I mitten av 1900-talet dök det upp en term inom kemivetenskapen - metaller av strategisk betydelse. Det betydde en grupp grundämnen vars fysikalisk-kemiska egenskaper gjorde det möjligt att använda dem i produktionen av det militärindustriella komplexet. Vi pratar om metaller som krom, tantal, niob, molybden och volfram. Vanadin, vars egenskaper vi kommer att överväga i den här artikeln, upptar också med rätta en av de centrala platserna bland metallerna som används i modern maskinteknik, järnmetallurgi, verktygs- och kemisk produktion. Metallen bildar fyra oxider med syre, som i dem uppvisar en valens på 2, 3, 4 och 5. 5 som vi kommer att studera mer i detalj.
Meet vanadium
Inom kemivetenskap finns det en sedan länge etableradregeln som säger att karakteriseringen av ett kemiskt grundämne måste börja med dess position i det periodiska systemet för D. I. Mendelejev. Den kemiska formeln för vanadin som ett enkelt ämne är V, serienumret är 23, atommassan är 50, 9414. Den ligger i den fjärde perioden, den femte gruppen och är tillsammans med niob och tantal en typisk representant för eldfasta metaller. Prover av ett rent ämne är plastiska och har en silvergrå färg. Vanadinatomen är ett d-element, den har två s-elektroner på den sista energinivån, men de negativa partiklarna som är belägna på d-subnivån på samma fjärde nivå kommer också att vara valens.
Var finns metallen och vilka är dess fysiska egenskaper
Elementet i sig kan inte hittas i sin rena form i naturen. Men det finns som en obligatorisk komponent i polymetalliska och järnmalmer. Tidigare pratade vi om plasticiteten och formbarheten hos ett enkelt ämne, nu kommer vi att lägga till att de viktiga fysikaliska egenskaperna hos vanadin är höga kok- och smältpunkter, lika med 3400 ° C respektive 1920 ° C. Liksom titan försämrar det drastiskt sina fysikaliska och kemiska parametrar när det är förorenat med föroreningar som kväve, väte eller syre. I synnerhet minskar dess duktilitet och mekaniska styrka, och vanadin blir skört.
Specialkemiska egenskaper
Metal är kapabel till passivering, d.v.s. har en unik förmåga att motstå verkan av aggressiva kemiska miljöer: lösningar av syror, alkalier och s alter som bildar en skyddande film på ytan -vanadinoxid. Elementets kristallgitter har en kubisk struktur. Det bör också noteras att korrosionsbeständigheten hos stål som innehåller elementet är mycket hög, vilket gör att de kan användas som bärande fästelement för brostöd och oljeborrriggar till havs. Det är omöjligt att föreställa sig modern verktygstillverkning utan vanadinh altiga stål. Tillsammans med niob, krom och titan används grundämnet för att legera speciallegeringar som används inom raketvetenskap och rymdindustrin. Men koncentrerade nitrat- och sulfatsyror, en lösning av vätefluorid i vatten och en blandning av klorid- och nitratsyror, kallad aqua regia, interagerar lätt med metallen. Grundämnet vanadin som ett enkelt ämne kan reagera med klor, brom, svavel, och motsvarande s alter bildas. Med syre ger det flera oxider som skiljer sig mycket åt i sina kemiska egenskaper. Överväg dem vidare.
Basiska och amfotära oxider
Metalen bildar två oxider, VO och V2O3, som uppvisar typiska grundläggande egenskaper. I laboratoriet bryts monoxid genom reduktionsreaktionen V2O5 fint vanadinpulver. Basiska oxider reagerar med sura lösningar för att bilda motsvarande s alter. Och redan kan hydroxider erhållas från dem genom att utföra en utbytesreaktion med alkalier. Vanadin(III)oxid finns som en komponent i mineralet karelianit och erhålls i laboratoriet genom att värma V2O5 med svavel, kol eller väte. Båda basiska oxiderna har starkt uttalade reducerande egenskaper. Oxid VO2 är en typisk amfoter förening som reagerar med både syror och alkalier. I en lösning vars pH är mindre än 7 finns positivt laddade vanadyljoner VO2+, vilket ger lösningen en ljusblå färg, och polyvanadinsyras alter bildas i ett alkaliskt medium. Vanadin(IV)oxid drar till sig vatten, d.v.s. är ett hygroskopiskt ämne, i reaktioner beter sig det som ett reduktionsmedel.
Vanadiumhemipentoxide
Förening vars formel är V2O5, är den viktigaste metalloxiden. Det är ett vattenlösligt orange kristallint ämne som reagerar med alkalier och bildar vanadater - s alter av metavanadinsyra HVO3. Det används i stor utsträckning som en katalysator vid oxidation av svaveldioxid till svavelsyraanhydrid vid industriell produktion av sulfatsyra. Vanadinpentoxid har ett rombiskt kristallgitter och tecken på amfotericitet med övervägande sura oxidegenskaper. I reaktioner uppträder det som ett starkt oxidationsmedel. Sammansättningen används i glasteknik, medicin och organisk syntes.
Metoder för att extrahera vanadin från dess föreningar
Vi nämnde tidigare att metallen är en komponent i järnmalm. Vid masugnsproduktion övergår grundämnet tillsammans med föroreningar av kol och fosfor till gjutjärn. När stål smälts fälls vanadinoxid 5 ut i slaggsammansättningen, där dess innehåll kan nå 16 %. Lägger till detbordss alt och rostning av blandningen i ugnar, erhålls en produkt, som ytterligare löses i vatten. Det resulterande vattenh altiga koncentratet behandlas med sulfatsyra och V2O5 isoleras från det. För att isolera rent vanadin från oxid kan du använda kalciumtermimetoden - reduktion av metaller med metalliskt kalcium. För att minska de tekniska kostnaderna i reaktionen med vanadinpentoxid används ofta aluminium istället för kalcium. Metallen kan också erhållas genom att reducera trevärd vanadinoxid med kol.
Biologisk roll
Vanadium finns i levande organismer som ett spårämne, som är en del av den intercellulära vätskan i marina tagghudingar. Hos holothurier och sjöborrar är det associerat med proteiner som utför funktionen att transportera syre till celler och ta bort koldioxid. Innehållet av elementet är obetydligt i organismerna hos varmblodiga djur och människor, där det är i sammansättningen av pankreasenzymer, i neuroglia och nefroner. I växter är spårämnet involverat som ett enzym i den mörka fasen av fotosyntesen och påverkar nivån av klorofyllpigmentet som finns i kloroplaster. Det finns också i knölbakterier, som är kvävefixerare, i vävnader hos högre svampar. Som en del av chernozemen, tillsammans med föreningar av bor, koppar, zink och mangan, påverkar vanadinoxid markens bördighet.
I vår artikel studerade vi de grundläggande egenskaperna hos vanadin och dess oxider, och övervägde också användningen av dess föreningar iindustri.
