Vanadio historia, egenskaper, struktur, användningar

han vanadin Det är den tredje övergångsmetallen i den periodiska tabellen, representerad av den kemiska symbolen V. Det är inte lika populärt som andra metaller, men de som förstår stål och titanier kommer att ha hört det nämna det som ett tillsats för deras förstärkning i legeringar eller verktyg. Fysiskt är det synonymt med hårdhet och kemiskt färgad.

Vissa kemikalier vågar kvalificera den som en kameleonmetall, som kan anta i sina föreningar ett brett spektrum av färger; Elektronisk egendom som liknar den för mangan- och krommetaller. I sitt ursprungliga och rena tillstånd ser han ut som andra metaller: silver, men med blåaktiga toner. När de är oxiderade, titta ner.

Metalliska vanadiumbitar med tunna iriserande lager av gul oxid. Källa: Jurii [CC av 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/3.0)]

I den här bilden skiljer sig oxidens iridescens knappt, vilket beror på auktionerna eller ytan på metallkristallerna. Detta oxidskikt skyddar det från efterföljande oxidationer och därför från korrosion.

Sådan korrosionsbeständighet, såväl som termiska frakturer, ger den legeringar när atomerna av V till dem tillsätts. Allt detta, utan att lyfta sin vikt för mycket, eftersom vanadium inte är en tungmetall utan lätt; Till skillnad från vad många kanske tror.

Hans namn härstammar från den nordiska gudinnan Vanadís, från Skandinavien; Men det upptäcktes i Mexiko, som en del av Vanadinita Mineral, PB₅[VO₄]₃Cl, av rödaktiga kristaller. Problemet var att för att få det från det mineralet och många andra måste Vanadium₂ANTINGEN₅ (som reduceras med kalcium).

Andra vanadiumkällor vilar i marina varelser, eller i olje -råolja, "fängslade" inom petroporfyriner.

I lösning är färgerna som deras föreningar kan ha, beroende på deras oxidationstillstånd, gula, blå, mörkgrön eller violetta. Vanadium sticker inte bara ut för dessa siffror eller oxidationstillstånd (från -1 till +5), utan för dess förmåga att samordna på olika sätt med biologiska miljöer.

Vanadiums kemi är riklig, mystisk och jämfört med andra metaller finns det fortfarande mycket ljus som måste kastas på det för dess nära förståelse.

[TOC]

Historia

Upptäckt

Mexiko har äran att ha varit det land där detta element upptäcktes. Mineralogisten Andrés Manuel Del Río, 1801, analyserade ett rödaktigt mineral som han kallade sig själv som brun ledare (Vanadinita, PB₅[VO₄]₃Cl), extraherade metalloxider vars egenskaper inte motsvarar de för något känt element då.

Således döpte han först detta element med namnet 'Pancromo' för den rika variationen i hans föreningar; Sedan döpte han om "eryron", från det grekiska ordet erytronium, vilket betyder rött.

Fyra år senare är den franska kemisten Hippolyte Victor Collet Donso. Och mer än tjugo år gick för att veta något om detta glömda element som upptäcktes i mexikanska jordar igen.

Uppkomsten av namnet

1830 upptäckte den schweiziska kemisten Nils Gabriel Sefström, ett annat nytt element i järnmineraler, som Vanadio kallade; Namn som härrör från den nordiska Vanadis gudinna, jämfört med dess skönhet med de ljusa färgerna på föreningarna i denna metall.

Det kan tjäna dig: kaliumnitrit (KNO2): Struktur, egenskaper och användningar

Samma år sa den tyska geologen George William Featherstonhaugh, att vanadium och erytron faktiskt var samma element; Och även om han ville att floden skulle kunna råda genom att kalla det "rionio", accepterades inte hans förslag.

Isolering

För att isolera vanadin var det nödvändigt. Den var tvungen att först förvandla den till arter som reducerades med relativt lätthet; Under processen fick Berzelius vanadium nitruro 1831, som förvirrade med den infödda metallen.

1867 lyckades den engelska kemisten Henry Enfield Roscoe minska vanadiumkloriden (II), VCL₂, Ett metalliskt vanadium med vätgas. Men metallen han producerade var oren.

Slutligen, markering av principen om Vanadiums teknologiska historia, erhölls ett stort renhetsprov genom att minska V₂ANTINGEN₅ Med metalliskt kalcium. En av de första enastående användningarna var att användas för att tillverka chassit av Ford Model T -bilen.

Egenskaper

Fysiskt utseende

I sin rena form är det en grå metall med blå, mjuka och duktila nyanser. Men när ett skikt av oxid täcks (särskilt produkten av en lättare), laddar det slående färger som om det var en glasskameleon.

Molmassa

50 9415 g/mol

Smältpunkt

1910 ° C

Kokpunkt

3407 ° C

Densitet

-6,0 g/ml, vid rumstemperatur

-5,5 g/ml, vid smältpunkten, det vill säga det smälter knappt.

