TANIM

Vanadyum Periyodik tablonun ikincil (B) alt grubunun V grubunun dördüncü periyodunda yer alır.

D-ailesinin elemanlarını ifade eder. Metal. Tanım - V. Seri numarası - 23. Bağıl atom kütlesi - 50,941 amu.

Vanadyum atomunun elektronik yapısı

Vanadyum atomu, içinde 23 proton ve 28 nötronun bulunduğu pozitif yüklü bir çekirdekten (+23) oluşur ve 23 elektron dört yörüngede hareket eder.

Şekil 1. Vanadyum atomunun şematik yapısı.

Elektronların yörüngeler arasındaki dağılımı aşağıdaki gibidir:

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 3 4S 2 .

Vanadyum atomunun dış enerji seviyesi değerlik elektronları olan 5 elektron içerir. Kalsiyumun oksidasyon durumu +5'tir. Temel durumun enerji diyagramı aşağıdaki formu alır:

Diyagrama dayanarak vanadyumun da +3 oksidasyon durumuna sahip olduğu söylenebilir.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

Vanadyum(Vanadyum), V, Mendeleev'in periyodik sisteminin V grubunun kimyasal elementi; atom numarası 23, atom kütlesi 50,942; metal gri-çelik rengi. Doğal vanadyum iki izotoptan oluşur: 51 V (%99,75) ve 50 V (%0,25); ikincisi zayıf derecede radyoaktiftir (yarılanma ömrü T ½ = 10 14 yıl). Vanadyum, 1801 yılında Meksikalı mineralog A. M. del Rio tarafından Meksika kahverengi kurşun cevherinde keşfedildi ve ısıtılmış tuzların güzel kırmızı rengi nedeniyle eritronyum (Yunanca eritrostan - kırmızı) olarak adlandırıldı. 1830'da İsveçli kimyager N. G. Sefström, Taberg'den (İsveç) demir cevherinde yeni bir element keşfetti ve buna Eski İskandinav güzellik tanrıçası Vanadis'in onuruna Vanadyum adını verdi. 1869'da İngiliz kimyager G. Roscoe, VCl2'yi hidrojenle indirgeyerek toz halinde metalik Vanadyum elde etti. Vanadyum, 20. yüzyılın başından beri endüstriyel ölçekte çıkarılmaktadır.

Vanadyumun yerkabuğundaki içeriği kütlece %1,5.10-2'dir; oldukça yaygın bir elementtir, ancak kayalar ve mineraller içinde dağılmıştır. Çok sayıda vanadyum mineralinden patronit, roskoelit, dekloysit, karnotit, vanadinit ve diğerleri endüstriyel öneme sahiptir. Vanadyumun önemli bir kaynağı titanomagnetit ve tortul (fosforlu) demir cevherlerinin yanı sıra oksitlenmiş bakır-kurşun-çinko cevherleridir. Vanadyum, uranyum hammaddelerinin, fosforitlerin, boksitlerin ve çeşitli organik yatakların (asfaltit, bitümlü şist) işlenmesi sırasında yan ürün olarak çıkarılır.

Vanadyumun fiziksel özellikleri. Vanadyum, periyodu a=3.0282Å olan, vücut merkezli kübik bir kafese sahiptir. Saf haliyle vanadyum dövülebilir ve basınçla kolayca işlenebilir. Yoğunluk 6,11 g/cm3; erime sıcaklığı 1900°С, kaynama sıcaklığı 3400°С; özgül ısı kapasitesi (20-100°C'de) 0,120 cal/g derece; doğrusal genleşmenin termal katsayısı (20-1000°C'de) 10,6·10 -6 derece -1; 20°C'de elektriksel direnç 24,8·10 -8 ohm·m (24,8·10 -6 ohm·cm); 4,5 K'nin altında Vanadyum süper iletken duruma geçer. Tavlamadan sonra yüksek saflıkta vanadyumun mekanik özellikleri: elastik modül 135,25 n/m2 (13520 kgf/mm2), gerilme mukavemeti 120 n/m2 (12 kgf/mm2), uzama %17, Brinell sertliği 700 mn /m2 (70 kgf/ mm2). Gaz safsızlıkları vanadyumun sünekliğini keskin bir şekilde azaltır ve sertliğini ve kırılganlığını arttırır.

Vanadyumun kimyasal özellikleri. Vanadyum normal sıcaklıklarda havadan, deniz suyundan ve alkali çözeltilerden etkilenmez; Hidroflorik asit hariç, oksitleyici olmayan asitlere karşı dayanıklıdır. Hidroklorik ve sülfürik asitlerdeki korozyon direnci açısından Vanadyum, titanyum ve paslanmaz çeliğe göre önemli ölçüde üstündür. Vanadyum 300°C'nin üzerindeki havada ısıtıldığında oksijeni emer ve kırılgan hale gelir. 600-700°C'de Vanadyum, düşük oksitlerin yanı sıra V205 oksiti oluşturmak üzere yoğun bir şekilde oksitlenir. Vanadyum bir nitrojen akışında 700°C'nin üzerine ısıtıldığında, su ve asitlerde stabil olan nitrür VN oluşur (kaynama noktası 2050°C). Vanadyum yüksek sıcaklıklarda karbonla reaksiyona girerek yüksek sertliğe sahip refrakter karbür VC'yi (en 2800°C) verir.

