A mitjans del segle XX, va aparèixer un terme a la ciència química: metalls d'importància estratègica. Significava un conjunt d'elements les propietats fisicoquímiques dels quals permetien utilitzar-los en la producció del complex militar-industrial. Estem parlant de metalls com el crom, el tàntal, el niobi, el molibdè i el tungstè. El vanadi, les propietats del qual considerarem en aquest article, també ocupa, amb raó, un dels llocs centrals entre els metalls utilitzats en l'enginyeria mecànica moderna, la metal·lúrgia ferrosa, l'eina i la producció química. El metall forma quatre òxids amb l'oxigen, mostrant-hi una valència de 2, 3, 4 i 5. 5 que estudiarem amb més detall.
Coneix el vanadi
En la ciència química, hi ha un fet establertla regla que estableix que la caracterització d'un element químic ha de començar per la seva posició en el sistema periòdic de D. I. Mendeleiev. La fórmula química del vanadi com a substància simple és V, el número de sèrie és 23, la massa atòmica és 50, 9414. Es troba al quart període, el cinquè grup i, juntament amb el niobi i el tàntal, és un representant típic de metalls refractaris. Les mostres d'una substància pura són de plàstic i tenen un color gris platejat. L'àtom de vanadi és un element d, té dos electrons s a l'últim nivell d'energia, però, aquelles partícules negatives que es troben al subnivell d del mateix quart nivell també seran de valència.
On es troba el metall i quines són les seves propietats físiques
L'element en si no es pot trobar en la seva forma pura a la natura. Però està present com a component obligatori en els minerals polimetàl·lics i de ferro. Abans hem parlat de la plasticitat i la mal·leabilitat d'una substància simple, ara afegirem que les propietats físiques importants del vanadi són els alts punts d'ebullició i fusió, iguals a 3400 ° C i 1920 ° C, respectivament. Igual que el titani, deteriora dràsticament els seus paràmetres físics i químics quan es contamina amb impureses com nitrogen, hidrogen o oxigen. En particular, la seva ductilitat i resistència mecànica es redueixen i el vanadi es torna trencadís.
Propietats químiques especials
El metall és capaç de passivació, és a dir. té una capacitat única per resistir l'acció d'entorns químics agressius: solucions d'àcids, àlcalis i sals, formant una pel·lícula protectora a la seva superfície -òxid de vanadi. La xarxa cristal·lina de l'element té una estructura cúbica. També cal tenir en compte que la resistència a la corrosió dels acers que contenen l'element és molt elevada, la qual cosa permet utilitzar-los com a elements de subjecció de càrrega per a suports de ponts i plataformes de perforació petroliera en alta mar. És impossible imaginar la producció d'eines moderna sense acers que contenen vanadi. Juntament amb el niobi, el crom i el titani, l'element s'utilitza per aliar aliatges especials utilitzats en la ciència de coets i la indústria espacial. Tanmateix, els àcids concentrats de nitrat i sulfat, una solució de fluorur d'hidrogen a l'aigua i una barreja d'àcids de clorur i nitrat, anomenats aqua regia, interactuen fàcilment amb el metall. L'element vanadi com a substància simple pot reaccionar amb clor, brom, sofre i es formen les sals corresponents. Amb l'oxigen, dóna diversos òxids que difereixen molt en les seves propietats químiques. Considereu-los més.
Òxids bàsics i anfòters
El metall forma dos òxids, VO i V2O3, que presenten propietats bàsiques típiques. Al laboratori, el monòxid s'extreu mitjançant la reacció de reducció V2O5 pols de vanadi fi. Els òxids bàsics reaccionen amb les solucions àcides per formar les sals corresponents. I ja es poden obtenir hidròxids d'ells realitzant una reacció d'intercanvi amb àlcalis. L'òxid de vanadi (III) es troba com a component del mineral carelianita, i s'obté al laboratori escalfant V2O5 amb sofre, carbó o hidrogen. Tots dos òxids bàsics tenen propietats reductores fortament pronunciades. L'òxid VO2 és un compost amfòter típic que reacciona tant amb àcids com amb àlcalis. En una solució el pH de la qual és inferior a 7, es troben ions vanadil carregats positivament VO2+, donant a la solució un color blau clar, i es formen sals d'àcid polivanàdic en un medi alcalí. L'òxid de vanadi (IV) atrau l'aigua, és a dir. és una substància higroscòpica, en les reaccions es comporta com un agent reductor.
Hemipentòxid de vanadi
Compost la fórmula del qual és V2O5, és l'òxid metàl·lic més important. És una substància cristal·lina taronja soluble en aigua que reacciona amb els àlcalis per formar vanadats - sals de l'àcid metavanàdic HVO3. S'utilitza àmpliament com a catalitzador en l'oxidació del diòxid de sofre a anhídrid sulfúric en la producció industrial d'àcid sulfat. El pentòxid de vanadi té una xarxa cristal·lina ròmbica i signes d'amfoteritat amb un predomini de les propietats d'òxid àcid. En les reaccions es comporta com un agent oxidant fort. El compost s'utilitza en tecnologia del vidre, medicina i síntesi orgànica.
Mètodes per extreure vanadi dels seus compostos
Ja hem esmentat abans que el metall és un component del mineral de ferro. En la producció d' alts forns, l'element, juntament amb les impureses de carboni i fòsfor, passa a la fosa. Quan es fon l'acer, l'òxid de vanadi 5 precipita en la composició de l'escòria, on el seu contingut pot arribar al 16%. Afegint-hisal de taula i rostint la mescla en forns, s'obté un producte, que es dissol més en aigua. El concentrat aquós resultant es tracta amb àcid sulfat i se'n aïlla V2O5. Per aïllar el vanadi pur de l'òxid, podeu utilitzar el mètode de calciumthermia: la reducció de metalls mitjançant calci metàl·lic. Per reduir els costos tecnològics en la reacció amb el pentòxid de vanadi, sovint s'utilitza alumini en lloc del calci. El metall també es pot obtenir reduint l'òxid de vanadi trivalent amb carbó.
Rol biològic
El vanadi està present als organismes vius com a oligoelement, que forma part del líquid intercel·lular dels equinoderms marins. En els holoturis i els eriçons de mar, s'associa a proteïnes que duen a terme la funció de transportar oxigen a les cèl·lules i eliminar el diòxid de carboni. El contingut de l'element és insignificant en els organismes d'animals de sang calenta i humans, on es troba en la composició dels enzims pancreàtics, a la neuroglia i les nefrones. En les plantes, l'oligoelement està implicat com un enzim en la fase fosca de la fotosíntesi i afecta el nivell del pigment de clorofil·la situat als cloroplasts. També es troba en els bacteris nòduls, que són fixadors de nitrogen, als teixits dels fongs superiors. Com a part del chernozem, juntament amb compostos de bor, coure, zinc i manganès, l'òxid de vanadi afecta la fertilitat del sòl.
Al nostre article, vam estudiar les propietats bàsiques del vanadi i els seus òxids, i també vam considerar l'ús dels seus compostos enindústria.