Fusionsvärme

21,5 kJ/mol

Förångningsvärme

444 kJ/mol

Molvärmekapacitet

24.89 J/(mol · k)

Ångtryck

1 Pa A 2101 K (praktiskt taget föraktlig även vid höga temperaturer).

Elektronnegativitet

1.63 på Pauling -skalan.

Joniseringsenergier

Först: 650.9 kJ/mol (v⁺ gasformig)

Andra: 1414 kJ/mol (v²⁺ gasformig)

Tredje: 2830 kJ/mol (v³⁺ gasformig)

Mohs hårdhet

6.7

Sönderfall

När upphettas kan frigöra giftiga ångor från V₂ANTINGEN₅.

Färger på lösningar

Från vänster till höger, vanadiumlösningar i olika oxidationstillstånd: +5, +4, +3 och +2. Källa: W. Oelen via Wikipedia.

En av de viktigaste och ökända vanadiumegenskaperna är färgerna på dess föreningar. När några av dem upplöses i sura media, uppvisar lösningarna (mestadels vattenhaltiga) färger som gör det möjligt att skilja ett antal eller oxidationsstatus från en annan.

Till exempel visas fyra provrör med vanadium i olika oxidationstillstånd i den övre bilden. Den till vänster, gul, motsvarar V⁵⁺, specifikt som vo -katjon₂⁺. Sedan följer de VO -katjonen²⁺, med v⁴⁺, färgen blå; Katjonen V³⁺, mörkgrön; och v²⁺, Violet eller Mauve.

När en lösning består av en blandning av V -föreningar⁴⁺ och v⁵⁺, En ljusgrön färg erhålls (produkt av gult med blått).

Reaktivitet

V -skiktet₂ANTINGEN₅ Om vanadium skyddar det från att reagera med starka syror, såsom svavel- eller hydrokloriska, starka baser och utöver korrosion orsakad av större oxidationer.

När den värms upp över 660 ° C oxideras vanadin helt och bär ett gult fast ämne med iriserande ljusstyrka (beroende på ytvinklarna). Denna orange gula oxid kan lösas upp om salpetersyra tillsätts, vilket skulle återgå till vanadin dess silverfärg.

Det kan tjäna dig: kalciumcykel: egenskaper, steg och betydelse

Isotoper

Nästan alla vanadioatomer i universum (99,75% av dem) handlar om isotopen ⁵¹V, medan en mycket liten del (0,25%) motsvarar isotopen ^femtioV. Härifrån är det inte förvånande att vanadinets atomvikt är 50 9415 U (närmare 51 än 50).

De andra isotoperna är radioaktiva och syntetiska, med halva livstiderna (T_1/2) som sträcker sig mellan 330 dagar (⁴⁹V), 16 dagar (⁴⁸V), några timmar eller 10 sekunder.

Elektronisk struktur och konfiguration

Vanadio, V -atomer är arrangerade i en kubisk kristallin struktur centrerad på kroppen (BCC), produkt från deras metalllänk. Av strukturerna är detta mindre tätt och deltar i "Sea of ​​Electrons" sina fem elektroner i Valencia, enligt den elektroniska konfigurationen:

[AR] 3D³ 4S²

Således förenas de tre elektronerna i 3D -omloppet, och de två av 4S -orbitalen, för att resa ett band som bildas av överlappningen av Valencia -orbitalerna i alla atomer V i glaset; Det är uppenbart att förklaringen är baserad på bandteori.

För att vara lite mindre, atomer V än metaller till vänster (Skandio och titan) i det periodiska bordet, och med tanke på deras elektroniska egenskaper är dess metallbindning starkare; faktum som återspeglas i dess största smältpunkt och därför med sina mest sammanhängande atomer.

Enligt datorstudier är BCC -strukturen i vanadium stabil även under enorma tryck på 60 GPA.  Överskred detta tryck, dess kristall lider av en övergång till den rhombohedrala fasen, som förblir stabil upp till 434 GPA; När BCC -strukturen dyker upp igen igen.

Oxidationsnummer

Vanadium elektronisk konfiguration indikerar på egen hand att dess atom kan förlora upp till fem elektroner. När det gör det blir det isolektroniskt till ädla argongas, och förekomsten av katjon v antas⁵⁺.

På samma sätt kan förlusten av elektroner vara gradvis (beroende på vilka arter som är kopplade), med positiva oxidationsnummer som varierar från +1 till +5; I dess föreningar antas därför förekomsten av respektive katjoner v⁺, V²⁺ Och så vidare.

Vanadium kan också få elektroner och bli en metallisk anjon. Dess negativa oxidationsnummer är: -1 (v^-) och -3 (v^3-). Den elektroniska konfigurationen av V^3- är:

[AR] 3D⁶ 4S²

Även om fyra elektroner saknas för att slutföra fyllningen av 3D -orbitalerna, är V mer stabilt^3- att v^7-, som i teorin skulle behöva arter vid den extrema elektropositiva (för att ge den sina elektroner).