Vanadyum 2, 3, 4 ve 5 değerliklerine karşılık gelen bileşikler verir; Buna göre aşağıdaki oksitler bilinmektedir: VO ve V203 (doğası itibariyle bazik), VO2 (amfoterik) ve V205 (asidik). 2 ve 3 değerlikli vanadyumun bileşikleri kararsızdır ve güçlü indirgeyici maddelerdir. Daha yüksek değerliklere sahip bileşikler pratik öneme sahiptir. Vanadyumun çeşitli değerliklerde bileşikler oluşturma eğilimi analitik kimyada kullanılır ve ayrıca V 2 O 5'in katalitik özelliklerini de belirler. Vanadyum (V) oksit alkalilerde çözünerek vanadatlar oluşturur.

Vanadyum elde etmek. Vanadyumun çıkarılması için aşağıdakiler kullanılır: cevher veya cevher konsantresinin asit ve alkali çözeltileriyle doğrudan liçi; hammaddenin kavrulması (çoğunlukla NaCl katkı maddeleri ile) ve ardından kavurma ürününün su veya seyreltik asitlerle süzülmesi. Hidratlanmış Vanadyum (V) oksit, çözeltilerden hidroliz yoluyla (pH = 1-3'te) izole edilir. Vanadyum içeren demir cevherleri yüksek fırında eritildiğinde vanadyum dökme demire dönüştürülür ve çeliğe işlendiğinde% 10-16 V2O5 içeren cüruf elde edilir. Vanadyum cürufları sofra tuzu ile kavrulur. Yanmış malzeme önce suyla, sonra da seyreltik sülfürik asitle süzülür. V 2 O 5 çözeltilerden izole edilir. İkincisi, ferrovanadyumun (% 35-70 vanadyumlu demir alaşımları) eritilmesi ve metalik vanadyum ve bileşiklerinin elde edilmesi için kullanılır. Dövülebilir metal Vanadyum, saf V205 veya V203'ün kalsiyum-termal indirgenmesiyle elde edilir; V205'in alüminyum ile indirgenmesi; V203'ün vakumlu karbon-termal indirgenmesi; VCl3'ün magnezyum-termal indirgenmesi; vanadyum iyodürün termal ayrışması. Vanadyum, tüketilebilir elektrotlu vakumlu ark fırınlarında ve elektron ışınlı fırınlarda eritilir.

Vanadyum uygulaması. Vanadyumun ana tüketicisi demir metalurjisidir (üretilen tüm metallerin %95'ine kadar). Vanadyum, yüksek hız çeliğinin, onun ikamelerinin, düşük alaşımlı takım çeliklerinin ve bazı yapı çeliklerinin bir parçasıdır. %0,15-0,25 Vanadyumun eklenmesiyle çeliğin mukavemeti, tokluğu, yorulma direnci ve aşınma direnci keskin bir şekilde artar. Çeliğe katılan vanadyum hem oksitleyici hem de karbür oluşturucu bir elementtir. Dağınık kalıntılar halinde dağıtılan vanadyum karbürleri, çelik ısıtıldığında tane büyümesini önler. Vanadyum çeliğe ana alaşım olan ferrovanadyum formunda eklenir. Vanadyum aynı zamanda dökme demirin alaşımlanmasında da kullanılır. Vanadyumun tüketicisi titanyum alaşımı endüstrisidir; bazı titanyum alaşımları %13'e kadar vanadyum içerir. Vanadyum katkı maddeleri içeren niyobyum, krom ve tantal bazlı alaşımlar havacılık, roket ve diğer teknoloji alanlarında kullanım alanı bulmuştur. Havacılık, roket ve nükleer teknolojide kullanılmak üzere Ti, Nb, W, Zr ve Al ilavesiyle Vanadyum bazlı çeşitli ısıya dayanıklı ve korozyona dayanıklı alaşım bileşimleri geliştirilmektedir. Vanadyumun Ga, Si ve Ti ile süperiletken alaşımları ve bileşikleri ilgi çekicidir.

Saf metalik Vanadyum nükleer enerjide (yakıt elemanlarının kabukları, borular) ve elektronik cihazların üretiminde kullanılır. Vanadyum bileşikleri kimya endüstrisinde katalizör olarak, tarım ve tıpta, tekstil, boya ve vernik, kauçuk, seramik, cam, fotoğraf ve film endüstrilerinde kullanılmaktadır.

Vanadyum bileşikleri zehirlidir. Vanadiz bileşiklerini içeren tozun solunmasıyla zehirlenme mümkündür. Solunum yollarının tahriş olmasına, akciğer kanamalarına, baş dönmesine, kalbin, böbreklerin işleyişinde bozukluklara vb. neden olurlar.

