Ванадий - Vanadium


Из Википедии, свободной энциклопедии

Ванадий,   23 В
Ванадий etched.jpg
Ванадий
Произношение / V ə п д я ə м / ( və- NAY -dee-əm )
Внешность сине-серебристо-серый металл
Стандартный атомный вес г, станд (V) , 50,9415 (1)
Ванадий в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
-

V

Nb
титанванадияхрома
Атомный номер ( Z ) 23
группа группа 5
период период 4
блок d-блок
категория Элемент   переходный металл
Электронная конфигурация [ Ar ] 3d 3 4s 2
Электроны в оболочке
2, 8, 11, 2
Физические свойства
Фаза на  STP твердый
Температура плавления 2183  К (1910 ° С, 3470 ° F)
Точка кипения 3680 К (3407 ° С, 6165 ° F)
Плотность (около  к.т. ) 6,0 г / см 3
когда жидкость (при  тре ) 5,5 г / см 3
Теплота плавления 21.5  кДж / моль
Теплота парообразования 444 кДж / моль
Молярная теплоемкость 24,89 Дж / (моль · К)
Давление газа
Р  (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к
при  Т  (К) 2101 2289 2523 2814 3187 3679
Атомные свойства
Окислительные состояния -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5 (ые  амфотерный оксид)
Электроотрицательность Полинг шкала: 1,63
энергия ионизации
  • 1-й: 650,9 кДж / моль
  • 2-й: 1414 кДж / моль
  • Третий: 2830 кДж / моль
  • ( Более )
Радиус атома эмпирические: 134  м
радиус Ковалентного 153 ± 8 вечера
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии ванадия
Другие свойства
Естественное явление исконный
Кристальная структура объемно-центрированной кубической (ОЦК)
Объемно-центрированная структура кубического кристалла для ванадия
Скорость звука тонкого стержня 4560 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширение 8,4 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность 30,7 Вт / (м · К)
Электрическое сопротивление 197 nΩ · м (при 20 ° C)
Магнитное упорядочение парамагнитный
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 Моосу 6,7
твердость по Виккерсу 628-640 МПа
твердость по Бринеллю 600-742 МПа
Количество CAS 7440-62-2
история
открытие Андрес Мануэль дель - Рио (1801)
Первая изоляция Нильс Габриел Сефстр (1830)
Названный Нильс Габриел Сефстр (1830)
Основные изотопы ванадия
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
48 В син 16 г β + 48 Ti
49 В син 330 г ε 49 Ti
50 В 0,25% 1,5 × 10 17  лет ε 50 Ti
β - 50 Кр
51 В 99,75% стабильный
| Рекомендации

Ванадий является химическим элементом с символом V и атомным номером 23. Это трудно, серебристо-серыми, ковкий , ковкий переходный металл . Элементный металл редко встречается в природе, но как только изолированный искусственно, то формирование оксидного слоя ( пассивация ) несколько стабилизирует свободный металл от дальнейшего окисления .

Андрес Мануэль дель Рио обнаружил соединение ванадия в 1801 году в Мексике путем анализа нового свинец минерала водоносного он назвал «коричневый свинец», и предполагается его качество было обусловлено наличием нового элемента, который он назвал Erythronium (производную от греческого «красный») , так как при нагревании, большинство солей стало красным. Четыре года спустя, однако, он был (ошибочно) убеждено , другими учеными , что Erythronium был идентичен хромом . Хлориды ванадия были получены в 1830 году Нильсом Gabriel Сефстрем , который тем самым доказал , что новый элемент был вовлечен, который он назвал «ванадий» после скандинавской богини красоты и плодородия, Vanadis ( Фрея ). Оба названия были отнесены к широкому диапазону цветов , найденным в ванадиевых соединениях. Ведущий минерал Дель Рио был позже переименован ванадинит за его содержание ванадия. В 1867 году Генри Энфилд Роско получен чистый элемент.

