Ванадий - Vanadium

Ванадий, ₂₃ В
Ванадий
Произношение	/ V ə п eɪ д я ə м / ( və- NAY -dee-əm )
Появление	сине-серебристо-серый металл
Стандартный атомный вес A r, std (В)	50,9415 (1)
Ванадий в периодической таблице
	титан ← ванадий → хром
Атомный номер ( Z )	23
Группа	группа 5
Период	период 4
Блокировать	d-блок
Электронная конфигурация	[ Ar ] 3d 3 4s 2
Электронов на оболочку	2, 8, 11, 2
Физические свойства
Фаза на СТП	твердый
Температура плавления	2183 К (1910 ° С, 3470 ° F)
Точка кипения	3680 К (3407 ° С, 6165 ° F)
Плотность (около rt )	6,11 г / см 3
в жидком состоянии (при т. пл. )	5,5 г / см 3
Теплота плавления	21,5 кДж / моль
Теплота испарения	444 кДж / моль
Молярная теплоемкость	24,89 Дж / (моль · К)
Атомные свойства
Состояния окисления	−3, −1, 0, +1, +2 , +3 , +4 , +5 ( амфотерный оксид)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 1,63
Энергии ионизации
Радиус атома	эмпирический: 134 пм
Ковалентный радиус	153 ± 8 часов вечера
	Спектральные линии ванадия
Прочие свойства
Естественное явление	изначальный
Кристальная структура	объемно-центрированной кубической (ОЦК)
Скорость звука тонкого стержня	4560 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширение	8,4 мкм / (м⋅K) (при 25 ° C)
Теплопроводность	30,7 Вт / (м⋅K)
Удельное электрическое сопротивление	197 нОм⋅м (при 20 ° C)
Магнитный заказ	парамагнитный
Молярная магнитная восприимчивость	+255,0 × 10 −6 см 3 / моль (298 К)
Модуль для младших	128 ГПа
Модуль сдвига	47 ГПа
Объемный модуль	160 ГПа
коэффициент Пуассона	0,37
Твердость по шкале Мооса	6,7
Твердость по Виккерсу	628–640 МПа
Твердость по Бринеллю	600–742 МПа
Количество CAS	7440-62-2
История
Открытие	Нильс Габриэль Сефстрём (1830)
Первая изоляция	Генри Энфилд Роско (1867)
Названный	Нильс Габриэль Сефстрём (1830)
Основные изотопы ванадия
β -	50 кр
	Категория: Ванадий; Посмотреть; разговаривать; редактировать; \| использованная литература

Ванадий - это химический элемент с символом V и атомным номером 23. Это твердый серебристо-серый ковкий переходный металл . Элементарный металл редко встречается в природе, но после его искусственного выделения образование оксидного слоя ( пассивация ) в некоторой степени стабилизирует свободный металл от дальнейшего окисления .

Андрес Мануэль дель Рио открыл соединения ванадия в 1801 году в Мексике , проанализировав новый свинцовый минерал, который он назвал «коричневым свинцом». Хотя первоначально он предполагал, что его свойства были обусловлены присутствием нового элемента, позже французский химик Ипполит Виктор Колле-Дескотиль ошибочно убедил его, что этот элемент был просто хромом . Затем в 1830 году Нильс Габриэль Сефстрём создал хлориды ванадия, доказав, что существует новый элемент, и назвал его «ванадий» в честь скандинавской богини красоты и плодородия Ванадис (Фрейя). Название было основано на широкой цветовой гамме соединений ванадия. Свинцовый минерал Дель Рио в конечном итоге был назван ванадинитом из- за содержания в нем ванадия. В 1867 году Генри Энфилд Роско получил чистый элемент.

Ванадий естественным образом содержится примерно в 65 минералах и в месторождениях ископаемого топлива . Производится в Китае и России из сталеплавильного шлака . Другие страны производят его либо непосредственно из магнетита, дымовой пыли тяжелой нефти, либо как побочный продукт добычи урана . Он в основном используется для производства специальных стальных сплавов, таких как быстрорежущие инструментальные стали и некоторых алюминиевых сплавов . Наиболее важное промышленное соединение ванадия, пятиокись ванадия , используется в качестве катализатора для производства серной кислоты . Ванадиевой редокс - батарея для хранения энергии может быть важным применением в будущем.

