Jeg vil vide alt

Vanadium

Pin
Send
Share
Send


Vanadium (kemisk symbol V(atom, nummer 23) er et sjældent, sølvgrå metal. Det findes kombineret i flere mineraler og er et af de 26 elementer, der ofte forekommer i levende ting. Det bruges hovedsageligt i forskellige legeringer. For eksempel er det et additiv i special rustfrit stål til kirurgiske instrumenter og højhastighedsværktøjer. Det er blandet med aluminium i titanlegeringer til jetmotorer og højhastighedsflyrammer. Derudover findes det i vanadium redox-batterier, og det sættes til korund for at fremstille simulerede Alexandrite-smykker. Vanadium-gallium tape bruges i superledende magneter, og vanadiumpentoxid er en katalysator til fremstilling af svovlsyre og andre produkter.

Hændelse

Vanadium findes aldrig som et frit element i naturen, men det forekommer i ca. 65 forskellige mineraler. Blandt dem er patronit (VS4), vanadinit (Pb5(VO4)3Cl) og carnotit (K2(UO2)2(VO4)2.3H2O). Det er også til stede i bauxit- og kulstofholdige aflejringer såsom råolie, kul, olieskifer og tjæresand. Det er også blevet påvist spektroskopisk i lys fra solen og nogle andre stjerner.

Historie

Vanadium blev oprindeligt opdaget af Andrés Manuel del Río, en spansk mineralog i Mexico City, i 1803. Ved hjælp af et mineral kaldet "brunt bly" (nu benævnt vanadinit) forberedte han flere salte. Deres farver mindede ham om kromsalte, så han udnævnte elementet "panchromium". Senere omdøbte han det til "erythronium" (betyder "rødt"), fordi de fleste af saltene blev røde, når de blev opvarmet. Den franske kemiker Hippolyte Victor Collet-Descotils erklærede forkert, at del Rios nye element kun var uren krom. Del Rio mente sig forkert og accepterede den franske kemiker erklæring, som blev bakket op af Del Rios ven, baron Alexander von Humboldt.

I 1831 genopdagede Nils Gabriel Sefström fra Sverige vanadium i en ny oxid, som han fandt, mens han arbejdede med nogle jernmalm. Senere samme år bekræftede Friedrich Wöhler del Rios tidligere arbejde. Senere foreslog George William Featherstonhaugh, en af ​​de første amerikanske geologer, elementet ved navn "rionium" efter Del Rio, men det skete aldrig.

Metallisk vanadium blev isoleret af Henry Enfield Roscoe i 1867 ved at reducere vanadium (III) -chlorid (VCI)3) med brint. Navnet vanadium kommer fra Vanadis, en gudinde i skandinavisk mytologi, fordi elementet har smukke, flerfarvede kemiske forbindelser.

Isolation

Kommercielt udvindes metallisk vanadium normalt i tilstrækkelige mængder som et biprodukt af andre processer. Produktion af prøver i laboratoriet er derfor normalt ikke påkrævet.

Industriel produktion involverer opvarmning af vanadiummalm eller rester fra andre processer med natriumchlorid (NaCl) eller natriumcarbonat (Na)2CO3850 ° C til opnåelse af natriumvanadat (NaVO)3). Dette produkt opløses i vand og forsures til opnåelse af et rødt fast stof, der igen smeltes til dannelse af en rå form af vanadiumpentoxid (V2O5). Reduktion af pentoxidet med calcium giver rent vanadium. Et alternativ, der er egnet til småskala produktion er reduktion af vanadiumpentachlorid (VCl)5) med brint eller magnesium. Forskellige andre metoder anvendes også.

Industrielt bruges det meste vanadium som tilsætningsstof til forbedring af stål. I stedet for at gå videre fra rent vanadiummetal er det ofte tilstrækkeligt at reagere vanadiumpentoxidet med råjern. Denne proces producerer ferrovanadium, som er egnet til videre arbejde.

