Până la mijlocul secolului al XX-lea, în știința chimică a apărut un termen - metale de importanță strategică. Însemna un grup de elemente ale căror proprietăți fizico-chimice au făcut posibilă utilizarea lor în producția complexului militar-industrial. Vorbim despre metale precum crom, tantal, niobiu, molibden și wolfram. Vanadiul, ale cărui proprietăți le vom analiza în acest articol, ocupă, de asemenea, pe bună dreptate unul dintre locurile centrale printre metalele utilizate în inginerie mecanică modernă, metalurgia feroasă, unelte și producția chimică. Metalul formează patru oxizi cu oxigenul, prezentând în ei o valență de 2, 3, 4 și 5. 5 pe care îl vom studia mai detaliat.
Faceți cunoștință cu vanadiul
În știința chimică, există o tradiție de lungă duratăregula care prevede că caracterizarea unui element chimic trebuie să înceapă cu poziția sa în sistemul periodic al D. I. Mendeleev. Formula chimică a vanadiului ca substanță simplă este V, numărul de serie este 23, masa atomică este 50, 9414. Este situat în a patra perioadă, a cincea grupă și, împreună cu niobiul și tantalul, este un reprezentant tipic al metale refractare. Probele de substanță pură sunt din plastic și au o culoare gri-argintiu. Atomul de vanadiu este un element d, are doi electroni s la ultimul nivel de energie, cu toate acestea, acele particule negative care sunt situate la subnivelul d al aceluiași al patrulea nivel vor fi, de asemenea, valență.
Unde se găsește metalul și care sunt proprietățile sale fizice
Elementul în sine nu poate fi găsit în forma sa pură în natură. Dar este prezent ca o componentă obligatorie în minereurile polimetalice și de fier. Mai devreme am vorbit despre plasticitatea și maleabilitatea unei substanțe simple, acum vom adăuga că proprietățile fizice importante ale vanadiului sunt punctele ridicate de fierbere și de topire, egale cu 3400 ° C și, respectiv, 1920 ° C. La fel ca titanul, își deteriorează drastic parametrii fizici și chimici atunci când este contaminat cu impurități precum azotul, hidrogenul sau oxigenul. În special, ductilitatea și rezistența sa mecanică sunt reduse, iar vanadiul devine casant.
Proprietăți chimice speciale
Metalul este capabil de pasivare, de ex. are o capacitate unică de a rezista acțiunii mediilor chimice agresive: soluții de acizi, alcaline și săruri, formând o peliculă protectoare pe suprafața sa -oxid de vanadiu. Rețeaua cristalină a elementului are o structură cubică. De asemenea, trebuie remarcat faptul că rezistența la coroziune a oțelurilor care conțin elementul este foarte mare, ceea ce le permite să fie utilizate ca elemente de fixare portante pentru suporturi de poduri și instalații de foraj petrolier offshore. Este imposibil să ne imaginăm producția modernă de scule fără oțeluri care conțin vanadiu. Împreună cu niobiul, cromul și titanul, elementul este utilizat pentru alierea aliajelor speciale utilizate în știința rachetelor și în industria spațială. Cu toate acestea, acizii concentrați de azotat și sulfat, o soluție de acid fluorhidric în apă și un amestec de acizi clorură și azotat, numit aqua regia, interacționează ușor cu metalul. Elementul vanadiu ca substanță simplă poate reacționa cu clorul, bromul, sulful și se formează sărurile corespunzătoare. Cu oxigenul, dă mai mulți oxizi care diferă foarte mult în proprietățile lor chimice. Luați în considerare mai departe.
Oxizi de bază și amfoteri
Metalul formează doi oxizi, VO și V2O3, care prezintă proprietăți de bază tipice. În laborator, monoxidul este extras prin reacția de reducere V2O5 pulbere fină de vanadiu. Oxizii bazici reacţionează cu soluţiile acide pentru a forma sărurile corespunzătoare. Și deja hidroxizi pot fi obținuți din ei prin efectuarea unei reacții de schimb cu alcaline. Oxidul de vanadiu (III) se găsește ca component al mineralului karelianit și se obține în laborator prin încălzirea V2O5 cu sulf, cărbune sau hidrogen. Ambii oxizi bazici au proprietăți reducătoare puternic pronunțate. Oxidul VO2 este un compus amfoter tipic care reacționează atât cu acizii, cât și cu alcalii. Într-o soluție al cărei pH este mai mic de 7, se găsesc ioni de vanadil încărcați pozitiv VO2+, dând soluției o culoare albastru deschis și se formează săruri de acid polivanadic într-un mediu alcalin. Oxidul de vanadiu (IV) atrage apa, de ex. este o substanță higroscopică, în reacții se comportă ca un agent reducător.
Hemipentoxid de vanadiu
Compus a cărui formulă este V2O5, este cel mai important oxid de metal. Este o substanță cristalină portocalie solubilă în apă care reacționează cu alcalii formând vanadați - săruri ale acidului metavanadic HVO3. Este utilizat pe scară largă ca catalizator în oxidarea dioxidului de sulf în anhidridă sulfuric în producția industrială de acid sulfat. Pentoxidul de vanadiu are o rețea cristalină rombică și semne de amfoteritate cu predominanța proprietăților oxidului acid. În reacții se comportă ca un agent oxidant puternic. Compusul este utilizat în tehnologia sticlei, medicină și sinteza organică.
Metode pentru extragerea vanadiului din compușii săi
Am menționat mai devreme că metalul este o componentă a minereului de fier. În producția de furnal, elementul, împreună cu impuritățile de carbon și fosfor, trece în fontă. Când oțelul este topit, oxidul de vanadiu 5 precipită în compoziția zgurii, unde conținutul său poate ajunge la 16%. Adăugând la easare de masă și prăjirea amestecului în cuptoare, se obține un produs, care se dizolvă în continuare în apă. Concentratul apos rezultat este tratat cu acid sulfat și V2O5 este izolat din acesta. Pentru a izola vanadiul pur din oxid, puteți folosi metoda calciumthermy - reducerea metalelor folosind calciu metalic. Pentru a reduce costurile tehnologice în reacția cu pentoxidul de vanadiu, aluminiul este adesea folosit în locul calciului. Metalul poate fi obținut și prin reducerea oxidului de vanadiu trivalent cu cărbune.
Rol biologic
Vanadiul este prezent în organismele vii ca un oligoelement, care face parte din fluidul intercelular al echinodermelor marine. La holoturi și arici de mare, este asociat cu proteine care îndeplinesc funcția de a transporta oxigenul către celule și de a elimina dioxidul de carbon. Conținutul elementului este nesemnificativ în organismele animalelor cu sânge cald și ale oamenilor, unde se află în compoziția enzimelor pancreatice, în neuroglia și nefroni. La plante, oligoelementul este implicat ca enzimă în faza întunecată a fotosintezei și afectează nivelul pigmentului de clorofilă situat în cloroplaste. Se găsește și în bacteriile nodulare, care sunt fixatoare de azot, în țesuturile ciupercilor superioare. Ca parte a cernoziomului, împreună cu compușii de bor, cupru, zinc și mangan, oxidul de vanadiu afectează fertilitatea solului.
În articolul nostru, am studiat proprietățile de bază ale vanadiului și ale oxizilor săi și, de asemenea, am luat în considerare utilizarea compușilor săi înindustrie.