Большое количество ионов ванадия содержится в некоторых организмах, возможно, в виде токсина . Оксид и некоторые другие соли ванадия обладают умеренной токсичностью. В частности, в океане ванадий используется некоторыми формами жизни в качестве активного центра ферментов , таких как бромопероксидаза ванадия некоторых океанских водорослей .

История

Ванадий был открыт в 1801 году испанским минералогом Андресом Мануэлем дель Рио . Дель Рио извлек этот элемент из пробы мексиканской «коричневой свинцовой» руды, позже названной ванадинит . Он обнаружил , что его соли проявляют большое разнообразие цветов, и в результате он назвал элемент panchromium (греч παγχρώμιο «все цвета»). Позже Дель Рио переименована элемента Erythronium (греческие: ερυθρός «красный») , потому что большинство солей покраснело при нагревании. В 1805 году французский химик Ипполит Виктор Колле-Дескотиль , поддержанный другом дель Рио, бароном Александром фон Гумбольдтом , ошибочно заявил, что новый элемент дель Рио был нечистым образцом хрома . Дель Рио принял заявление Колле-Дескотиля и отказался от своих требований.

В 1831 году шведский химик Нильс Габриэль Сефстрём заново открыл элемент в новом оксиде, который он обнаружил при работе с железной рудой . Позже в том же году, Фридрих Wöhler подтвердил более ранние работы Дель Рио. Сефстрём выбрал имя, начинающееся с буквы V, которое еще не было присвоено ни одному элементу. Он назвал элемент ванадий в честь древнескандинавского Vanadís (другое название скандинавской богини Ванр Фрейи , атрибуты которой включают красоту и плодородие) из-за множества красиво окрашенных химических соединений, которые он производит. В 1831 году геолог Джордж Уильям Фитерстонхау предложил переименовать ванадий в « рионий » в честь дель Рио, но это предложение не последовало.

В шасси Model T использовалась ванадиевая сталь .

Выделение металлического ванадия было трудным. В 1831 году Берцелиус сообщил о производстве металла, но Генри Энфилд Роско показал, что Берцелиус произвел нитрид ванадия (VN). В конце концов Роско произвел этот металл в 1867 году путем восстановления хлорида ванадия (II) , VCl ₂ , водородом . В 1927 году чистый ванадий получают восстановлением пентаоксида ванадия с кальцием .

Первое крупномасштабное промышленное использование ванадия было в стал сплавом шасси Ford Model T , вдохновленное французскими гоночных автомобилями. Ванадиевая сталь позволила снизить вес при увеличении прочности на разрыв (около 1905 г.). В течение первого десятилетия 20-го века большая часть ванадиевой руды добывалась компанией American Vanadium Company на месторождении Минас-Рагра в Перу. Позже спрос на уран вырос, что привело к увеличению добычи руды этого металла. Одной из основных урановых руд был карнотит , который также содержит ванадий. Таким образом, ванадий стал доступным как побочный продукт производства урана. В конце концов, добыча урана стала обеспечивать большую долю спроса на ванадий.

В 1911 году немецкий химик Мартин Хенце обнаружил ванадий в белках гемованадина, обнаруженных в клетках крови (или целомических клетках) Ascidiacea (морских брызг).

Характеристики

Кубоиды ванадия высокой чистоты (99,95%), переплавленные электронным пучком и макротравленные

Ванадий - это средне-твердый, пластичный , стально-голубой металл. Он электрически проводящий и теплоизолирующий . Некоторые источники описывают ванадий как «мягкий», возможно, потому, что он пластичный, пластичный и не хрупкий . Ванадий тверже, чем большинство металлов и сталей (см. Твердость элементов (страница данных) и железа ). Он имеет хорошую стойкость к коррозии и устойчив к щелочам и серной и соляной кислот . Он окисляется на воздухе при температуре около 933 К (660 ° C, 1220 ° F), хотя пассивирующий слой оксида образуется даже при комнатной температуре.