Bemærkelsesværdige egenskaber

Vanadium er et overgangsmetal i periode 4 i det periodiske system, der er placeret mellem titanium og krom. Det er også øverst i gruppe 5 (tidligere gruppe 5B), over niobium og tantal.

Vanadium er blødt og duktilt og er resistent over for korrosion af alkalier, svovlsyre og saltsyre. Det oxideres let ved en temperatur på ca. 933 Kelvin (K). Det har god strukturel styrke og et lavt neutrontværsnit til nukleare fissionreaktioner, hvilket gør det nyttigt til nukleare applikationer. Skønt et metal har dets oxider sure egenskaber svarende til oxiderne af chrom og mangan.

Almindelige oxidationstilstande af vanadium inkluderer +2, +3, +4 og +5. I et populært eksperiment, når ammonium vanadat (NH4VO3) reduceres med zinkmetal, farvede produkter med disse fire oxidationstilstande opnås. En +1 oxidationstilstand ses sjældent.

Isotoper

Naturligt forekommende vanadium er sammensat af en stabil isotop, 51V og en radioaktiv isotop, 50V, med en halveringstid på 1,5 × 1017 flere år. Mange kunstige radioisotoper er blevet karakteriseret med massetal fra 40 til 65. Den mest stabile af disse er 49V, med en halveringstid på 330 dage, efterfulgt af 48V, med en halveringstid på 15,9735 dage. Alle de resterende radioaktive isotoper har halveringstider på mindre end en time, hvoraf de fleste er mindre end 10 sekunder.

Forbindelser

  • Vanadium (V) oxid eller vanadiumpentoxid (V2O5): Dette giftige orange faste stof er den vigtigste forbindelse af vanadium. Efter opvarmning kan det reversibelt miste ilt i luften. Det bruges som katalysator hovedsageligt til fremstilling af svovlsyre. Det er kilden til vanadium til fremstilling af ferrovanadium. Det kan bruges som farvestof og farvefixer.
  • Vanadylsulfat eller vanadium (IV) sulfatoxidhydrat (VOSO4): Det er et relativt kontroversielt diættilskud, der primært bruges til at øge insulinniveauet og opbygge kroppen. Om det fungerer til sidstnævnte formål er ikke blevet bevist, og der er nogle beviser for, at atleter, der tager det, blot oplever en placebo-effekt.
  • Vanadium (IV) -chlorid (VCL4): Denne opløselige form for vanadium bruges ofte i laboratoriet. Det reagerer voldsomt med vand. Oxidationstilstand V (IV), den reducerede form af V (V), forekommer ofte efter anaerob respiration af visse metalreducerende bakterier.

Applikationer

  • Cirka 80 procent af det producerede vanadium bruges som ferrovanadium eller som ståladditiv. Vanadiumstållegeringer bruges i aksler, krumtapaksler, gear og andre produkter. Vanadium bruges også i special rustfrit stål til kirurgiske instrumenter og højhastighedsværktøjer.
  • Vanadium er blandet med aluminium i titanlegeringer til jetmotorer og højhastighedsflyrammer.
  • Det er en vigtig karbidstabilisator i produktionen af ​​stål.
  • I betragtning af det lave neutrontværsnit for nukleare fissionreaktioner har vanadium anvendelser i atomreaktorer.
  • Vanadiumfolie bruges i beklædning af titan til stål.
  • Vanadium-gallium tape bruges i superledende magneter (175.000 gauss).
  • Vanadiumpentoxid er en katalysator til fremstilling af svovlsyre og maleinsyreanhydrid. Det bruges også til fremstilling af keramik.
  • Glas overtrukket med vanadiumdioxid (VO2) kan blokere infrarød stråling (og ikke synligt lys) ved en bestemt temperatur.
  • Det findes i nogle elektriske brændselsceller og opbevaringsbatterier såsom vanadium redox-batterier.
  • Det føjes til korund for at fremstille simulerede Alexandrite-smykker.
  • Vanadat elektrokemiske konverteringsbelægninger hjælper med at beskytte stål mod rust og korrosion.

