Sredi 20. stoletja se je v kemijski znanosti pojavil izraz – kovine strateškega pomena. To je pomenilo skupino elementov, katerih fizikalno-kemijske lastnosti so omogočile uporabo v proizvodnji vojaško-industrijskega kompleksa. Govorimo o kovinah, kot so krom, tantal, niobij, molibden in volfram. Vanadij, katerega lastnosti bomo obravnavali v tem članku, prav tako upravičeno zavzema eno od osrednjih mest med kovinami, ki se uporabljajo v sodobni strojništvu, črni metalurgiji, orodni in kemični proizvodnji. Kovina s kisikom tvori štiri okside, ki v njih kažejo valenco 2, 3, 4 in 5. 5, kar bomo podrobneje preučili.
Spoznajte vanadij
V kemijski znanosti je že dolgo uveljavljenapravilo, ki pravi, da se mora karakterizacija kemičnega elementa začeti z njegovim položajem v periodnem sistemu D. I. Mendelejev. Kemična formula vanadija kot preproste snovi je V, serijska številka je 23, atomska masa 50, 9414. Nahaja se v četrti periodi, peti skupini in je skupaj z niobijem in tantalom tipičen predstavnik ognjevzdržne kovine. Vzorci čiste snovi so plastični in imajo srebrno sivo barvo. Atom vanadija je d-element, ima dva s-elektrona na zadnji energijski ravni, vendar bodo tisti negativni delci, ki se nahajajo na d-podravni iste četrte ravni, tudi valenčni.
Kje najdemo kovino in kakšne so njene fizikalne lastnosti
Elementa samega v naravi ni mogoče najti v njegovi čisti obliki. Je pa prisoten kot obvezna sestavina v polikovinskih in železovih rudah. Prej smo govorili o plastičnosti in kovnosti preproste snovi, zdaj pa bomo dodali, da so pomembne fizikalne lastnosti vanadija visoko vrelišče in tališče, enako 3400 ° C oziroma 1920 ° C. Tako kot titan drastično poslabša svoje fizikalne in kemijske parametre, ko je kontaminiran z nečistočami, kot so dušik, vodik ali kisik. Zlasti se zmanjša njegova duktilnost in mehanska trdnost, vanadij pa postane krhek.
Posebne kemične lastnosti
Kovina je sposobna pasivizirati, tj. ima edinstveno sposobnost, da prenese delovanje agresivnih kemičnih okolij: raztopine kislin, alkalij in soli, ki tvorijo zaščitni film na svoji površini -vanadijev oksid. Kristalna mreža elementa ima kubično strukturo. Prav tako je treba opozoriti, da je korozijska odpornost jekel, ki vsebujejo element, zelo visoka, kar omogoča njihovo uporabo kot nosilne pritrdilne elemente za nosilce mostov in naftne vrtalne ploščadi na morju. Nemogoče si je predstavljati sodobno proizvodnjo orodja brez jekel, ki vsebujejo vanadij. Skupaj z niobijem, kromom in titanom se element uporablja za zlitine posebnih zlitin, ki se uporabljajo v raketni znanosti in vesoljski industriji. Vendar pa koncentrirane nitratne in sulfatne kisline, raztopina vodikovega fluorida v vodi in mešanica kloridnih in nitratnih kislin, imenovana aqua regia, zlahka medsebojno delujejo s kovino. Element vanadij kot preprosta snov lahko reagira s klorom, bromom, žveplom in nastanejo ustrezne soli. S kisikom daje več oksidov, ki se zelo razlikujejo po svojih kemičnih lastnostih. Razmislite jih še naprej.
Bazični in amfoterni oksidi
Kovina tvori dva oksida, VO in V2O3, ki kažeta tipične osnovne lastnosti. V laboratoriju se monoksid pridobiva z redukcijsko reakcijo V2O5 fin vanadijev prah. Bazični oksidi reagirajo s kislinskimi raztopinami in tvorijo ustrezne soli. In že lahko iz njih pridobimo hidrokside z izmenjavo z alkalijami. Vanadijev (III) oksid najdemo kot sestavino minerala karelianita in ga pridobimo v laboratoriju s segrevanjem V2O5 z žveplom, premog ali vodik. Oba osnovna oksida imata močno izražene redukcijske lastnosti. Oksid VO2 je tipična amfoterna spojina, ki reagira tako s kislinami kot z alkalijami. V raztopini, katere pH je manjši od 7, najdemo pozitivno nabite vanadilne ione VO2+, ki dajejo raztopini svetlo modro barvo, v alkalnem mediju pa nastanejo soli polivanadinske kisline. Vanadijev (IV) oksid privlači vodo, t.j. je higroskopna snov, v reakcijah se obnaša kot redukcijsko sredstvo.
Vanadijev hemipentoksid
Spojina, katere formula je V2O5, je najpomembnejši kovinski oksid. Je vodotopna oranžna kristalinična snov, ki reagira z alkalijami in tvori vanadate - soli metavanadinske kisline HVO3. Široko se uporablja kot katalizator pri oksidaciji žveplovega dioksida v žveplov anhidrid v industrijski proizvodnji sulfatne kisline. Vanadijev pentoksid ima rombično kristalno mrežo in znake amfoternosti s prevlado kislih oksidnih lastnosti. V reakcijah se obnaša kot močan oksidant. Spojina se uporablja v tehnologiji stekla, medicini in organski sintezi.
Metode za ekstrakcijo vanadija iz njegovih spojin
Prej smo omenili, da je kovina sestavni del železove rude. Pri plavžni proizvodnji element skupaj z nečistočami ogljika in fosforja prehaja v lito železo. Pri taljenju jekla se v sestavi žlindre obori vanadijev oksid 5, kjer lahko njegova vsebnost doseže 16%. Dodajanje k temukuhinjske soli in praženja mešanice v pečeh, dobimo produkt, ki ga nadalje raztopimo v vodi. Nastali vodni koncentrat obdelamo s sulfatno kislino in iz njega izoliramo V2O5. Za izolacijo čistega vanadija iz oksida lahko uporabite metodo calciumthermy - redukcijo kovin s kovinskim kalcijem. Za zmanjšanje tehnoloških stroškov pri reakciji z vanadijevim pentoksidom se namesto kalcija pogosto uporablja aluminij. Kovino lahko pridobimo tudi z redukcijo trivalentnega vanadijevega oksida s premogom.
biološka vloga
Vanadij je v živih organizmih prisoten kot element v sledovih, ki je del medcelične tekočine morskih iglokožcev. Pri holoturih in morskih ježkih je povezan z beljakovinami, ki opravljajo funkcijo transporta kisika do celic in odstranjevanja ogljikovega dioksida. Vsebnost elementa je nepomembna v organizmih toplokrvnih živali in človeka, kjer je v sestavi encimov trebušne slinavke, v nevrogliji in nefronih. V rastlinah je element v sledovih vključen kot encim v temni fazi fotosinteze in vpliva na raven pigmenta klorofila, ki se nahaja v kloroplastih. Najdemo ga tudi v nodusnih bakterijah, ki so fiksatorji dušika, v tkivih višjih gliv. Kot del černozema, skupaj s spojinami bora, bakra, cinka in mangana, vanadijev oksid vpliva na rodovitnost tal.
V našem članku smo preučili osnovne lastnosti vanadija in njegovih oksidov ter obravnavali tudi uporabo njegovih spojin vindustrija.