Изотопы

Встречающиеся в природе ванадия состоит из одного стабильного изотопа , ⁵¹ V, и одного радиоактивного изотопа, ⁵⁰ В. Последний имеет период полураспада 1,5 × 10 ¹⁷ лет и естественное изобилие 0,25%. ⁵¹ В имеет ядерный спин из 7 / 2 , который является полезным для ЯМР - спектроскопии . Двадцать четыре искусственные радиоизотопы , были охарактеризованы, в диапазоне массовых чисел от 40 до 65. Наиболее стабильный из этих изотопов ⁴⁹ В с периодом полураспада 330 дней и ⁴⁸ В с периодом полураспада 16,0 дней. Остальные радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее часа, в большинстве случаев менее 10 секунд. По крайней мере четыре изотопа имеют метастабильные возбужденные состояния . Захват электронов является основным режимом распада для изотопов легче ⁵¹ В. Для более тяжелых изотопов наиболее распространенным режимом является бета-распад . Реакции захвата электронов приводит к образованию элемента 22 ( титана ) изотопов, в то время как бета - распад приводит к элементу 24 ( хрома ) изотопов.

Соединения

Слева направо: [V (H ₂ O) ₆ ] ²⁺ (сиреневый), [V (H ₂ O) ₆ ] ³⁺ (зеленый), [VO (H ₂ O) ₅ ] ²⁺ (синий) и [VO (H ₂ O) ₅ ] ³⁺ (желтый).

Химия ванадия примечательна доступностью четырех смежных степеней окисления 2–5. В водном растворе ванадий образует водные комплексы металлов, цвета которых сиреневый [V (H ₂ O) ₆ ] ²⁺ , зеленый [V (H ₂ O) ₆ ] ³⁺ , синий [VO (H ₂ O) ₅ ]. ²⁺ , желто-оранжевые оксиды, формула которых зависит от pH. Соединения ванадия (II) являются восстановителями, а соединения ванадия (V) являются окислителями. Соединения ванадия (IV) часто существуют в виде производных ванадила , которые содержат центр VO ²⁺ .

Ванадат аммония (V) (NH ₄ VO ₃ ) может быть последовательно восстановлен элементарным цинком для получения ванадия разного цвета в этих четырех степенях окисления. Более низкие степени окисления встречаются в таких соединениях, как V (CO) ₆ , [V (CO)
₆]^-
и замещенные производные.

Пятиокись ванадия является коммерчески важным катализатором производства серной кислоты, реакции, в которой используется способность оксидов ванадия вступать в окислительно-восстановительные реакции.

В ванадиевой батарее окислительно-восстановительного потенциала используются все четыре степени окисления: один электрод использует пару + 5 / + 4, а другой - пару + 3 / + 2. Преобразование этих степеней окисления иллюстрируется восстановлением сильно кислого раствора соединения ванадия (V) цинковой пылью или амальгамой. Первоначальная характеристика желтого цвета иона перванадила [VO ₂ (H ₂ O) ₄ ] ⁺ заменяется синим цветом [VO (H ₂ O) ₅ ] ²⁺ , за которым следует зеленый цвет [V (H ₂ O) ₆ ] ^3+, а затем фиолетовый цвет [V (H ₂ O) ₆ ] ²⁺ .

Оксианионы

Decavanadate структура

В водном растворе, ванадий (V) , образует обширную семью оксианионов как установлено ⁵¹ В ЯМР - спектроскопии . Взаимоотношения в этом семействе описываются диаграммой преобладания , которая показывает не менее 11 видов в зависимости от pH и концентрации. Тетраэдрический ортованадат-ион, VO^3-
₄, является основным видом, присутствующим при pH 12–14. Подобный по размеру и заряду фосфор (V), ванадий (V) также соответствует своим химическим свойствам и кристаллографии. Ортованадат V O^3-
₄используется в кристаллографии белков для изучения биохимии фосфатов. Тетратиованадат [VS ₄ ] ^3- аналогичен ортованадат-иону.

