Mitte des 20. Jahrhunderts tauchte in der chemischen Wissenschaft ein Begriff auf - Metalle von strategischer Bedeutung. Es bedeutete eine Gruppe von Elementen, deren physikalisch-chemischen Eigenschaften es ermöglichten, sie bei der Herstellung des militärisch-industriellen Komplexes zu verwenden. Die Rede ist von Metallen wie Chrom, Tantal, Niob, Molybdän und Wolfram. Vanadium, auf dessen Eigenschaften wir in diesem Artikel eingehen werden, nimmt zu Recht einen der zentralen Plätze unter den Metallen ein, die im modernen Maschinenbau, in der Eisenmetallurgie, in der Werkzeug- und in der chemischen Produktion verwendet werden. Das Metall bildet mit Sauerstoff vier Oxide mit den Wertigkeiten 2, 3, 4 und 5. 5 die wir genauer untersuchen werden.
Vanadium kennenlernen
In der chemischen Wissenschaft gibt es eine alteingesessenedie Regel, dass die Charakterisierung eines chemischen Elements mit seiner Position im Periodensystem von D. I. Mendelejew. Die chemische Formel von Vanadium als einfacher Stoff ist V, die Seriennummer ist 23, die Atommasse ist 50, 9414. Es ist in der vierten Periode, der fünften Gruppe angesiedelt und zusammen mit Niob und Tantal ein typischer Vertreter von Vanadium hochschmelzende Metalle. Proben einer reinen Substanz sind plastisch und haben eine silbrig-graue Farbe. Das Vanadiumatom ist ein d-Element, es hat zwei s-Elektronen auf dem letzten Energieniveau, aber jene negativen Teilchen, die sich auf dem d-Subniveau des gleichen vierten Niveaus befinden, werden auch Valenz sein.
Wo wird das Metall gefunden und welche physikalischen Eigenschaften hat es?
Das Element selbst kommt in seiner reinen Form in der Natur nicht vor. Es ist jedoch als obligatorischer Bestandteil in Polymetall- und Eisenerzen vorhanden. Früher haben wir über die Plastizität und Formbarkeit einer einfachen Substanz gesprochen, jetzt werden wir hinzufügen, dass die wichtigen physikalischen Eigenschaften von Vanadium hohe Siede- und Schmelzpunkte sind, die 3400 ° C bzw. 1920 ° C entsprechen. Wie Titan verschlechtert es seine physikalischen und chemischen Parameter drastisch, wenn es mit Verunreinigungen wie Stickstoff, Wasserstoff oder Sauerstoff verunreinigt wird. Insbesondere nehmen seine Duktilität und mechanische Festigkeit ab und Vanadium wird spröde.
Besondere chemische Eigenschaften
Metall ist passivierbar, d.h. hat eine einzigartige Fähigkeit, der Einwirkung aggressiver chemischer Umgebungen zu widerstehen: Lösungen von Säuren, Laugen und Salzen, die einen Schutzfilm auf seiner Oberfläche bilden -Vanadiumoxid. Das Kristallgitter des Elements hat eine kubische Struktur. Zu beachten ist auch, dass die Korrosionsbeständigkeit von Stählen, die das Element enth alten, sehr hoch ist, was es ermöglicht, sie als tragende Befestigungsmittel für Brückenstützen und Offshore-Ölbohrinseln zu verwenden. Vanadiumh altige Stähle sind aus dem modernen Werkzeugbau nicht mehr wegzudenken. Zusammen mit Niob, Chrom und Titan wird das Element zum Legieren von Speziallegierungen verwendet, die in der Raketenwissenschaft und der Raumfahrtindustrie verwendet werden. Konzentrierte Nitrat- und Sulfatsäuren, eine Lösung von Fluorwasserstoff in Wasser und eine Mischung aus Chlorid- und Nitratsäuren, Königswasser genannt, interagieren jedoch leicht mit dem Metall. Das Element Vanadium kann als einfacher Stoff mit Chlor, Brom, Schwefel reagieren und es bilden sich die entsprechenden Salze. Mit Sauerstoff erhält man mehrere Oxide, die sich in ihren chemischen Eigenschaften stark unterscheiden. Betrachten Sie sie weiter.