Vücuttaki vanadyum. Vanadyum bitki ve hayvan organizmalarının değişmez bir bileşenidir. Vanadyumun kaynağı magmatik kayalar ve şeyllerin (yaklaşık %0,013 Vanadyum içerir) yanı sıra kum taşları ve kireçtaşlarıdır (yaklaşık %0,002 Vanadyum). Topraklarda Vanadyum yaklaşık %0,01'dir (esas olarak humusta); tatlı ve deniz sularında %1·10 -7 -2·10 -7. Kara ve su bitkilerinde vanadyum içeriği kara ve deniz hayvanlarına (%1,5·10-5 - 2·10 -4) göre çok daha yüksektir (%0,16-0,2). Vanadyum yoğunlaştırıcıları şunlardır: bryozoan Plumatella, yumuşakça Pleurobranchus plumula, deniz hıyarı Stichopus mobii, bazı ascidians, küflerden - siyah aspergillus, mantarlardan - mantardan (Amanita muscaria).

Vanadyumun tanımı ve özellikleri

Vanadyum ilk olarak Meksikalı A.M. tarafından keşfedildi. Del Rio, ısıtıldığında kırmızımsı bir renk veren kurşun içeren kahverengi cevherlerde bulunur.

Ancak element daha sonra İsveçli bir kimyager N.G. Sefstrom tarafından yerel bir yataktan demir cevheri incelerken keşfedildiğinde ve ona antik Yunan güzellik tanrıçasının taşıdığı Vanadis adıyla uyumlu Vanadium adını verdiğinde resmi olarak tanındı. .

Görünüşte metal, gümüş-gri rengiyle çeliği andırıyor. Ancak benzerliklerin bittiği yer burasıdır. Vanadyum yapısı: a=3.024A ve z=2 parametrelerine sahip kübik gövde merkezli kafes. Yoğunluk 6,11 g/cm3'tür.

1920 o C sıcaklıkta erir, 3400 o C'de kaynamaya başlar. Ancak açık havada 300 o C'nin üzerindeki bir sıcaklığa ısıtılması metalin plastik özelliklerini azaltır ve kırılgan hale getirirken sertliğini de arttırır. Metal atomunun yapısı bu davranışı anlamamıza yardımcı olur.

vanadyum elementi, atom numarası 23 ve atom kütlesi 50.942 olup, D sisteminin dördüncü periyodunun V grubuna aittir. Ve bu şu anlama geliyor vanadyum atomu 23 proton, 23 elektron ve 28 nötrondan oluşur.

Bunun bir grup V elementi olmasına rağmen, vanadyum değeri her zaman 5'e eşit değildir. Pozitif işaretli 2, 3, 4 ve 5 olabilir. Farklı değerlik değerleri, kararlı bir duruma geldikleri elektronik kabukları doldurmak için farklı seçeneklerle açıklanmaktadır.

Değerliliğin pozitif değerinin, bir kimyasal elementin atomu tarafından bağışlanan elektron sayısı ile belirlendiği, negatif değerin ise stabilitesini oluşturmak için dış enerji seviyesine bağlanan elektron sayısı tarafından belirlendiği bilinmektedir. Vanadyumun elektronik formülü- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 .

Oksidasyon durumu 2 değerlik pozitif tezahürden kaynaklanırken, 4. alt seviyeden kolayca iki elektron bağışlayabilir. Ancak bu elementin bir atomu, dış alt seviyeden önceki yörüngeden 3 elektron daha verme kapasitesine sahiptir ve maksimum +5 oksidasyon durumu sergiler.

Bu elementin 2 ila 5 değerlikteki oksitleri kimyasal görünümlerinde farklıdır. VO ve V203 oksitleri doğası gereği baziktir, VO2 amfoteriktir ve V205 asidiktir.

Saf metal, sünekliğiyle öne çıkar ve bu nedenle damgalama, presleme ve haddeleme yoluyla kolayca işlenebilir. Isıtıldığında süneklik kaybolduğundan kaynak ve kesme işleminin inert bir ortamda yapılması gerekir.

İşleme sırasında metal pratik olarak sertleşmeye maruz kalmaz ve ara tavlama olmadan soğuk sıkıştırıldığında ağır yüklere dayanabilir. Korozyona karşı dayanıklıdır ve deniz suyu dahil suyun yanı sıra bazı asitlerin, tuzların ve alkalilerin zayıf çözeltilerinin etkisi altında değişmez.

Vanadyum yatakları ve madenciliği

Vanadyum kimyasal element karasal kayalarda oldukça yaygındır, ancak saf halde bulunmaz, minerallerde dağınık halde bulunur. Kayalardaki birikimleri çok nadirdir. Bu nadir bir metaldir. %1 saf madde içeren cevher zengin olarak sınıflandırılır.

Endüstri, %0,1 oranında kıt element içeren cevherleri bile ihmal etmiyor. Kırktan fazla mineralde düşük konsantrasyonlarda bulunur. Endüstri için önemli olan, %29'a kadar V205 pentoksit içeren vanadyum mika adı verilen roskoelit, %20 V205 içeren karnotit (uranyum mika) ve %19 V205 içeren vanadinit içerir.

Metali içeren büyük cevher yatakları Amerika, Güney Afrika, Rusya, Finlandiya ve Avustralya'da bulunmaktadır. Peru dağlarında kükürt içeren patronit V 2 S 5 ile temsil edilen büyük bir yatak vardır. Ateşlendiğinde %30'a kadar V205 içeren bir konsantre oluşur.