При более низких значениях pH образуются мономер [HVO ₄ ] ^2- и димер [V ₂ O ₇ ] ^4- , причем мономер преобладает при концентрации ванадия менее c. 10 ^-2 M (pV> 2, где pV равно отрицательному значению логарифма общей концентрации ванадия / M). Образование диванадат-иона аналогично образованию дихромат- иона. По мере снижения pH происходит дальнейшее протонирование и конденсация с образованием поливанадатов : при pH 4-6 [H ₂ VO ₄ ] ^- преобладает при pV более чем прибл. 4, а при более высоких концентрациях образуются тримеры и тетрамеры. Между pH 2-4 преобладает декаванадат , его образование из ортованадата представлено этой реакцией конденсации:

10 [VO ₄ ] ^3- + 24 H ⁺ → [V ₁₀ O ₂₈ ] ^6- + 12 H ₂ O

В декаванадате каждый центр V (V) окружен шестью оксидными лигандами . Ванадовая кислота, H ₃ VO _4, существует только при очень низких концентрациях, потому что протонирование тетраэдрических частиц [H ₂ VO ₄ ] ^- приводит к преимущественному образованию октаэдрических частиц [VO ₂ (H ₂ O) ₄ ] ⁺ . В сильнокислых растворах, pH <2, [VO ₂ (H ₂ O) ₄ ] ⁺ является преобладающим веществом, в то время как оксид V ₂ O ₅ выпадает в осадок из раствора при высоких концентрациях. Оксид формально представляет собой кислотный ангидрид ванадиевой кислоты. Структуры многих соединений ванадата были определены методом рентгеновской кристаллографии.

Диаграмма Пурб для ванадия в воде, которая показывает окислительно - восстановительные потенциалы между различными видами ванадия в различных состояниях окисления.

Ванадий (V) образует различные пероксокомплексы, особенно в активном центре ванадийсодержащих ферментов бромпероксидазы . Частица VO (O) ₂ (H ₂ O) ₄⁺ устойчива в кислых растворах. В щелочных растворах известны частицы с 2, 3 и 4 пероксидными группами; последние образуют фиолетовые соли с формулой M ₃ V (O ₂ ) ₄ nH ₂ O (M = Li, Na и т. д.), в которых ванадий имеет 8-координатную додекаэдрическую структуру.

Производные галогенидов

Известно двенадцать бинарных галогенидов , соединений формулы VX _n (n = 2..5). VI ₄ , VCl ₅ , VBr ₅ и VI ₅ не существуют или крайне нестабильны. В сочетании с другими реагентами VCl ₄ используется в качестве катализатора полимеризации диенов . Как и все бинарные галогениды, галогениды ванадия являются кислотными по Льюису , особенно галогениды V (IV) и V (V). Многие галогениды образуют октаэдрические комплексы с формулой VX _n L _{6− n} (X = галогенид; L = другой лиганд).

Известно много оксигалогенидов ванадия (формула VO _m X _n ). Наиболее широко изучаются окситрихлорид и окситрифторид ( VOCl ₃ и VOF ₃ ). Подобно POCl ₃ , они летучие, имеют тетраэдрическую структуру в газовой фазе и являются кислотными по Льюису.

Координационные соединения

Мяч и пряника модель из VO (O ₂ C ₅ H ₇ ) ₂ .

Комплексы ванадия (II) и (III) относительно обменно инертны и восстановительны. Те из V (IV) и V (V) являются окислителями. Ион ванадия довольно большой, и некоторые комплексы достигают координационных чисел больше 6, как в случае [V (CN) ₇ ] ^4– . Оксованадий (V) также образует 7 координационных координационных комплексов с тетрадентатными лигандами и пероксидами, и эти комплексы используются для окислительного бромирования и окисления тиоэфиров. В координационной химии V ⁴⁺ доминирует ванадильный центр, VO ²⁺ , который связывает четыре других лиганда прочно и один слабо (один транс к ванадильному центру). Примером является ацетилацетонат ванадила (V (O) (O ₂ C ₅ H ₇ ) ₂ ). В этом комплексе, ванадий 5-координата, квадрат пирамидальный, что означает , что шестой лиганд, такие как пиридин, может быть присоединен, хотя константа ассоциации этого процесса мала. Многие 5-координатные комплексы ванадила имеют тригонально-бипирамидную геометрию, например VOCl ₂ (NMe ₃ ) ₂ . В координационной химии V ⁵⁺ преобладают относительно стабильные координационные комплексы диоксованадия, которые часто образуются в результате окисления предшественников ванадия (IV) в воздухе, что указывает на стабильность степени окисления +5 и легкость взаимного превращения между +4 и +5. состояния.

