Vanadijev oksid: formule, lastnosti

Do sredine 20. stoletja se je v kemični znanosti pojavil izraz »kovine strateškega pomena«. To je pomenilo skupino elementov, katerih fizikalno-kemijske lastnosti so omogočile njihovo uporabo pri proizvodnji vojaško-industrijskega kompleksa. To so kovine, kot so krom, tantal, niobij, molibden in volfram. Vanadium, katerega lastnosti, ki jih obravnavamo v tem članku, prav tako zavzema eno od osrednjih mest med kovinami, ki se uporabljajo v sodobnem inženirstvu, železni metalurgiji, instrumentalni in kemični proizvodnji. Kovina tvori štiri okside s kisikom, ki kažejo valenco 2, 3, 4 in 5. Najbolj zanimiva je spojina z najvišjo stopnjo oksidacije kovine - V₂

Seznanimo se z vanadijem

V kemični znanosti obstaja že uveljavljeno pravilo, ki navaja, da se mora značilnost kemičnega elementa začeti s svojim položajem v periodičnem sistemu D.I. Univerza Mendeleev. Kemijska formula vanadija kot preprosta snov je V, zaporedna številka je 23, atomska masa pa je 50,9414. Nahaja se v četrtem obdobju, peta skupina in skupaj s niobijem in tantalom je tipičen predstavnik neodzivnih kovin. Vzorci čista snov Plastika in imajo srebrno sivo barvo. Vanadijev atom je d-element, na zadnji energijski ravni ima dva s-elektrona, toda tisti negativni delci, ki se nahajajo na d-podlogi iste četrte stopnje, so tudi valentni.

Kje se kovina srečuje in kakšne so njegove fizikalne lastnosti

Elementa v svoji čisti obliki ni mogoče najti v naravi. Vendar je prisotna kot obvezna komponenta v polimetalnih in železovih rudah. Pred tem smo govorili o plastičnosti in duktilnosti preproste snovi, zdaj pa dodamo, da so pomembne fizikalne lastnosti vanadija visoke temperature v vročini in tališča, enake 3400 ° C in 1920 ° C. Tako kot titan močno poslabša fizikalno-kemijske parametre, če so onesnaženi z nečistočami, kot so dušik, vodik ali kisik. Zlasti se zmanjša njegova plastičnost in mehanska moč, vanadij pa postane krhka.

Posebne kemijske lastnosti

Kovina je sposobna pasivacije, t.j. ima edinstveno sposobnost, da prenese delovanje agresivnih kemičnih medijev: raztopine kislin, alkalij in soli, ki na svoji površini tvori zaščitno folijo - vanadijev oksid. Kristalna mreža elementa ima kubično strukturo. Upoštevamo tudi, da je protikorozijska obstojnost jekel, ki vsebujejo element, zelo visoka, kar omogoča, da jih uporabljamo kot nosilne pritrditve za mostove in naprave za vrtanje nafte na morju. Nemogoče je predstavljati sodobno instrumentalno produkcijo brez jekel, ki vsebujejo vanadij. Skupaj z niobijem, kromom in titanom se element uporablja za legiranje posebnih zlitin, ki se uporabljajo v raketni tehniki in vesoljski industriji. Vendar pa koncentrirani nitrat in sulfatne kisline, raztopina vodikovega fluorida v vodi in mešanica kloridnih in nitratnih kislin, imenovane kraljevska vodka, zlahka interakcijo s kovino. Element vanadija kot preproste snovi lahko reagira s klorom, bromom, žveplom in nastanejo ustrezne soli. S kisikom daje več oksidov, ki se močno razlikujejo po kemijskih lastnostih. Razmislimo jih še naprej.

Osnovni in amfoterni oksidi

Kovina tvori dva oksida - VO in V₂O₃, ki kažejo tipične osnovne lastnosti. V laboratoriju se monoksid proizvaja z redukcijsko reakcijo V₂O₅ fini praški vanadija. Osnovni oksidi reagirajo s kislinskimi raztopinami, da tvorijo ustrezne soli. In že od njih je mogoče dobiti hidrokside, ki izvajajo reakcijo izmenjave z alkalijami. Vanadijev oksid (III) najdemo kot sestavni del mineralov iz Karelianita, vendar ga dobimo v laboratorijskih pogojih s segrevanjem V₂O₅ z žveplom, premogom ali vodikom. Oba osnovna oksida imata močno izrazite redukcijske lastnosti. VO oksid₂ - to je tipična amfoterična spojina, ki reagira z obema kislinama in alkalijami. V raztopini, katere pH je manj kot 7, je pozitivno napolnjen vanadilni ion VO²⁺, pri čemer dobimo raztopino svetlo modro barvo in v alkalnem mediju nastanejo soli polvanadinske kisline. Vanadijev oksid (IV) privlači vodo, t.j. je higroskopska snov, se obnaša kot reducirno sredstvo v reakcijah.

Vanadijev hemipenoksid

Spojina s formulo V₂O_5, - najpomembnejši kovinski oksid. Ta oranžna, oranžna, kristalna snov reagira z alkalijami, da tvori vanadate - soli metavanadinske kisline HVO₃. Široko se uporablja kot katalizator pri reakciji oksidacije žveplovega dioksida z žveplovim anhidridom v industrijski proizvodnji sulfatne kisline. Vanadijev pentoksid ima rombično kristalno mrežo in znake amfoternosti z prevlado lastnosti kislega oksida. V reakcijah se obnaša kot močan oksidant. Sestavina se uporablja v tehnologijah izdelave stekla, zdravil in organske sinteze.

Metode za ekstrakcijo vanadija iz njegovih spojin

Pred tem smo omenili, da je kovina sestavina železove rude. Pri proizvodnji plavžnih elementov element skupaj z nečistočami ogljika in fosforja prehaja v litino železa. Kdaj taljenje jekla se vanadijev oksid 5 deponira v sestavku žlindre, kjer lahko njegova vsebnost doseže 16%. Z dodajanjem soli in pečenjem mešanice v pečeh dobimo produkt, ki ga nato raztopimo v vodi. Nastali vodni koncentrat obdelamo s sulfatno kislino in V₂O₅. Za izolacijo čistega vanadija iz oksida lahko uporabimo metodo kalciktermija - zmanjšanje kovin s pomočjo kovinskega kalcija. Za zmanjšanje tehnoloških stroškov pri reakciji z vanadijevim pentoksidom se namesto kalcija pogosto uporablja aluminij. Kovina lahko dobimo tudi z zmanjšanjem oksida trivalentnega vanadija s premogom.

Biološka vloga

Vanadij je prisoten v živih organizmih kot mikroelement, ki je del medcelične tekočine morskih iglokožcev. V holoturijih in morskih ježkih je povezana z beljakovinami, ki opravljajo funkcijo prevoza do kisikovih celic in odstranjevanja ogljikovega dioksida. Mala vsebina elementa v organizmih toplokrvnih živali in ljudi, kjer se nahaja v encimih trebušne slinavke, nevrole in nefrona. V rastlinah mikroelement sodeluje kot encim temne faze fotosinteze in vpliva na raven klorofilnega pigmenta, prisotnega v kloroplastih. Prav tako se nahaja v bakterijah nodul, ki so dušikove pritrdilke, v tkivih višjih gliv. V sestavi černozema, skupaj s spojinami bor, bakra, cinka in mangana, vanadijev oksid vpliva na plodnost tal.

V tem članku smo preučevali osnovne lastnosti vanadija in njegovih oksidov ter preučevali tudi uporabo njegovih spojin v industriji.