Mineral Kırgızistan ve Kazakistan'da bulundu. Ünlü Kyzylorda sahası en büyüklerden biridir. Rusya'da esas olarak Krasnodar bölgesinde (Kerch yatağı) ve Urallarda (Gusevogorsk titanomagnetit yatağı) çıkarılmaktadır.

Metal çıkarma teknolojisi, saflığı ve kullanım alanı gereksinimlerine bağlıdır. Üretim teknolojisinde kullanılan ana yöntemler iyodür, kalsetermik, alümotermik, vakumda karbon-termal ve klorürdür.

İyodür yönteminin teknolojisi, iyodürün termal ayrışmasına dayanmaktadır. Kalsiyum veya alüminyum kullanılarak termal yöntemle V205'in indirgenmesiyle metal elde edilmesi yaygındır.

Bu durumda, aşağıdaki formüle göre bir reaksiyon meydana gelir: V 2 O 5 +5Ca = 2V+5CaC+1460 kJ, ortaya çıkan V'yi eritmek için yeterli olan ve katı formda süzülmesine ve toplanmasına izin veren ısının açığa çıkmasıyla birlikte. . Bu şekilde elde edilen metalin saflığı %99,5'e ulaşır.

V'nin ekstraksiyonuna yönelik modern bir yöntem, oksitlerin vakum koşulları altında 1250 o C ila 1700 o C arasındaki sıcaklıklarda karbon ile indirgenmesidir. Klorür ekstraksiyon yöntemi, VCl3'ün sıvı magnezyum ile indirgenmesini içerir.

Vanadyum uygulamaları

Metalin ana kullanımlarından biri, çeliklerin kalitesini artırmak için bir alaşım katkı maddesi olan ferrovanadyumdu. Vanadyum ilavesi çeliğin mukavemet parametrelerinin yanı sıra tokluğunu, aşınma direncini ve diğer özelliklerini arttırır.

Bu durumda katkı maddesi hem oksit giderici hem de karbür oluşturucu bileşen olarak işlev görür. Karbürler alaşımda eşit şekilde dağılarak ısıtıldığında çelik taneciklerinin yapısal büyümesini önler. Vanadyum ile alaşımlı dökme demir de kalitesinin iyileştirilmesine yardımcı olur.

Vanadyum kullanılır Titanyum bazlı alaşımların iyileştirilmesi için. Bu alaşım katkı maddesinin %13'üne kadar içeren titanyum vardır. Vanadyum ayrıca havacılık endüstrisinde kullanılan niyobyum, tantal ve krom alaşımlarının yanı sıra alüminyum, titanyum ve havacılık ve roketçiliğe yönelik diğer malzemelerde de mevcuttur.

Elementin benzersizliği, nükleer enerji santralleri için yakıt çubukları için kanal borularının üretiminde nükleer endüstride kullanılmasına izin verir, çünkü zirkonyum gibi, nükleer sırasında önemli olan termal nötronların düşük enine yakalama özelliğine sahiptir. reaksiyonlar. Atomik hidrojen teknolojisinde, su ile termokimyasal etkileşim için vanadyum klorür kullanılır.

Vanadyum kimya ve tarım endüstrilerinde, tıpta, cam üretiminde, tekstilde, boya ve vernik üretiminde ve pil imalatında kullanılmaktadır. Yaygın el ve alaşım takımları krom vanadyum, dayanıklılıklarıyla öne çıkıyor.

En yeni alanlardan biri elektroniktir. Özellikle ilginç ve umut verici olan dioksit bazlı bir malzemedir. titanyum ve vanadyum. Belirli bir şekilde bir araya getirilerek bilgisayarların ve diğer elektronik cihazların hafızasını ve hızını önemli ölçüde artırma yeteneğine sahip bir sistem oluştururlar.

Vanadyum fiyatı

Bitmiş bir hammadde olarak vanadyum açığa çıkarçubuklar, daireler ve oksitler şeklinde. Bu refrakter metalin üretimini yapan birçok işletmenin ürün yelpazesinde çeşitli derecelerde alaşımlar bulunmaktadır. Fiyat büyük ölçüde amacına, metalin saflığına, üretim yöntemine ve ürünün türüne bağlıdır.

Örneğin, Yekaterinburg kuruluşu NPK "Özel Metalurji" külçeleri kg başına 7 bin, ton başına 440 ila 500 bin, VNM-1 kalite külçeleri ton başına 500 bin fiyatla satıyor. Piyasa koşullarına ve ürünlere olan talebe göre fiyat da değişebilmektedir.

Eğitim

Vanadyum (kimyasal element): ismin tarihi, atom yapısı, değerlik

Bugün bilinen 115 kimyasal elementin çoğu, isimlerini Yunan mitlerinin kahramanları olan tanrıların onuruna almıştır. Diğerleri kaşifleri ve ünlü bilim adamlarını soyadlarıyla adlandırdı. Bazıları ise ülkelerin, şehirlerin ve coğrafi bölgelerin adlarını taşıyordu. Vanadyum gibi bir elementin adının tarihi özellikle ilginçtir. Ve bu metalin kendisi oldukça önemlidir ve özel özelliklere sahiptir. Bu nedenle, ona daha ayrıntılı olarak bakalım.