Металлоорганические соединения

Металлоорганическая химия ванадия хорошо разработана, хотя имеет в основном только академическое значение. Дихлорид ванадоцена - универсальный исходный реагент, который находит применение в органической химии. Карбонил ванадия , V (CO) ₆ , является редким примером карбонила парамагнитного металла . Снижение урожайности V (CO)^-
₆( изоэлектронный с Cr (CO) ₆ ), который может быть дополнительно восстановлен натрием в жидком аммиаке с получением V (CO)^3-
₅(изоэлектронный с Fe (CO) ₅ ).

Вхождение

Ванадинит

Вселенная

Космическое обилие ванадия во Вселенной составляет от 0,0001%, что делает элемент почти столь же часто , как медь или цинк . Ванадий обнаруживается спектроскопически в свете Солнца, а иногда и других звезд .

земной коры

Ванадий - 20-й элемент земной коры по распространенности; металлический ванадий редко встречается в природе (известный как самородный ванадий ), но соединения ванадия встречаются в природе примерно в 65 различных минералах .

В начале 20 века было открыто крупное месторождение ванадиевой руды - ванадиевый рудник Минас Рагра около Хунина, Серро-де-Паско , Перу . В течение нескольких лет это месторождение патронита (VS ₄ ) было экономически значимым источником ванадиевой руды. В 1920 году примерно две трети мировой добычи приходилось на рудник в Перу. С производством урана в 1910-х и 1920-х годах из карнотита ( K ₂ (UO ₂ ) ₂ (VO ₄ ) ₂ · 3H ₂ O ) ванадий стал доступным в качестве побочного продукта при производстве урана. Ванадинит ( Pb ₅ (VO ₄ ) ₃ Cl ) и другие минералы, содержащие ванадий, добываются только в исключительных случаях. В связи с растущим спросом большая часть мирового производства ванадия в настоящее время производится из ванадийсодержащего магнетита, обнаруженного в телах ультраосновных габбро . Если этот титаномагнетит используется для производства железа, большая часть ванадия идет в шлак и извлекается из него.

Ванадий добывается в основном в Южной Африке , на северо-западе Китая и на востоке России . В 2013 году в этих трех странах было добыто более 97% из 79 000 тонн произведенного ванадия.

Ванадий также присутствует в бокситах и месторождениях сырой нефти , угля , горючего сланца и битуминозных песков . Сообщалось о концентрациях в сырой нефти до 1200 ppm. При сгорании таких нефтепродуктов следы ванадия могут вызвать коррозию двигателей и котлов. Приблизительно 110 000 тонн ванадия в год выбрасываются в атмосферу при сжигании ископаемого топлива. Черные сланцы также являются потенциальным источником ванадия. Во время Второй мировой войны некоторое количество ванадия добывали из квасцовых сланцев на юге Швеции.

Воды

Ванадила иона в изобилии в морской воде , имеющий среднюю концентрацию 30 нМ (1,5 мг / м ³ ). Некоторые источники минеральной воды также содержат ионы в высоких концентрациях. Например, родники у горы Фудзи содержат до 54 мкг на литр .

Производство

Сублимированные в вакууме дендритные кристаллы ванадия (99,9%)

Кристаллы ванадия (99,9%), полученные электролизом

Кристаллический стержень ванадия с различной текстурой и окислением поверхности; 99,95% -чистый куб для сравнения

Металлический ванадий получают с помощью многоступенчатого процесса, который начинается с обжига измельченной руды с NaCl или Na ₂ CO ₃ при температуре около 850 ° C с получением метаванадата натрия (NaVO ₃ ). Водный экстракт этого твердого вещества подкисляют с получением «красной лепешки», соли поливанадата, которая восстанавливается металлическим кальцием . В качестве альтернативы для мелкосерийного производства пентоксид ванадия восстанавливают водородом или магнием . Также используются многие другие методы, во всех из которых ванадий образуется как побочный продукт других процессов. Очистка ванадия возможна с помощью процесса кристаллического бруска, разработанного Антоном Эдуардом ван Аркелем и Яном Хендриком де Боером в 1925 году. Он включает образование иодида металла, в данном примере иодида ванадия (III) , и последующее разложение с получением чистого металла. :

2 В + 3 Я ₂ ⇌ 2 ВИ ₃

Куски феррованадия

Чаще всего ванадий используется в виде стального сплава под названием феррованадий . Феррованадий получают непосредственно восстановлением смеси оксида ванадия, оксидов железа и железа в электрической печи. Ванадий попадает в чугун, полученный из ванадийсодержащего магнетита. В зависимости от используемой руды в шлаке содержится до 25% ванадия.