Ванадий происходит естественным образом в течение примерно 65 минералов и ископаемых видов топлива месторождений. Он производится в Китае и России из стали плавильного шлака ; другие страны производят его либо из магнетита непосредственно, котельного уноса тяжелой нефти, или в качестве побочного продукта в урановой добыче. Он в основном используется для производства специальных стальных сплавов , таких как быстрорежущих сталей инструмента . Наиболее важное промышленный соединение ванадия, пентаоксид ванадия , используются в качестве катализатора для производства серной кислоты . Ванадиевой редокс - батарея для хранения энергии может быть важным применением в будущем.

Большие количества ванадиевых ионов находятся в нескольких организмов, возможно , в качестве токсина . Оксид и некоторые другие соли ванадия имеют умеренную токсичность. В частности , в океане, ванадий используются некоторыми формы жизни в качестве активного центра ферментов , таких , как ванадий bromoperoxidase некоторых океана водорослей .

история

Ванадий был обнаружен на Andrés Manuel дель Рио , испанский-мексиканский минералог, в 1801 году Дель Рио извлек элемент из образца мексиканского «коричневого» свинца руды, позднее названный ванадинит . Он обнаружил , что его соли проявляют большое разнообразие цветов, и в результате он назвал элемент panchromium (греческий: παγχρώμιο «все цвета»). Позже Дель Рио переименована элемента Erythronium (греческий: ερυθρός «красный») , потому что большинство солей покраснело при нагревании. В 1805 году французский химик Ипполит Виктор Колле-Descotils , при поддержке друга дель Рио барон Александр фон Гумбольдт , неправильно заявил , что новый элемент - дель - Рио был только нечистый образец хрома . Дель Рио принял заявление цангового Descotils' и отказался от своих претензий.

В 1831 году шведский химик Нильс Габриэль Сефстрем вновь элемент в новом окисью он нашел во время работы с железными рудами . Позднее в том же году, Фридрих Wöhler подтвердил более ранние работы Дель Рио. Сефстрем выбрал имя , начинающееся с V, который не был назначен к любому элементу еще. Он назвал элемент ванадий после древнескандинавского Vanadis (другое название для скандинавской Vanr богини Фрейи , чьи атрибуты включают в себя красоту и плодородие), из - за многочисленных красиво окрашенных химических соединений , которые она производит. В 1831 году геолог Джордж Уильям Featherstonhaugh предположил , что ванадий должен быть переименован в « rionium » после того, как дель - Рио, но это предложение не последовало.

Модель T используется ванадиевая сталь в своем шасси .

Выделение ванадия металла оказалось трудным. В 1831 году, Берцелиус сообщила о производстве металла, но Генри Энфилд Роско показал , что Берцелиус был на самом деле получают нитрид, нитрид ванадия (VN). Роско в конечном итоге получают металл в 1867 году путем восстановления ванадия хлорида (II) , VCl 2 , с 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. Ванадиевой стали позволило уменьшения веса при одновременном увеличении прочности на разрыв (приблизительно 1905). За первое десятилетие 20 - го века, большинство ванадиевой руды добывается американской Ванадий компании из Минас Ragra в Перу. В дальнейшем спрос на уран выросли, что привело к увеличению добычи руд, метала. Одним из основных урановых руд была карнотитом , который также содержит ванадий; Таким образом, ванадий стал доступен в качестве побочного продукта при производстве урана. В конце концов добыча урана начала поставлять большую долю спроса на ванадий.

Немецкий химик Мартин Хенз обнаружил ванадий в гемованадин белков , обнаруженных в клетках крови (или полостные клетки) из асцидии (асцидии) в 1911 году.

Характеристики

Высокой чистоты (99,95%) ванадия кубоиды, ebeam переплавленный и макро-травления

Ванадий является средней твердости, пластичным , стального цвета металла. Это электрический проводящее и термически изолирующий . Некоторые источники описывают ванадий , как «мягкий», возможно , потому , что это пластичный, ковкий , а не хрупкий . Ванадий труднее , чем большинство металлов и стали (см твердостей 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 оксид пассивирования форм слоя 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 V с периодом полураспада 330 дней и 48 V с периодом полураспада 16,0 дней. Остальные радиоактивные изотопы имеют периоды полураспада короче , чем через час, большинство ниже 10 секунд. По крайней мере , четыре изотопа имеет метастабильные возбужденные состояния . Захват электрона является основным типом распада для изотопов легче , чем 51 В. Для более тяжелых, наиболее распространенным способом 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.