Vanadyum periyodik tablodaki kimyasal bir elementtir

Bu elementi periyodik tablodaki konumuna göre karakterize edersek, birkaç ana noktayı vurgulayabiliriz.

1. Dördüncü ana dönem, beşinci grup, ana alt grup içinde yer alır.
2. Seri numarası - 23.
3. Elementin atom kütlesi 50.9415'tir.
4. Kimyasal sembol V'dir.
5. Latince adı vanadyumdur.
6. Rusça adı vanadyumdur. Formüllerdeki kimyasal element "vanadyum" olarak okunur.
7. Tipik bir metaldir ve onarıcı özellikler gösterir.

Elementler sistemindeki konumuna bakıldığında, basit bir madde olarak bu elementin tantal ve niyobyumun özelliklerine benzer özelliklere sahip olacağı açıktır.

Atomun yapısının özellikleri

Vanadyum, atom yapısı genel elektronik formül 3d 3 4s 2 ile ifade edilen kimyasal bir elementtir. Açıkçası, bu konfigürasyon nedeniyle hem değerlik hem de oksidasyon durumu farklı değerler sergileyebilir.

Bu formül, vanadyumun özelliklerini basit bir madde olarak tahmin etmemizi sağlar - karmaşık olanlar da dahil olmak üzere çok sayıda farklı bileşik oluşturan tipik bir metaldir.

Karakteristik değerlik ve oksidasyon durumu

3d alt seviyesinde eşleşmemiş üç elektronun varlığı nedeniyle vanadyum +3 oksidasyon durumu sergileyebilir. Ancak o tek değil. Toplamda dört olası değer vardır:

Üstelik vanadyum, değerliği de iki göstergeye sahip olan kimyasal bir elementtir: IV ve V. Bu atomun çok sayıda bileşiğe sahip olmasının ve hepsinin güzel bir renge sahip olmasının nedeni budur. Sulu kompleksler ve metal tuzları özellikle bununla ünlüdür.

Vanadyum: kimyasal element. İsmin tarihi

Bu metalin keşif tarihinden bahsedersek 18. yüzyılın başlarına dönmeliyiz. İşte bu dönemde, 1801 yılında, Meksikalı del Rio, bir örneğini incelediği kurşun kayanın bileşiminde bilmediği bir elementi keşfetmeyi başardı. Bir dizi deney yaptıktan sonra del Rio, çok sayıda güzel renkli metal tuzu elde etti. Ona "erythron" adını verdi, ancak daha sonra bunu krom tuzları ile karıştırdı, bu yüzden keşif sırasında palmiye ağacını almadı.

Daha sonra başka bir bilim adamı olan İsveçli Sefström, bu metali demir cevherinden izole ederek elde etmeyi başardı. Bu kimyagerin elementin yeni ve bilinmediğinden hiç şüphesi yoktu. Bu nedenle keşfeden odur. Jens Berzelius ile birlikte keşfedilen elemente vanadyum adını verdi.

Neden tam olarak bu? Eski İskandinav mitolojisinde aşkın, azmin, sadakatin ve bağlılığın kişileşmiş hali olan bir tanrıça vardır. O güzellik tanrıçasıdır. Adı Vanadis'ti. Bilim insanları elementin bileşiklerinin özelliklerini inceledikten sonra bunların çok güzel ve renkli olduğu açıkça ortaya çıktı. Ve alaşımlara metal eklenmesi onların kalitesini, sağlamlığını ve stabilitesini önemli ölçüde artırır. Bu nedenle alışılmadık ve önemli bir metale tanrıça Vanadis'in adı verildi.

Vanadyum, daha sonra basit bir madde formunda elde edilen kimyasal bir elementtir. Sadece 1869'da İngiliz kimyager G. Roscoe, metali serbest formda kayalardan ayırmayı başardı. Başka bir bilim adamı F. Weller, Del Rio'nun keşfettiği "kromun" vanadyum olduğunu kanıtladı. Ancak Meksikalı bu günü görecek kadar yaşamadı ve keşfinden hiçbir zaman haberdar olmadı. Elementin adı G.I. sayesinde Rusya'ya geldi.

Basit madde vanadyum

Basit bir madde olarak söz konusu atom bir metaldir. Bir takım fiziksel özelliklere sahiptir.

1. Renk: gümüş-beyaz, parlak.
2. Yoğunluğu 6,11 g/cm3 olduğundan kırılgan, sert ve ağırdır.
3. Erime noktası 1920 0 C olup, refrakter metal olarak sınıflandırılmasını sağlar.
4. Havada oksitlenmez.

Doğada serbest halde bulunması mümkün olmadığından insanlar onu çeşitli minerallerden ve kayalardan izole etmek zorunda kalmaktadır.

Vanadyum, ısıtıldığında ve belirli koşullar altında oldukça yüksek kimyasal aktivite sergileyen kimyasal bir metal elementtir. Standart çevresel parametrelerden bahsedersek, yalnızca konsantre asitlerle, kral suyuyla reaksiyona girebilir.