Китай - крупнейший в мире производитель ванадия.

Приложения

Инструмент из ванадиевой стали

Сплавы

Примерно 85% произведенного ванадия используется в качестве феррованадия или добавки к стали . Значительное повышение прочности стали, содержащей небольшое количество ванадия, было обнаружено в начале 20 века. Ванадий образует стабильные нитриды и карбиды, что приводит к значительному увеличению прочности стали. С тех пор ванадиевая сталь стала использоваться в осях , велосипедных рамах, коленчатых валах , шестернях и других важных компонентах. Есть две группы сплавов ванадиевой стали. Ванадиевые сплавы из высокоуглеродистой стали содержат от 0,15% до 0,25% ванадия, а быстрорежущие инструментальные стали (HSS) имеют содержание ванадия от 1% до 5%. Для быстрорежущих инструментальных сталей может быть достигнута твердость выше HRC 60. Сталь HSS используется в хирургических инструментах и инструментах . Порошко-металлургические сплавы содержат до 18% ванадия. Высокое содержание карбидов ванадия в этих сплавах значительно увеличивает износостойкость. Одно из применений этих сплавов - инструменты и ножи.

Ванадий стабилизирует бета-форму титана и увеличивает прочность и температурную стабильность титана. Смешанный с алюминием в титановых сплавах, он используется в реактивных двигателях , высокоскоростных самолетах и зубных имплантатах . Наиболее распространенным сплавом для изготовления бесшовных труб является титан 3 / 2,5, содержащий 2,5% ванадия, титановый сплав, который используют в аэрокосмической, оборонной и велосипедной промышленности. Другой распространенный сплав, который в основном производится в виде листов, - это титан 6AL-4V , титановый сплав с 6% алюминия и 4% ванадия.

Некоторые сплавы ванадия демонстрируют сверхпроводящие свойства. Первым сверхпроводником фазы A15 было соединение ванадия, V ₃ Si, которое было открыто в 1952 году. Ванадий-галлиевая лента используется в сверхпроводящих магнитах (17,5 тесла или 175 000 гаусс ). Структура сверхпроводящей фазы A15 V ₃ Ga аналогична структуре более распространенных Nb ₃ Sn и Nb ₃ Ti .

Было обнаружено, что небольшое количество ванадия в стали Wootz , от 40 до 270 частей на миллион, значительно улучшило прочность продукта и придало ему характерный узор. Источник ванадия в оригинальных стальных слитках Wootz остается неизвестным.

Ванадий может быть использован в качестве замены для молибдена в броневой стали, однако сплав получают намного более хрупкими и склонны к сколы на непроникающей воздействий. Третий рейх был одним из самых известных пользователей таких сплавов в бронированных машинах, таких как Tiger II или Jagdtiger .

Катализаторы

Оксид ванадия (V) - катализатор в контактном процессе производства серной кислоты.

Соединения ванадия широко используются в качестве катализаторов; Пятиокись ванадия V ₂ O ₅ используется в качестве катализатора при производстве серной кислоты контактным способом. В этом процессе диоксид серы ( SO
₂) окисляется до триоксида ( SO
₃): В этой окислительно-восстановительной реакции сера окисляется с +4 до +6, а ванадий восстанавливается с +5 до +4:

V ₂ O ₅ + SO ₂ → 2 VO ₂ + SO ₃

Катализатор регенерируют окислением воздухом:

4 ВО ₂ + О ₂ → 2 В ₂ О ₅

Подобные окисления используются при производстве малеинового ангидрида :

С ₄ Н ₁₀ + 3,5 О ₂ → С ₄ Н ₂ О ₃ + 4 Н ₂ О

Фталевый ангидрид и несколько других органических соединений производятся аналогичным образом. Эти экологически чистые химические процессы превращают дешевое сырье в многофункциональные и универсальные промежуточные продукты.