Ansökningar

-Metall

Stål- och titanlegeringar

Vanadium tillhandahåller mekaniska, termiska och vibrationsmotstånd, förutom hårdhet till de legeringar som den tillsätts. Till exempel, såsom Ferrovanadio (järn- och vanadiumlegering), eller vanadiumkarbid, tillsätts den tillsammans med andra metaller i stål eller i titanlegeringar.

På detta sätt, mycket hårt och samtidigt ljus, användbart för verktyg (satser och mutternycklar), växlar, bildelar eller flygplan, turbiner, cyklar, jetmotorer, knivar, tandimplantat, etc.

Kan tjäna dig: berylhydroxid (vara (OH) 2)

Dessutom dess legeringar med Galio (v₃G) är superledare och används för tillverkning av magneter. Och med tanke på deras lilla reaktivitet är vanadiumlegeringar avsedda för rör där frätande kemiska reagens körs.

Vanadio Redox -batterier

Vanadium är en del av Redox -batterier, VRB (för sin förkortning på engelska: Vanadium Redox -batterier). Dessa kan användas för att främja elproduktion från sol- och vindkraft, såväl som batterier i elektriska fordon.

-Föreningar

Pigment

V₂ANTINGEN₅ Det används för att ge guldfärg till glas och keramik. Å andra sidan blev deras närvaro i vissa mineraler grönaktiga, som med smaragderna (och tack vare andra metaller).

Katalysator

V₂ANTINGEN₅ Det är också en katalysator som används för syntes av svavelsyra och anhydridsyra maleico. Blandat med andra metalloxider, katalyserar andra organiska reaktioner, såsom oxidation av propan och propylen i akrolin respektive akrylsyra.

Medicinsk

Läkemedlen som består av vanadiokomplex har betraktats som möjligt och potentiella kandidater för behandling av diabetes och cancer.

Biologiskt papper

Det verkar ironiskt att Vanadium, som är dess färgstarka och giftiga föreningar, dess joner (VO⁺, Vo₂⁺ och vo₄^3-, mestadels) i spår är de fördelaktiga och viktiga för levande varelser; särskilt de av marina livsmiljöer.

Skälen är centrerade på deras oxidationstillstånd, med hur många ligander i de biologiska miljöerna samordnas (eller interaktion), i analogin mellan vanadatet och fosfatanjonen (VO₄^3- och po₄^3-) och i andra faktorer som studerats av bioinorganiska kemikalier.

Vanadio -atomer kan sedan interagera med de atomer som tillhör enzymer eller proteiner, antingen med fyra (koordinationstetrahedron), fem (fyrkantiga pyramid eller andra geometrier) eller sex. Om, när detta inträffar, en gynnsam reaktion för kroppen utlöses, sägs det att Vanadium utövar farmakologisk aktivitet.

Till exempel finns det halloperoxidaser: enzymer som vanadium kan använda som en cofactor. Det finns också vanabinas (i vanadocytcellerna i tunicaterna), fosforylaser, kväveaser, transferrins och serum (däggdjur) albumin, som kan interagera med denna metall.

En organisk eller komplex koordinationsmolekyl som kallas amavadin, finns i kropparna hos vissa svampar, såsom Amanita Muscaria (lägre bild).

Svampsvamp. Källa: Pixabay.

Och slutligen kan Vanadium i vissa komplex ingå i en hemo -grupp, som med järn i hemoglobin.

Referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Vanadin. Hämtad från: i.Wikipedia.org
3. Ashok K. Verma & p. Mode. (s.F.). Fononinstabilitet och strukturella fasövergångar i vanadium under högt tryck. High Pressure Physics Division, Bhabha Atomic Research Center, Trombay, Mumbai-400085, Indien.
4. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (3 juli 2019). Vanadium Facts (V eller Atomic nummer 23). Återhämtat sig från: tankco.com
5. Richard Mills. (24 oktober 2017). Vanadium: Metallen vi inte kan göra utan och inte producera. Glaciärmediegrupp. Återhämtat sig från: gruvdrift.com
6. Nationellt centrum för bioteknikinformation. (2019). Vanadin. Pubchemdatabas. CID = 23990. Återhämtat sig från: pubchem.Ncbi.Nlm.Nih.Gov
7. Clark Jim. (2015). Vanadin. Återhämtat sig från: Chemguide.co.Storbritannien
8. Pierce Sarah. (2019). Vad är vanadium? Användning, fakta och isotoper. Studie. Återhämtat sig från: studie.com
9. Cran & Col. (2004). Kemin och biokemisten i Vanadium och de biologiska aktiviteterna som Vanadium -föreningar utövade. Institutionen för kemi, Colorado State University, Fort Collins, Colorado 80523-1872.