Bazı metal olmayan maddelerle ikili bileşikler oluşturur; reaksiyonlar yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir. Alkali eriyiklerde çözünür, kompleksler - vanadatlar oluşturur. Güçlü bir oksitleyici madde olarak oksijen, vanadyumda çözünür ve karışımın ısıtılma sıcaklığı ne kadar yüksek olursa o kadar çok çözünür.

Doğada oluşum ve izotoplar

Söz konusu atomun doğadaki yaygınlığından bahsedecek olursak vanadyum dağınık olarak sınıflandırılan bir kimyasal elementtir. Hemen hemen tüm büyük kayaların, cevherlerin ve minerallerin bir parçasıdır. Ancak hiçbir yerde %2'den fazla değil.

Bunlar aşağıdaki türlerdir:

• vanadinit;
• patronluk taslıyor;
• karnotit;
• soğut.

Söz konusu metali bileşimde de bulabilirsiniz:

• bitki külü;
• okyanus suyu;
• ascidianların, holothurianların cesetleri;
• karasal bitki ve hayvanların organizmaları.

Vanadyum izotoplarından bahsedersek, bunlardan sadece iki tanesi vardır: büyük çoğunluğu% 99,77 olan kütle numarası 51 ve dağınık radyoaktif olan ve ihmal edilebilir miktarlarda meydana gelen kütle numarası 50'dir.

Vanadyum bileşikleri

Bu metalin kimyasal bir element olarak çok sayıda farklı bileşik oluşturmaya yetecek aktiviteye sahip olduğunu yukarıda belirtmiştik. Dolayısıyla vanadyum içeren aşağıdaki madde türleri bilinmektedir.

1. Oksitler.
2. Hidroksitler.
3. İkili tuzlar (klorürler, florürler, bromürler, sülfürler, iyodürler).
4. Oksibileşikler (oksiklorürler, oksibromürler, oksitriflüorürler ve diğerleri).
5. Karmaşık tuzlar.

Bir elementin değerliği oldukça geniş çeşitlilik gösterdiği için birçok madde elde edilir. Hepsinin ana ayırt edici özelliği renkleridir. Vanadyum, bileşikleri renginin beyaz ve sarıdan kırmızı ve maviye, yeşil, turuncu, siyah ve mor tonları da dahil olmak üzere değişebildiğini gösteren kimyasal bir elementtir. Atoma bu ismi vermelerinin nedeni de kısmen budur, çünkü gerçekten çok güzel görünmektedir.

Ancak bileşiklerin birçoğu yalnızca oldukça sıkı reaksiyon koşulları altında elde edilir. Ayrıca bunların çoğu insanlar için tehlikeli olan toksik maddelerdir. Maddelerin toplanma durumu çok farklı olabilir. Örneğin klorürler, bromürler ve florürler çoğunlukla koyu pembe, yeşil veya siyah kristallerdir. Oksitler ise toz halindedir.

Metal üretimi ve kullanımı

Vanadyum kayalardan ve cevherlerden izole edilerek elde edilir. Üstelik %1 bile metal içeren minerallerin vanadyum açısından son derece zengin olduğu kabul ediliyor. Demir ve vanadyum karışımının numunesi ayrıldıktan sonra konsantre bir çözeltiye aktarılır. Sodyum vanadat, daha sonra% 90'a kadar metal içeriğine sahip yüksek konsantrasyonlu bir numunenin elde edildiği asitleştirme yoluyla ondan izole edilir.

Bu kurutulmuş kalıntı daha sonra bir fırında kalsine edilir ve vanadyum metalik durumuna indirgenir. Bu formda malzeme kullanıma hazırdır.

Vanadyum endüstride yaygın olarak kullanılan kimyasal bir elementtir. Özellikle makine mühendisliği ve çelik alaşımlarının eritilmesinde. Metalin çeşitli ana kullanımları tanımlanabilir.

1. Tekstil endüstrisi.
2. Cam yapımı.
3. Seramik ve kauçuk üretimi.
4. Boya ve vernik endüstrisi.
5. Kimyasalların üretimi ve sentezi (sülfürik asit üretimi).
6. Nükleer reaktörlerin imalatı.
7. Havacılık ve gemi yapımı, makine mühendisliği.

Vanadyum, başta çelik olmak üzere hafif, güçlü, korozyona dayanıklı alaşımların üretiminde çok önemli bir alaşım bileşenidir. Boşuna "otomotiv metali" denmiyor.

Vanadyum(vanadyum), v, Mendeleev'in periyodik sisteminin V grubunun kimyasal elementi; atom numarası 23, atom kütlesi 50,942; metal gri-çelik rengi. Natural V. iki izotoptan oluşur: 51 v (%99,75) ve 50 v (%0,25); ikincisi zayıf radyoaktiftir (yarı ömür T 1/2 = 10 14 yıl). V., 1801 yılında Meksikalı mineralog A. M. del Rio tarafından Meksika kahverengi kurşun cevherinde keşfedildi ve adını ısıtılmış eritronyum tuzlarının (Yunanca eritros - kırmızıdan) güzel kırmızı renginden aldı. 1830'da İsveçli kimyager N. G. Sefström, Taberg'den (İsveç) demir cevherinde yeni bir element keşfetti ve ona Eski İskandinav güzellik tanrıçası Vanadis'in onuruna V. adını verdi. 1869'da İngiliz kimyager G. Roscoe, vcl 2'yi hidrojenle indirgeyerek toz metal V.'yi elde etti. V., 20. yüzyılın başından beri endüstriyel ölçekte çıkarılmaktadır.