Химия

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

Химия ванадия примечательна доступность четыре смежных состояний окисления 2-5. В водном растворе , ванадий образует металлические комплексы aquo которых цвет сирень [V (H 2 O) 6 ] 2+ , зеленый [V (H 2 O) 6 ] 3+ , синий [VO (H 2 O) 5 ] 2+ , желтый VO 3 - . Ванадий (II) является соединение , восстановители, и ванадий (V) соединение окислителей. Ванадий (IV) , соединения часто существуют в виде ванадильных производные, которые содержат VO 2+ центр.

Аммоний ванадат (V) , (NH 4 VO 3 ) может быть последовательно уменьшен с элементарным цинком , чтобы получить различные цвета ванадия в этих четырех состояниях окисления. Более низкие степени окисления происходят в соединениях , таких как V (CO) 6 , [V (CO)
6
] -
и замещенные производные.

Наиболее коммерчески важным соединением является пятиокиси ванадия . Он используется в качестве катализатора для производства серной кислоты. Это соединение окисляет диоксид серы ( SO
2
) ктриоксид(SO
3
). В этойокислительновосстановительной реакции, сера окисляется от +4 до +6, и ванадия уменьшается от +5 до +4:

В 2 O 5 + SO 2 → 2 VO 2 + SO 3

Катализатор регенерируют путем окисления с воздухом:

4 VO 2 + O 2 → 2 V 2 O 5

Подобные окисления используются в производстве малеинового ангидрида , фталевого ангидрида , а также несколько других сыпучих органических соединений.

Ванадия окислительно - восстановительная батарея использует все четыре состояния окисления; один электрод использует + 5 / + 4 пары , а другой использует пару + 3 / + 2. Преобразование этих состояний окисления иллюстрируется восстановлением сильно кислым раствором ванадия (V) с соединением цинковой пылью или амальгамы. Первоначальный желтый цвет характеристика иона pervanadyl [VO 22 O) 4 ] + заменяется синим цветом [VO (H 2 O) 5 ] 2+ , а затем зеленым цветом [V (H 2 о) 6 ] 3+ , а затем фиолетовый цвет [V (Н 2 о) 6 ] 2+ .

оксианионы

Decavanadate структура

В водном растворе, ванадий (V) , образует обширное семейство оксианионов . Взаимосвязи в этом семействе описываются преобладание диаграммы , которая показывает , по меньшей мере , 11 видов, в зависимости от рН и концентрации. Тетраэдрической ортованадат ион, В.О. 3-
4
, является основными видами , присутствующими при рНе 12-14. Аналогичные по размеру и заряда до фосфора (V), ванадия (V) , также параллельно его химии и кристаллографии. Ортованадат В О 3-
4
используется в кристаллографии белка для изучения биохимии фосфата. Tetrathiovanadate [В. С. 4 ] 3- аналогично ортованадат иона.

При более низких значениях рН, мономер [ХВО 4 ] 2- и димера [V 2 O 7 ] - образуются, с преобладанием мономера при концентрации ванадия менее чем с. 10 -2 М (мы> 2, где пВ равны минус значение логарифма общей концентрации ванадия / M). Образование иона divanadate аналогично формированию дихромата иона. По мере того как рН снижается, дополнительно протонирования и конденсат polyvanadates происходит: при рН 4-6 [Н 2 О. 4 ] - преобладает в мкВ больше , чем приблизительно 4, в то время как при более высоких концентрациях тримеров и тетрамеров образуются. Между рН 2-4 decavanadate преобладает, его формирование из ортованадат представлено эта реакция конденсации:

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

В decavanadate, каждый (V) , V центр окружен шестью оксидных лигандов . Ванадиевая кислота, Н 3 ВО 4 существует только при очень низких концентрациях , поскольку протонировании тетраэдрического вида [Н 2 О. 4 ] - приводит к преимущественному образованию октаэдрических [VO 2 (H 2 O) 4 ] + виды. В сильно кислых растворах рН <2. [VO 22 O) 4 ] + является преобладающим видом, в то время как оксид V 2 O 5 выпадает в осадок из раствора при высоких концентрациях. Оксид формально ангидрид кислоты из ванадиевой кислоты. Структуры многих ванадата соединений были определены с помощью рентгеновской кристаллографии.