Biologisk rolle

I biologiske systemer er vanadium en vigtig komponent i nogle enzymer, især vanadiumnitrogenase, der bruges af nogle nitrogenfikserende mikroorganismer. Vanadium er også nødvendigt af ascidianer eller havsprøjter i vanadiumkromagenproteiner. Koncentrationen af ​​vanadium i deres blod er mere end hundrede gange højere end i det omkringliggende havvand. Rotter og kyllinger er også kendt for at kræve vanadin i meget små mængder, og mangler resulterer i reduceret vækst og nedsat reproduktion.

Administration af oxovanadiumforbindelser har vist sig at lindre diabetes mellitus symptomer i visse dyremodeller og mennesker. Meget ligesom kromeffekten på sukkermetabolismen, er mekanismen for denne effekt ukendt.

Mineraltilskud i drikkevand

I Japan er vanadiumpentoxid (V2O5) markedsføres som mineraltilskud, der findes i drikkevand, hovedsageligt hentet fra Mount Fujis skråninger. Vandets vanadiumpentoxidindhold varierer fra ca. 80 til 130 μg / liter. Det markedsføres som værende effektivt mod diabetes, eksem og fedme, men der er ikke noget om dets toksicitet.

Toksicitet af vanadiumforbindelser

Toxiciteten af ​​vanadium afhænger af dets fysisk-kemiske tilstand, især dens valensstilstand og opløselighed. Pentavalent VOSO4 er rapporteret at være mere end fem gange så giftig som trivalent V2O3 (Roschin 1967). Vanadiumforbindelser absorberes dårligt gennem mave-tarm-systemet. Inhalationseksponeringer for vanadium- og vanadiumforbindelser resulterer primært i skadelige virkninger på åndedrætssystemet (Sax 1984; ATSDR 1990). Kvantitative data er imidlertid utilstrækkelige til at udlede en subkronisk eller kronisk inhalation.

Der er lidt bevis for, at vanadium- eller vanadiumforbindelser er reproduktionstoksiner eller teratogener. Der er heller ingen holdepunkter for, at en vanadiumforbindelse er kræftfremkaldende, men meget få tilstrækkelige studier er tilgængelige til evaluering. Vanadium er ikke klassificeret med hensyn til kræftfremkaldende virkning af det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur (EPA) (1991a).

Forholdsregler

Pulveriseret metallisk vanadium er brandfare, og medmindre andet vides, skal alle vanadiumforbindelser betragtes som meget giftige. Generelt, jo højere oxidationstilstand for vanadium, desto mere giftig er forbindelsen. Den farligste er vanadiumpentoxid.

Den amerikanske erhvervssikkerhedsadministration (OSHA) har indstillet en eksponeringsgrænse på 0,05 milligram pr. Kubikmeter (mg / m3) for vanadiumpentoxidstøv og 0,1 mg / m3 til vanadiumpentoxidgasser i luften på arbejdspladsen, i en otte timers arbejdsdag, 40 timers arbejdsuge. Det Nationale Institut for Arbejdsmæssig Sikkerhed og Sundhed (NIOSH) har anbefalet, at 35 mg / m3 af vanadium betragtes umiddelbart som farligt for liv og helbred. Dette svarer til det eksponeringsniveau, der sandsynligvis forårsager permanente sundhedsmæssige problemer eller død.

Se også

Referencer

  • Vanadium Los Alamos National Laboratory. Hentet 10. juli 2007.
  • Greenwood, N. N .; og A. Earnshaw. (1998). Elementernes kemi, 2. udg. Burlington, MA: Butterworth-Heinemann, Elsevier Science. ISBN 0750633654. Online-version tilgængelig. Hentet 10. juli 2007.
  • Cotton, F. Albert; og Geoffrey Wilkinson. (1980). Avanceret uorganisk kemi, 4. udg. New York: Wiley. ISBN 0471027758

Eksterne links

Alle links hentet den 14. januar 2016.

Pin
Send
Share
Send