Yerkabuğundaki V içeriği ağırlıkça %1,5-10-2'dir; oldukça yaygın bir elementtir, ancak kayalarda ve minerallerde dağılmıştır. Çok sayıda V. minerali arasında patronit, roskoelit, dekloysit, karnotit, vanadinit ve diğer bazıları endüstriyel öneme sahiptir. V.'nin önemli kaynakları titanomagnetit ve tortul (fosforlu) demir cevherlerinin yanı sıra oksitlenmiş bakır-kurşundur. çinko cevherleri. V., uranyum hammaddelerinin, fosforitlerin, boksitlerin ve çeşitli organik yatakların (asfaltit, petrol şist) işlenmesi sırasında bir yan ürün olarak çıkarılır.

Fiziksel ve kimyasal özellikler. V. periyodu a = 3,0282 å olan, cisim merkezli kübik bir kafese sahiptir. Saf haliyle V. dövülür ve basınçla kolayca işlenebilir. Yoğunluk 6.11 G/ santimetre 3 , T pl 1900 ± 25°С, T balya 3400°C; özgül ısı kapasitesi (20-100°C'de) 0,120 dışkı/ Grad; doğrusal genleşmenin termal katsayısı (20-1000°C'de) 10,6·10 -6 dolu-1, 20 °C'de elektriksel direnç 24,8·10 -8 ohm· M(24,8·10 -6 ohm· santimetre), 4,5 K V'nin altında süperiletkenlik durumuna geçer. Tavlamadan sonra yüksek saflıkta V.'nin mekanik özellikleri: elastik modül 135.25 N/ M 2 (13520 kgf/ mm 2), çekme mukavemeti 120 nm/ M 2 (12 kgf/ mm 2), uzama %17, Brinell sertliği 700 lütfen/ M 2 (70 kgf/ mm 2). Gaz safsızlıkları elyafın plastisitesini keskin bir şekilde azaltır ve sertliğini ve kırılganlığını arttırır.

Normal sıcaklıklarda V. havaya, deniz suyuna ve alkali çözeltilere maruz kalmaz; Hidroflorik asit hariç, oksitleyici olmayan asitlere karşı dayanıklıdır. Hidroklorik ve sülfürik asitlerdeki korozyon direnci açısından V., titanyum ve paslanmaz çelikten önemli ölçüde üstündür. 300°C'nin üzerindeki havada ısıtıldığında oksijeni emer ve kırılgan hale gelir. 600-700°C'de V., düşük oksitlerin yanı sıra pentoksit v2 o 5'in oluşumuyla yoğun bir şekilde oksitlenir. V bir nitrojen akışında 700°C'nin üzerine ısıtıldığında nitrür vn ( T mp 2050°C), su ve asitlerde stabildir. V. yüksek sıcaklıklarda karbonla etkileşime girerek refrakter karbür vc ( T lütfen 2800°C) yüksek sertliğe sahiptir.

V. 2, 3, 4 ve 5 değerliklerine karşılık gelen bileşikleri verir; Buna göre aşağıdaki oksitler bilinmektedir: vo ve v 2 o 3 (temel karaktere sahip), vo 2 (amfoterik) ve v 2 o 5 (asidik). 2 ve 3 değerlikli camsı bileşikler kararsızdır ve güçlü indirgeyici maddelerdir. Daha yüksek değerliklere sahip bileşikler pratik öneme sahiptir. V.'nin farklı değerlikli bileşikler oluşturma eğilimi analitik kimyada kullanılır ve ayrıca v2 o 5'in katalitik özelliklerini belirler. V. pentoksit alkalilerde çözünerek oluşur vanadatlar.

Kabul ve başvuru. Mineralleri çıkarmak için aşağıdaki yöntemler kullanılır: cevher veya cevher konsantresinin asit ve alkali çözeltileriyle doğrudan liçi; Hammaddenin pişirilmesi (çoğunlukla NaCl katkı maddeleri ile) ve ardından pişirilen ürünün su veya seyreltik asitlerle süzülmesi. Hidratlanmış V pentoksit, hidroliz yoluyla çözeltilerden izole edilir (pH = 1-3'te). Vanadyum içeren demir cevherleri yüksek fırında eritildiğinde, V, işlenmesi sırasında cürufun% 10-16 v olduğu dökme demire dönüştürülür. 2 o 5 çelik haline getirilir. Vanadyum cürufları sofra tuzu ile kavrulur. Yanmış malzeme önce suyla, sonra da seyreltik sülfürik asitle süzülür. V 2 o 5 çözeltilerden izole edilir. İkincisi eritme için kullanılır ferrovanadyum(%35-70 V. içeren demir alaşımları) ve metal V. ve bileşiklerinin elde edilmesi. Dövülebilir metal V., saf v2o5 veya v2o3'ün kalsiyum-termal indirgenmesiyle elde edilir; v 2 o 5'in alüminyum ile indirgenmesi; vakumlu karbon-termal indirgeme v 2 veya 3; magnezyum-termal indirgeme vc1 3; iyodürün termal ayrışması V., tüketilebilir elektrotlu vakum ark fırınlarında ve elektron ışınlı fırınlarda eritilir.

