Teen die middel van die 20ste eeu het 'n term in die chemiese wetenskap verskyn - metale van strategiese belang. Dit het 'n groep elemente beteken wie se fisies-chemiese eienskappe dit moontlik gemaak het om dit in die produksie van die militêr-industriële kompleks te gebruik. Ons praat van metale soos chroom, tantaal, niobium, molibdeen en wolfram. Vanadium, wie se eienskappe ons in hierdie artikel sal oorweeg, beklee ook met reg een van die sentrale plekke onder die metale wat gebruik word in moderne meganiese ingenieurswese, ysterhoudende metallurgie, gereedskap en chemiese produksie. Die metaal vorm vier oksiede met suurstof, wat daarin 'n valensie van 2, 3, 4 en 5 toon. 5 wat ons in meer besonderhede sal bestudeer.
Ontmoet vanadium
In chemiese wetenskap is daar 'n lang gevestigdedie reël wat bepaal dat die karakterisering van 'n chemiese element moet begin met sy posisie in die periodieke sisteem van D. I. Mendeleev. Die chemiese formule van vanadium as 'n eenvoudige stof is V, die reeksnommer is 23, die atoommassa is 50, 9414. Dit is geleë in die vierde periode, die vyfde groep en is saam met niobium en tantaal 'n tipiese verteenwoordiger van vuurvaste metale. Monsters van 'n suiwer stof is plastiek en het 'n silwergrys kleur. Die vanadiumatoom is 'n d-element, dit het twee s-elektrone op die laaste energievlak, maar daardie negatiewe deeltjies wat op die d-subvlak van dieselfde vierde vlak geleë is sal ook valensie wees.
Waar word die metaal gevind en wat is die fisiese eienskappe daarvan
Die element self kan nie in sy suiwer vorm in die natuur gevind word nie. Maar dit is teenwoordig as 'n verpligte komponent in polimetaal- en ystererts. Ons het vroeër gepraat oor die plastisiteit en smeebaarheid van 'n eenvoudige stof, nou sal ons byvoeg dat die belangrike fisiese eienskappe van vanadium hoë kook- en smeltpunte is, onderskeidelik gelyk aan 3400 ° C en 1920 ° C. Soos titanium, versleg dit sy fisiese en chemiese parameters drasties wanneer dit met onsuiwerhede soos stikstof, waterstof of suurstof besmet word. Veral die rekbaarheid en meganiese sterkte daarvan word verminder, en vanadium word bros.
Spesiale chemiese eienskappe
Metaal is in staat tot passivering, d.w.s. het 'n unieke vermoë om die werking van aggressiewe chemiese omgewings te weerstaan: oplossings van sure, alkalieë en soute, wat 'n beskermende film op die oppervlak vorm -vanadiumoksied. Die kristalrooster van die element het 'n kubieke struktuur. Daar moet ook op gelet word dat die korrosiebestandheid van staal wat die element bevat baie hoog is, wat dit moontlik maak om dit as draende bevestigingsmiddels vir brugstutte en buitelandse olieboorplatforms te gebruik. Dit is onmoontlik om moderne gereedskapproduksie voor te stel sonder vanadiumbevattende staal. Saam met niobium, chroom en titanium word die element gebruik om spesiale legerings te leger wat in vuurpylwetenskap en die ruimtebedryf gebruik word. Gekonsentreerde nitraat- en sulfaatsure, 'n oplossing van waterstoffluoried in water, en 'n mengsel van chloried- en nitraatsure, genoem aqua regia, werk egter maklik met die metaal. Die element vanadium as 'n eenvoudige stof kan reageer met chloor, broom, swael, en die ooreenstemmende soute word gevorm. Met suurstof gee dit verskeie oksiede wat baie verskil in hul chemiese eienskappe. Oorweeg hulle verder.