Basische und amphotere Oxide
Das Metall bildet zwei Oxide, VO und V2O3, die typische basische Eigenschaften aufweisen. Im Labor wird Monoxid durch die Reduktionsreaktion V2O5 feines Vanadiumpulver abgebaut. Basische Oxide reagieren mit sauren Lösungen zu den entsprechenden Salzen. Und schon lassen sich aus ihnen durch Austauschreaktion mit Alkalien Hydroxide gewinnen. Vanadium(III)-oxid kommt als Bestandteil des Minerals Karelianit vor und wird im Labor durch Erhitzen V2O5 mit Schwefel gewonnen, Kohle oder Wasserstoff. Beide basischen Oxide haben stark ausgeprägte reduzierende Eigenschaften. Oxid VO2 ist eine typische amphotere Verbindung, die sowohl mit Säuren als auch mit Laugen reagiert. In einer Lösung, deren pH-Wert kleiner als 7 ist, werden positiv geladene Vanadylionen VO2+ gefunden, die der Lösung eine hellblaue Farbe verleihen, und Polyvanadinsäuresalze werden in einem alkalischen Medium gebildet. Vanadium(IV)oxid zieht Wasser an, d.h. ist ein hygroskopischer Stoff, verhält sich in Reaktionen wie ein Reduktionsmittel.
Vanadiumhemipentoxid
Verbindung mit der Formel V2O5, ist das wichtigste Metalloxid. Es ist eine wasserlösliche orangefarbene kristalline Substanz, die mit Alkalien reagiert, um Vanadate zu bilden - Salze der Metavanadinsäure HVO3. Es wird häufig als Katalysator bei der Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefelsäureanhydrid bei der industriellen Herstellung von Sulfatsäure verwendet. Vanadiumpentoxid hat ein rhombisches Kristallgitter und Anzeichen von Amphoterität mit einem Vorherrschen von sauren Oxideigenschaften. In Reaktionen verhält es sich wie ein starkes Oxidationsmittel. Die Verbindung wird in der Glastechnik, Medizin und organischen Synthese eingesetzt.
Methoden zur Extraktion von Vanadium aus seinen Verbindungen
Wir haben bereits erwähnt, dass das Metall ein Bestandteil von Eisenerz ist. Bei der Hochofenproduktion gelangt das Element zusammen mit Verunreinigungen aus Kohlenstoff und Phosphor in das Gusseisen. Wenn Stahl geschmolzen wird, fällt Vanadiumoxid 5 in der Zusammensetzung der Schlacke aus, wo sein Geh alt 16% erreichen kann. Hinzu kommtKochsalz und Rösten der Mischung in Öfen wird ein Produkt erh alten, das weiter in Wasser gelöst wird. Das resultierende wässrige Konzentrat wird mit Sulfatsäure behandelt und daraus V2O5 isoliert. Um reines Vanadium aus Oxid zu isolieren, können Sie die Calciumthermie-Methode verwenden - die Reduktion von Metallen mit metallischem Calcium. Um den technologischen Aufwand bei der Umsetzung mit Vanadiumpentoxid zu reduzieren, wird anstelle von Calcium häufig Aluminium verwendet. Das Metall kann auch durch Reduktion von dreiwertigem Vanadiumoxid mit Kohle gewonnen werden.
Biologische Rolle
Vanadium kommt in lebenden Organismen als Spurenelement vor, das Teil der interzellulären Flüssigkeit mariner Stachelhäuter ist. Bei Holothuriern und Seeigeln ist es mit Proteinen verbunden, die die Funktion haben, Sauerstoff zu den Zellen zu transportieren und Kohlendioxid zu entfernen. Der Geh alt des Elements ist in den Organismen von Warmblütern und Menschen unbedeutend, wo es sich in der Zusammensetzung von Pankreasenzymen, in Neuroglia und Nephronen befindet. In Pflanzen ist das Spurenelement als Enzym an der Dunkelphase der Photosynthese beteiligt und beeinflusst den Geh alt des in Chloroplasten befindlichen Chlorophyllpigments. Es findet sich auch in Knötchenbakterien, die Stickstofffixierer sind, in den Geweben höherer Pilze. Als Bestandteil des Schwarzerde wirkt Vanadiumoxid zusammen mit Verbindungen von Bor, Kupfer, Zink und Mangan auf die Bodenfruchtbarkeit.
In unserem Artikel haben wir die grundlegenden Eigenschaften von Vanadium und seinen Oxiden untersucht und auch die Verwendung seiner Verbindungen in Betracht gezogenBranche.