Demir metalurjisi, metalin ana tüketicisidir (üretilen tüm metallerin %95'ine kadar). V. yüksek hız çeliğinin, onun ikamelerinin, düşük alaşımlı takım çeliklerinin ve bazı yapı çeliklerinin bir bileşenidir. % 0,15-0,25 V'nin eklenmesiyle çeliğin mukavemeti, tokluğu, yorulma direnci ve aşınma direnci keskin bir şekilde artar. Çeliğe eklenen V., hem oksitleyici hem de karbür oluşturucu bir elementtir. Dağınık kalıntılar şeklinde dağıtılan V. karbürler, çelik ısıtıldığında tane büyümesini önler. V. çeliğe ana alaşım - ferrovanadyum formunda eklenir. V. aynı zamanda dökme demirin alaşımlanmasında da kullanılır. Titanyumun yeni bir tüketicisi, hızla gelişen titanyum alaşımları endüstrisidir; bazı titanyum alaşımları %13'e kadar V içerir. Havacılık, roket ve diğer teknoloji alanlarında V katkı maddeleri içeren niyobyum, krom ve tantal bazlı alaşımlar ilavesiyle V bazlı ısıya dayanıklı ve korozyona dayanıklı alaşımlar kullanılmıştır. ti, nb, havacılık, roket ve nükleer teknolojide kullanılması beklenen , w, zr ve al geliştirildi. Süperiletken alaşımlar ve ga, si ve ti içeren V bileşikleri ilgi çekicidir.

Saf metalik V. nükleer enerjide (yakıt elemanları, borular için kabuklar) ve elektronik cihazların üretiminde kullanılır.

V. bileşikleri kimya endüstrisinde katalizör olarak, tarım ve tıpta, tekstil, boya ve vernik, kauçuk, seramik, cam, fotoğraf ve film endüstrilerinde kullanılmaktadır.

V. bileşikleri zehirlidir. B bileşiklerini içeren tozun solunmasıyla zehirlenme mümkündür. Solunum yollarının tahriş olmasına, akciğer kanamalarına, baş dönmesine, kalbin, böbreklerin vb. işleyişinde bozukluklara neden olurlar.

V. vücutta. V. bitki ve hayvan organizmalarının kalıcı bir bileşenidir. Suyun kaynağı magmatik kayalar ve şeyllerin (yaklaşık %0,013 su içerir) yanı sıra kum taşları ve kireçtaşlarıdır (yaklaşık %0,002 su). Topraklarda V. yaklaşık %0,01'dir (esas olarak humusta); tatlı ve deniz sularında 1·10 7 -2·10 %7. Kara ve su bitkilerinde V. içeriği kara ve deniz hayvanlarına (%1,5·10 -5 -2·10 -4) göre önemli ölçüde daha yüksektir (%0,16-0,2). V. yoğunlaştırıcılar şunlardır: bryozoan plumatella, yumuşakça pleurobranchus plumula, deniz hıyarı stichopus mobii, bazı ascidians, küflerden - siyah aspergillus, mantarlardan - mantardan (amanita muscaria). V.'nin biyolojik rolü, V.'nin kan hücrelerinde 3 ve 4 değerlikli bir durumda olduğu, yani dinamik bir dengenin olduğu ascidianlarda incelenmiştir.

V.'nin ascidians'taki fizyolojik rolü, oksijen ve karbon dioksitin solunum yoluyla aktarımıyla değil, redoks süreçleriyle - muhtemelen diğer organizmalarda fizyolojik öneme sahip olan vanadyum sistemi adı verilen sistemi kullanarak elektronların aktarımıyla - ilişkilidir.

Aydınlatılmış.: Meerson G.A., Zelikman A.N., Nadir metallerin metalurjisi, M., 1955; Polyakov A. Yu., Vanadyum metalurjisinin temelleri, M., 1959; Rostoker U., Vanadyum Metalurjisi, çev. İngilizce'den, M., 1959; Kieffer s., Brown H., Vanadyum, niyobyum, tantal, çev. German, M., 1968'den; Nadir Metaller El Kitabı, [çev. İngilizceden], M., 1965, s. 98-121; Makine mühendisliğinde refrakter malzemeler. Rehber, M., 1967, s. 47-55, 130-32; Kovalsky V.V., Rezaeva L.T., Ascidians'ta vanadyumun biyolojik rolü, “Modern biyolojinin ilerlemeleri”, 1965, v. 60, v. 1(4); Bowen N.j. M., biyokimyada eser elementler, l. - N. y., 1966.

I. Romankov. V. V. Kovalsky.