichten können und nicht produzieren. Gletschermediengruppe. Erholt von: Bergbau.com
6. Nationales Zentrum für Biotechnologie Information. (2019). Vanadium. Pubchem -Datenbank. CID = 23990. Erholt von: Pubchem.NCBI.NLM.NIH.Regierung
7. Clark Jim. (2015). Vanadium. Erholt von: Chemguide.CO.Vereinigtes Königreich
8. Pierce Sarah. (2019). Was ist Vanadium? Verwendung, Fakten und Isotope. Lernen. Erholt von: Studium.com
9. Cran & Col. (2004). Die Chemie und Biochemistin von Vanadium und die biologischen Aktivitäten, die von Vanadiumverbindungen ausgeübt werden. Abteilung für Chemie, Colorado State University, Fort Collins, Colorado 80523-1872.