Диаграмма Пурб для ванадия в воде

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

Ванадий (V) , образует различные пероксокомплексов, прежде всего в активном сайте ванадийсодержащего bromoperoxidase ферментов. Виды ВО (O) 22 О) 4 + стабилен в кислых растворах. В щелочных растворах, виды с 2, 3 и 4 пероксидных групп известны; последние формы фиолетовых солей с формулой M 3 V (O 2 ) 4 нГны 2 О (М = Li, Na, и т.д.), в котором ванадий имеет 8-координаты додекаэдрическую структуру.

производные галогенидов

Двенадцать бинарных галогениды , соединения с формулой VX п (п = 2..5), известны. В. 4 , VCl 5 , VBR 5 , В.И. 5 не существуют или крайне неустойчивы. В сочетании с другими реагентами, VCl 4 используется в качестве катализатора для полимеризации диенов . Как и во всех бинарных галогенидов, те из ванадия Льюиса кислыми , особенно те из V (IV) и V (V). Многие галогениды образуют октаэдрические комплексы с формулой VX п L 6- п (Х = галогенид, L = другой лиганд).

Многие ванадия оксигалогениды (формула В.О. м Х п ) известны. Окситрихлорид и oxytrifluoride ( VOCl 3 и ВОФ 3 ) являются наиболее широко изучены. Родственный POCl 3 , они являются летучими, принимает тетраэдрические структуры в газовой фазе, а также кислоты Льюиса.

Координационные соединения

Мяч и пряника модель из VO 55 Н 7 ) 2

Комплексы ванадия (II) и (III) , являются относительно инертного обмена и сокращения. Те из V (IV) и V (V) являются окислители. Ванадий ионы довольно велики , и некоторые комплексы достижения координационных чисел больше 6, как это имеет место в [V (CN) 7 ] 4- . Oxovanadium (V) , также образует 7 координат координационные комплексы с тетрадентатными лигандов и пероксиды , и эти комплексы используются для окислительных brominations и тиоэфирные окислений. Координация химия V 4+ доминирует ванадили центр, VO 2+ , который связывает четыре других лигандов сильно и слабо один (тот транс к ванадил центр). Пример ванадилацетилацетонат (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 ванадили комплексы имеют тригональную bypyramidal геометрии, такие как VOCl 2 (NMe 3 ) 2 . Координация химии V 5+ доминирует относительно стабильных координационных комплексов dioxovanadium которые часто образуются в результате воздушных окисления ванадия (IV) , предшественники , указывающие на стабильность состояния окисления +5 и легкость взаимопревращения между +4 и +5 состояния.

металлоорганические соединения

Металлоорганическая химия ванадия хорошо развита, хотя она имеет в основном только академическое значение. Vanadocene дихлорид является универсальным исходным реагентом , и даже находит некоторые приложения в органической химии. Ванадий карбонил , V (CO) 6 , является редким примером парамагнитного карбонила металла . Снижение дает V (СО) -
6
( изоэлектронный с Cr (CO) 6 ), который может быть дополнительно уменьшен с натрием в жидком аммиаке с получением V (CO) 3-
5
(изоэлектронный с Fe (CO) 5 ).

Вхождение

вселенная

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

земной коры

Ванадий является 20 - самым распространенным элементом в земной коре; металлический ванадий редко в природе (известной как минеральный ванадий, родной ванадий ), но соединения ванадия встречаются в природе в около 65 различных минералов .

В начале 20 - го века было обнаружено крупное месторождение ванадия руды. В течение нескольких лет этот patrónite (VS 4 ) депозит был экономически значимым источником для ванадия руды. При производстве радий в 1910 - х и 1920 - х годах из карнотита ( K 2 (UO 2 ) 2 (VO 4 ) 2 · 3H 2 O ) ванадиевой стали доступны в качестве побочного продукта радия и урана производства. Ванадинит ( Pb 5 (VO 4 ) 3 Cl ) и другие ванадиевые минералы добывают только в исключительных случаях. С ростом спроса, в настоящее время большая часть производства ванадия в мире поступает из ванадий-подшипникового магнетита найдены в ультраосновных габбро тел. Если это титаномагнетит используются для производства чугуна большой части ванадия заканчивается в шлаке и извлекаются оттуда.