Ванадий является важным компонентом катализаторов на основе смешанных оксидов металлов, используемых для окисления пропана и пропилена до акролеина, акриловой кислоты или аммоксидирования пропилена до акрилонитрила. В процессе эксплуатации степень окисления ванадия динамически и обратимо изменяется в зависимости от содержания кислорода и пара в реагирующей сырьевой смеси.

Покрытия для стекла и керамики

Другой оксид ванадия, диоксид ванадия VO ₂ , используется в производстве стеклянных покрытий, которые блокируют инфракрасное излучение (и невидимый свет) при определенной температуре. Оксид ванадия можно использовать для создания центров окраски в корунде для создания ювелирных изделий, имитирующих александрит , хотя александрит по своей природе является хризобериллом . Пятиокись ванадия используется в керамике .

Другое использование

Ванадия окислительно - восстановительная батарея , тип батареи потока , представляет собой гальванический элемент , состоящий из водных ионов ванадия в различных состояниях окисления. Батареи этого типа были впервые предложены в 1930-х годах и начали коммерчески развиваться с 1980-х годов. В клетках используются ионы формальной степени окисления +5 и +2. Ванадиевые окислительно-восстановительные батареи используются в коммерческих целях для хранения энергии в сети .

Ванадат можно использовать для защиты стали от ржавчины и коррозии с помощью конверсионного покрытия . Ванадиевая фольга используется для плакирования титана и стали, поскольку она совместима как с железом, так и с титаном. Умеренное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов и короткий период полураспада изотопов, образующихся при захвате нейтронов, делают ванадий подходящим материалом для внутренней структуры термоядерного реактора .

Предложил

Оксид лития-ванадия был предложен для использования в качестве анода с высокой плотностью энергии для литий-ионных аккумуляторов при 745 Вт · ч / л в паре с катодом из оксида лития-кобальта . Фосфаты ванадия были предложены в качестве катода в литий-ванадий-фосфатной батарее , другом типе литий-ионной батареи.

Биологическая роль

Ванадий более важен в морской среде, чем в земной.

Активный центр фермента бромпероксидазы ванадия , который продуцирует преобладающие природные броморганические соединения .

Оболочки, подобные этой оболочке колокольчика, содержат ванадий в виде ванабинов .

Amanita muscaria содержит амавадин .

Ванадоэнзимы

Ряд видов морских водорослей продуцируют бромопероксидазу ванадия, а также близкородственную хлоропероксидазу (которая может использовать кофактор гема или ванадия) и йодопероксидазу . Бромопероксидаза производит приблизительно 1-2 миллиона тонн бромоформа и 56 000 тонн бромметана ежегодно. Большинство встречающихся в природе броморганических соединений продуцируются этим ферментом, катализируя следующую реакцию (RH - углеводородный субстрат):

RH + Br ^- + H ₂ O ₂ → R-Br + H ₂ O + OH ^-

Ванадия нитрогеназа используется некоторыми азотфиксирующих микроорганизмов, таких как Azotobacter . В этой роли ванадий заменяет более распространенный молибден или железо и придает нитрогеназе несколько иные свойства.

Накопление ванадия в оболочках

Ванадий необходим для оболочников , где он хранится в сильно подкисленных вакуолях определенных типов клеток крови, называемых ванадоцитами . Ванабины (белки, связывающие ванадий) были идентифицированы в цитоплазме таких клеток. Концентрация ванадия в крови асцидиевых оболочников в десять миллионов раз выше, чем в окружающей морской воде, которая обычно содержит от 1 до 2 мкг / л. Функция этой системы концентрации ванадия и этих белков, содержащих ванадий, до сих пор неизвестна, но ванадоциты позже откладываются прямо под внешней поверхностью туники, где они могут сдерживать хищников .

Грибы

Amanita muscaria и родственные виды макрогрибов накапливают ванадий (до 500 мг / кг в сухом весе). Ванадий присутствует в координационном комплексе амавадин в плодовых телах грибов. Биологическое значение скопления неизвестно. Предполагается, что действуюттоксическиеферментыилиферменты пероксидазы .