Basiese en amfoteriese oksiede
Die metaal vorm twee oksiede, VO en V2O3, wat tipiese basiese eienskappe vertoon. In die laboratorium word monoksied ontgin deur die reduksiereaksie V2O5 fyn vanadiumpoeier. Basiese oksiede reageer met suuroplossings om die ooreenstemmende soute te vorm. En reeds kan hidroksiede daaruit verkry word deur 'n uitruilreaksie met alkalië uit te voer. Vanadium(III)oksied word gevind as 'n komponent van die mineraal karelianiet, en word in die laboratorium verkry deur V2O5 met swael te verhit, steenkool of waterstof. Beide basiese oksiede het sterk uitgesproke reducerende eienskappe. Oksied VO2 is 'n tipiese amfoteriese verbinding wat met beide sure en alkalieë reageer. In 'n oplossing waarvan die pH minder as 7 is, word positief gelaaide vanadielione VO2+ gevind, wat die oplossing 'n ligblou kleur gee, en polivanadiese suursoute word in 'n alkaliese medium gevorm. Vanadium (IV) oksied trek water aan, m.a.w. is 'n higroskopiese stof, in reaksies tree dit op soos 'n reduseermiddel.
Vanadiumhemipentoxide
Verbinding waarvan die formule V2O5 is, is die belangrikste metaaloksied. Dit is 'n wateroplosbare oranje kristallyne stof wat met alkalieë reageer om vanadate te vorm - soute van metavanadiese suur HVO3. Dit word wyd gebruik as 'n katalisator in die oksidasie van swaeldioksied tot swaelsuuranhidried in die industriële produksie van sulfaatsuur. Vanadiumpentoksied het 'n rombiese kristalrooster en tekens van amfoterisiteit met 'n oorheersing van suuroksied eienskappe. In reaksies tree dit op as 'n sterk oksideermiddel. Die verbinding word gebruik in glastegnologie, medisyne en organiese sintese.
Metodes om vanadium uit sy verbindings te onttrek
Ons het vroeër genoem dat die metaal 'n komponent van ystererts is. In hoogoondproduksie gaan die element saam met onsuiwerhede van koolstof en fosfor in gietyster oor. Wanneer staal gesmelt word, presipiteer vanadiumoksied 5 in die samestelling van slak, waar die inhoud daarvan 16% kan bereik. Daarby voegtafelsout en rooster die mengsel in oonde, word 'n produk verkry, wat verder in water opgelos word. Die resulterende waterige konsentraat word met sulfaatsuur behandel en V2O5 word daaruit geïsoleer. Om suiwer vanadium van oksied te isoleer, kan jy die kalsiumtermie-metode gebruik - die vermindering van metale met behulp van metaalkalsium. Om tegnologiese koste in die reaksie met vanadiumpentoksied te verminder, word aluminium dikwels in plaas van kalsium gebruik. Die metaal kan ook verkry word deur driewaardige vanadiumoksied met steenkool te reduseer.
Biologiese rol
Vanadium is teenwoordig in lewende organismes as 'n spoorelement, wat deel is van die intersellulêre vloeistof van mariene stekelhuidiges. By holothurians en see-egels word dit geassosieer met proteïene wat die funksie verrig om suurstof na selle te vervoer en koolstofdioksied te verwyder. Die inhoud van die element is onbeduidend in die organismes van warmbloedige diere en mense, waar dit in die samestelling van pankreas-ensieme, in neuroglia en nefrone is. By plante is die spoorelement betrokke as 'n ensiem in die donker fase van fotosintese en beïnvloed die vlak van die chlorofilpigment wat in chloroplaste geleë is. Dit word ook aangetref in knoppiesbakterieë, wat stikstofbinders is, in die weefsels van hoër swamme. As deel van die chernozem, saam met verbindings van boor, koper, sink en mangaan, beïnvloed vanadiumoksied grondvrugbaarheid.
In ons artikel het ons die basiese eienskappe van vanadium en sy oksiede bestudeer, en ook die gebruik van sy verbindings inindustrie.