Ванадий добывается в основном в Южной Африке , на северо-западе Китая и на востоке России . В 2013 году эти три страны добывают более 97% от 79000 тонн произведенного ванадия.

Ванадий также присутствует в бокситов и в месторождениях нефти , угля , горючих сланцев и нефтеносных песков . В сырой нефти, были зарегистрированы концентрации до 1200 частей на миллион. Когда такие нефтепродукты сжигаются, следы ванадия могут вызвать коррозию в двигателях и котлах. По оценкам , 110000 тонн в год ванадия выпущены в атмосферу при сжигании ископаемого топлива.

вода

Ионы ванадили в изобилии в морской воде , имеющие среднюю концентрацию 30 нМа . Некоторые минеральные источники также содержат ион в высоких концентрациях. Так , например, пружины возле горы Фудзи содержат до 54 мкг за литр .

производство

Вакуумный сублимированной ванадий дендритные кристаллы (99,9%)
Кристалл-бар ванадий, показывая различные текстуры и окисление поверхности; 99,95% куб для - чистое сравнения

Ванадий металл получают путем многостадийным процессом , который начинается с обжигом дробленой руды с NaCl или Na 2 CO 3 при температуре около 850 ° С с получением метаванадата натрия (Navo 3 ). Водный экстракт этого твердого вещества подкисляют , чтобы дать «красный торт», а поливанадата соль, которое восстанавливают с кальцием металла. В качестве альтернативы для мелкого производства, пентаоксид ванадия восстанавливают водородом или магния . Многие другие методы также используются, во всех из которых ванадий получают в качестве побочного продукта других процессов. Очистка ванадия можно с помощью процесса кристалла бара , разработанного Anton Эдуарда вана Arkel и Яна Хендрика де Бур в 1925 году включает образование иодида металла, в данном примере ванадии (III) , иодид , и последующее разложение с получением чистого металла :

2 В + 3 I 2 ⇌ 2 В. 3
феррованадия ломти

Большинство ванадия используется в качестве стального сплава под названием феррованадия . Феррованадий получают непосредственно путем восстановлени смеси оксида ванадия, оксидов железа и железа в электрической печи. Ванадия заканчивается в передельного чугуна , полученного из ванадий-подшипника магнетита. В зависимости от используемой руды, шлак содержит до 25% ванадия.

Приложения

Инструмент изготовлен из стали ванадия

сплавы

Приблизительно 85% ванадия , полученного используется как феррованадия или в виде стальной добавки. Значительное увеличение прочности в стал , содержащим небольшое количество ванадия было обнаружено в начале 20 - го века. Ванадий образует стабильные нитриды и карбиды, что приводит к значительному увеличению прочности стали. С того времени, ванадиевая сталь была использована для применения в мостах , велосипедных рам, коленчатые валы , шестерни, и других важных компонентов. Существуют две группы ванадия стальных сплавов. Ванадий высокоуглеродистой стали сплавы содержат от 0,15% до 0,25% ванадия, а также высокоскоростных инструментальных сталей (HSS) , имеют содержание ванадия от 1% до 5%. Для высокоскоростных инструментальных сталей, твердость выше HRC 60 может быть достигнута. HSS сталь используется в хирургических инструментов и инструментов . Порошок-металлургические сплавы содержат до 18% процентов ванадия. Высокое содержание карбидов ванадия в этих сплавах значительно повышает износостойкость. Одно из применений для этих сплавов инструменты и ножи.

Ванадий стабилизирует бета - форму титана и повышает прочность и стабильность температуры титана. Смешанный с алюминием в титановых сплавах, он используется в реактивных двигателей , высокоскоростных планеров и зубных имплантатов . Наиболее распространенный сплав для бесшовных труб является титан 3 / 2,5 , содержащего 2,5% ванадия, титанового сплава выбора в аэрокосмической, оборонной и велосипедных промышленности. Другой распространенный сплав, в первую очередь выпускается в листах, является титан 6Al-4V , титановый сплав с 6% алюминия и 4% ванадия.