Млекопитающие

Дефицит ванадия приводит к замедлению роста крыс. Институт медицины США не подтвердил, что ванадий является важным питательным веществом для человека, поэтому не установлено ни рекомендованного, ни адекватного приема. Потребление с пищей оценивается от 6 до 18 мкг / день, при этом всасывается менее 5%. Допустимая верхний впускной Уровень (UL) , диетического ванадия, за пределами которого может возникнуть побочные эффекты, установлена на уровне 1,8 мг / сут.

Исследовать

Ванадилсульфат в качестве пищевой добавки был исследован как средство повышения чувствительности к инсулину или иного улучшения гликемического контроля у людей, страдающих диабетом. Некоторые из испытаний имели значительный лечебный эффект, но были признаны исследованиями низкого качества. Количество ванадия, использованного в этих испытаниях (от 30 до 150 мг), намного превышало безопасный верхний предел. Вывод системного обзора: «Нет строгих доказательств того, что пероральный прием ванадия улучшает гликемический контроль при диабете 2 типа. Регулярное использование ванадия для этой цели не может быть рекомендовано».

В астробиологии было высказано предположение, что дискретные скопления ванадия на Марсе могут быть потенциальной биосигнатурой микробов при использовании в сочетании с рамановской спектроскопией и морфологией.

Безопасность

Все соединения ванадия следует считать токсичными. Четырехвалентный VOSO ₄ Сообщалось, что , по крайней мере в 5 раз более токсичным , чем трехвалентного V ₂ O ₃ . Управление по охране труда и здоровья (OSHA) установило предел воздействия 0,05 мг / м ³ для пыли пятиокиси ванадия и 0,1 мг / м ³ для паров пятиокиси ванадия в воздухе рабочего места для 8-часового рабочего дня и 40-часовой рабочей недели. Национальный институт по охране труда и здоровья (NIOSH) рекомендовал 35 мг / м ³ ванадия считается немедленно опасным для жизни и здоровья, то есть, вероятно, вызовет постоянные проблемы со здоровьем или смерти.

Соединения ванадия плохо всасываются через желудочно-кишечный тракт. Вдыхание ванадия и соединений ванадия в первую очередь оказывает неблагоприятное воздействие на дыхательную систему. Однако количественных данных недостаточно для определения референсной дозы при субхроническом или хроническом вдыхании. Сообщалось о других эффектах после перорального или ингаляционного воздействия на параметры крови, печень, неврологическое развитие и другие органы у крыс.

Существует мало доказательств того, что ванадий или соединения ванадия являются репродуктивными токсинами или тератогенами . В исследовании NTP сообщалось, что пентоксид ванадия канцерогенен у самцов крыс, а также у самцов и самок мышей при вдыхании, хотя интерпретация результатов недавно оспаривалась. Канцерогенность ванадия не определялась Агентством по охране окружающей среды США .

Следы ванадия в дизельном топливе являются основным топливным компонентом при высокотемпературной коррозии . Во время горения ванадий окисляется и вступает в реакцию с натрием и серой, образуя соединения ванадата с температурой плавления до 530 ° C, которые разрушают пассивирующий слой стали и делают ее восприимчивой к коррозии. Твердые соединения ванадия также истирают детали двигателя.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

Слебодник, Карла; и другие. (1999). «Моделирование биологической химии ванадия: структурные исследования и исследования реакционной способности, выясняющие биологическую функцию» . В Хилле, Хью АО; и другие. (ред.). Сайты металлов в белках и моделях: фосфатазы, кислоты Льюиса и ванадий . Springer. ISBN 978-3-540-65553-4.

внешние ссылки

Видео

Ванадий в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)

Научно-исследовательские работы

постоянная мертвая связь ] Технический отчет National Instrument по ванадиюМетоды извлечения ванадия
ATSDR - ToxFAQ: Ванадий
Концентрация ванадия в морской воде и эстуариях составляет около 1,5–3,3 мкг / кг [1] .
Виды и круговорот ванадия в прибрежных водах [2]
Аноксия океана и концентрации молибдена и ванадия в морской воде [3]

Languages

In other projects