Несколько ванадиевых сплавы показывают сверхпроводящее поведение. Первая фаза А15 сверхпроводника соединение ванадия, V 3 Si, который был обнаружен в 1952 году ванадий-галлий ленты используется в сверхпроводящих магнитах (17,5 тесла или 175.000 гса ). Структура сверхпроводящего А15 фазы V 3 Ga аналогично из наиболее распространенных Nb 3 Sn и Nb 3 Ti .

Было высказано предположение , что небольшое количество, от 40 до 270 частей на миллион, ванадия в булат стали и дамасской стали значительно улучшена прочность продукта, хотя источником ванадия является неясным.

Другие области применения

Ванадий (V) , оксид представляет собой катализатор , в процессе контакта для получения серной кислоты

Соединения ванадия широко используются в качестве катализаторов; например, наиболее распространенный оксид ванадия, пентаоксид ванадия V 2 O 5 , используют в качестве катализатора в производстве серной кислоты в процессе контакта и в качестве окислителя в малеинового ангидрида производства. Ванадий пятиокись используется в керамике . Ванадий является важным компонентом смешанных катализаторов оксидов металлов , используемых при окислении пропана и пропилена до акролеина, акриловой кислоты или окислительный аммонолиза пропилена в акрилонитрил. В службе, степень окисления ванадия изменяется динамически и обратим с кислородом и содержанием пара реагирующей смеси исходных материалов . Другой оксид ванадия, диоксид ванадия VO 2 , используется в производстве стеклянных покрытий, который блокирует инфракрасное излучение (и не видимый свет) при определенной температуре. Оксид ванадия может быть использован для индуцирования центров окраски в корунде , чтобы создать имитацию александрита ювелирных изделий, хотя александрит по своей природе является хризобериллом .

Окислительно - восстановительная батарея Ванадия , тип батареи потока , представляет собой гальванический элемент , состоящий из водных ионов ванадия в различных состояниях окисления. Батареи типа впервые были предложены в 1930 году и разработал коммерчески с 1980 - х годов. Клетки используют +5 и +2 формальных ионы окислительного состояния. Ванадий редокс батарея используется в коммерческих целях для хранения энергии сетки .

Vanadate могут быть использованы для защиты стали от ржавчины и коррозии конверсионного покрытия . Ванадий фольга используется в плакирующем титане к стал , поскольку он совместит как с железом и титаном. Умеренно тепловые нейтроны, сечение захвата и короткий период полураспад изотопов при захвате нейтронов делают ванадий подходящий материал для внутренней структуры термоядерного реактора .

Предложил

Оксид лития ванадия был предложен для использования в качестве анода с высокой плотностью энергии для литий - ионных батарей , на 745 Вт · ч / л , когда в паре с оксидом лития кобальта катода. Ванадий фосфаты были предложены в качестве катода в литиевой батарее фосфата ванадия , другой типа литий-ионной батареи.

Биологическая роль

Польза для здоровья ванадия и его потенциал в качестве противоопухолевого средства, были рассмотрены. Ванадий является более важным в морской среде, чем наземные.

Активный участок фермента ванадия bromoperoxidase , который производит преобладание в природе броморганических соединений .
Оболочники , такие как этот колокольчик оболочник содержат ванадий в качестве vanabin .
Мухомор содержит amavadin .

Vanadoenzymes

Целый ряд видов морских водорослей продукции ванадий bromoperoxidase , а также тесно связаны хлорпероксидазы (которые могут использовать гем или ванадий кофактор) и iodoperoxidases . Bromoperoxidase производит примерно 1-2 миллиона тонн бромоформа и 56000 тонн бромметан в год. Наиболее естественные броморганические соединения производятся этим ферментом, катализирующая реакция следующей (RH представляет углеводородный субстрат):

RH + Br - + Н 2 O 2 → R-Br + Н 2 О + ОН -

Ванадия нитрогеназа используется некоторыми азотфиксирующих микроорганизмов, таких как Azotobacter . В этой роли, ванадий замещает более-общий молибден или железо , и дает нитрогеназной несколько иные свойства.

Накопление ванадия в оболочниках и асцидиях

Ванадий имеет важное значение для асцидий и оболочников , где она хранится в высокоразвитом подкисленной вакуоле некоторых типов клеток крови, обозначенный «vanadocytes». Vanabins (ванадий связывающие белки), были идентифицированы в цитоплазме таких клеток. Концентрация ванадия в крови асцидии является такой же , как десять миллионов раз выше , чем в окружающей морской водой, который обычно содержит от 1 до 2 мкг / л. Функция этой системы концентрации ванадия и ванадий этих несущих белков до сих пор неизвестно, но vanadocytes позже осаждается только под наружной поверхностью туники , где они могут сдерживать хищник .

Грибы

Мухомор красные и связанныеними виды macrofungi накапливают ванадий (до 500 мг / кг в пересчетесухой массе). Ванадий присутствует в координации комплексной amavadin в грибных плодовых телах. Биологическое значение накопления неизвестно. Токсичные или пероксидаза функции фермента были предложены.

Млекопитающие

Недостатки в результате ванадия к снижению роста у крыс. Институт медицины США не подтвердил , что ванадий является важным питательным веществом для человека, поэтому ни Рекомендуемого Диетические Впускной ни адекватное потребление было установлено. Диетическое потребление оценивается в 6 до 18 мкг / день, с менее чем 5% поглощенной. Верхний допустимый уровень потребления (UL) , диетического ванадий, за пределами которого могут возникнуть побочные эффекты, установлен на уровне 1,8 мг / сут.

Исследование

Ванадилсульфат в качестве пищевой добавки был исследован как средство повышения чувствительности к инсулину или иным образом улучшая гликемический контроль у людей, которые являются сахарным диабетом. Некоторые из этих исследований имели существенные эффекты лечения, но были признаны как плохое качество исследования. Количества ванадия, используемые в этих испытаниях (от 30 до 150 мг) значительно превышает безопасный верхний предел. Вывод системного обзора был «Там нет строгого доказательства того, что пероральный добавок ванадия улучшает гликемический контроль при диабете 2 типа. Рутинное применение ванадия для этой цели не может быть рекомендовано.»

В астробиологии , было высказано предположение , что дискретные скопления ванадия на Марсе может быть потенциальной микробной биосигнатурой , при использовании в сочетании с спектроскопией комбинационного рассеяния света и морфологией.

безопасности

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) установила предел экспозиции 0,05 мг / м 3 для пятиокиси ванадия пыли и 0,1 мг / м 3 для пентоксида ванадия паров в воздухе рабочей зоны для 8-часового рабочего дня, 40-часовой рабочей неделе. 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 всасывается через желудочно-кишечный тракт. Вдыхание ванадия и ванадиевых соединений приводит, прежде всего, в неблагоприятных воздействий на дыхательную систему. Количественные данные, однако, недостаточно для определения СУБХРОНИЧЕСКОЙ или хронического ссылочный ингаляций дозы. Другие эффекты были зарегистрированы после пероральных или ингаляционных воздействий на показатели крови, печени, развитие нервной системы и других органов у крыс.

Существует мало доказательств того, что ванадий или ванадий соединения являются репродуктивными токсинами или тератогенными . Пентаоксид ванадия , как сообщалось, канцерогенными у самцов крыс и у самцов и самок мышей путем ингаляции в исследовании NTP, хотя интерпретация результатов недавно была спорной. Канцерогенность ванадия не определяется Агентством по охране окружающей среды Соединенных Штатов .

Ванадий следы в дизельных топлив являются основным компонентом топлива в высокотемпературной коррозии . Во время сгорания, ванадий окисляется и вступает в реакцию с натрием и серой, получая ванадата соединений с точками плавления , как низко как 530 ° С, которые нападают на пассивирующий слой на стали и сделать его восприимчивым к коррозии. Твердые соединения ванадия также истирание компоненты двигателя.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

Видео
Научно-исследовательские работы
  • постоянная битая ссылка ] National Instrument Ванадий Технического отчетметода восстановления Ванадий
  • ATSDR - ToxFAQs: Ванадий
  • Концентрация ванадия в морской воде и устьевых среде составляет около 1.5-3.3 мкг / кг [1] .
  • Ванадий видообразования и езда на велосипеде в прибрежных водах [2]
  • Океан аноксии и концентрации молибдена и ванадия в морской воде [3]