Vanadion historia, ominaisuudet, rakenne, käyttää

Hän vanadiumi Se on jaksollisen taulukon kolmas siirtymämetalli, jota edustaa kemiallinen symboli V. Se ei ole niin suosittu kuin muut metallit, mutta ne, jotka ymmärtävät teräkset ja titaanialaiset. Fyysisesti se on synonyymi kovulle ja kemiallisesti värillinen.

Jotkut kemikaalit uskaltavat määrittää sen kameleontimetalliksi, joka kykenee omaksumaan niiden yhdisteissä laajan valikoiman; Mangaani- ja kromimetallien omaisuus, joka muistuttaa elektronista ominaisuutta. Alkuperäisessä ja puhtaassa tilassaan hän näyttää muilta metalleilta: hopealta, mutta sinertävien sävyjen kanssa. Kun hapettuu, katso alas.

Metalliset vanadiinikappaleet, joissa on ohuet irisohoiset kerrokset keltaista oksidia. Lähde: Jurii [CC 3: lla.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by/3.0)]

Tässä kuvassa oksidin irilesenssi on tuskin erotettu, mikä riippuu metallikiteiden huutokaupoista tai pinnasta. Tämä oksidikerros suojaa sitä seuraavilta hapetuksilta ja siksi korroosiolta.

Tällainen korroosionkestävyys ja lämpömurtumat tarjoavat sille seokset, kun V: n atomit lisätään. Kaikki tämä, nostamatta painoa liikaa, koska vanadimi ei ole raskasmetalli, vaan kevyt; Toisin kuin monet voivat ajatella.

Hänen nimensä on peräisin Pohjoismaisesta jumalattaresta Vanadís, Skandinaviasta; Se löydettiin kuitenkin Meksikosta osana Vanadinita mineraalia, PB₅[Vo₄-₃Cl, punertavan kiteen. Ongelmana oli, että sen saamiseksi siitä mineraalista ja monista muilta, vanadiinin piti₂JOMPIKUMPI₅ (joka pelkistetään kalsiumilla).

Muut vanadiinilähteet lepäävät merenkulkuissa tai öljy raakaöljyssä "vangittuna" petroporfyriinissä.

Liuoksessa värit, jotka niiden yhdisteillä voi olla, niiden hapetustilasta riippuen ovat keltaisia, sinisiä, tummanvihreitä tai violetteja. Vanadiumi ei erottui vain näille lukuille tai hapetustiloille (-1 -+5), vaan sen kyvystä koordinoida eri tavoin biologisten ympäristöjen kanssa.

Vanadionin kemia on runsaasti, salaperäistä ja verrattuna muihin metalleihin on edelleen paljon valoa, joka on valaistettava sen läheisen ymmärryksen vuoksi.

[TOC]

Historia

Löytö

Meksikolla on kunnia olla maa, josta tämä elementti löydettiin. Mineralogisti Andrés Manuel Del Río, vuonna 1801, analysoimalla punertavan mineraalin, jota hän kutsui itseään Brown -lyijyksi (Vanadinita, PB₅[Vo₄-₃Cl), uutetut metallioksidit, joiden ominaisuudet eivät vastaa minkään tunnettujen elementtien ominaisuuksia.

Siten hän kastoi ensin tämän elementin nimellä 'PnCromo' hänen yhdisteidensä rikkaiden värien suhteen; Sitten hän nimitti 'Eryron' kreikkalaisesta sanasta erythronium, mikä tarkoittaa punaisen.

Neljä vuotta myöhemmin ranskalainen kemisti Hippolyte Victor Collet Donso. Ja yli kaksikymmentä vuotta kului tietääkseen jotain tästä unohdetusta elementistä, jotka löydettiin jälleen Meksikon maaperästä.

Nimen syntyminen

Vuonna 1830 sveitsiläinen kemisti Nils Gabriel Sefström löysi uuden uuden elementin rautamineraaleista, joita Vanadio kutsui; Nimi, joka on johdettu pohjoismaisesta Vanadín jumalattaresta, verrattuna sen kauneuteen tämän metallin yhdisteiden kirkkaisiin väreihin.

Se voi palvella sinua: kaliumnitriitti (kno2): rakenne, ominaisuudet ja käytöt

Samana vuonna saksalainen geologi George William Featherstonhaugh sanoi, että vanadimi ja erytrone olivat oikeastaan ​​sama elementti; Ja vaikka hän halusi joen nimen vallitsevan kutsumalla sitä 'Rionioksi', hänen ehdotustaan ​​ei hyväksytty.

Eristäytyminen

Vanadiinin eristämiseksi se oli välttämätöntä. Sen piti ensin muuttaa se lajeiksi, jotka vähenivät suhteellisen helposti; Prosessissa Berzelius sai vanadiinin nitruron vuonna 1831, mikä sekoitti alkuperäisen metallin kanssa.

Vuonna 1867 englantilainen kemisti Henry Enfield Roscoe onnistui vähentämään vanadiumkloridia (II), VCL₂, Metallinen vanadimi käyttämällä vetykaasua. Hänen tuottamansa metalli oli kuitenkin epäpuhdas.

Lopuksi, vanadiinin teknologisen historian periaatteen merkitseminen, saatiin suuri puhtausnäyte vähentämällä V: tä₂JOMPIKUMPI₅ Metallisella kalsiumilla. Yksi sen ensimmäisistä erinomaisista käytöistä oli käytettävä Ford -mallin T -auton alustan valmistukseen.

Ominaisuudet

Fyysinen ulkonäkö

Puhtaassa muodossaan se on harmaa metalli, jossa on sinertävä, pehmeä ja pallokeva vivahteet. Kuitenkin, kun oksidikerros on peitetty (etenkin vaaleamman), se lataa silmiinpistävät värit ikään kuin se olisi lasikameleonia.

Moolimassa

50 9415 g/mol

Sulamispiste

1910 ° C

Kiehumispiste

3407 ° C

Tiheys

-6,0 g/ml, huoneenlämpötilassa

-5,5 g/ml, sulamispisteessä, eli se tuskin sulaa.

Sulamislämpö

21,5 kJ/mol

Höyrystyslämpö

444 kJ/mol

Molaarinen lämpökapasiteetti

24,89 J/(mol · k)

Höyrynpaine

1 Pa 2101 K (käytännössä halveksittava jopa korkeissa lämpötiloissa).

Elektronegatiivisuus

1.63 Pauling -asteikolla.

Ionisaatioenergiat

Ensimmäinen: 650.9 kJ/mol (V⁺ kaasumainen)

Toinen: 1414 kJ/mol (V²⁺ kaasumainen)

Kolmas: 2830 kJ/mol (V³⁺ kaasumainen)

Mohsin kovuus

6.7

Hajoaminen

Lämmitettynä voi vapauttaa myrkyllisiä höyryjä V: stä₂JOMPIKUMPI₅.

Ratkaisujen värit

Vasemmalta oikealle, vanadiiniliuokset erilaisissa hapettumismahdollisuuksissa: +5, +4, +3 ja +2. Lähde: W. Oelen Wikipedian kautta.

Yksi tärkeimmistä ja pahamaineisista vanadiiniominaisuuksista ovat sen yhdisteiden värit. Kun jotkut niistä on liuennut happamiin väliaineisiin, liuoksilla (enimmäkseen vesipitoisilla) on värejä, jotka mahdollistavat lukumäärän tai hapettumistilan erottamisen toisesta.

Esimerkiksi neljä testiputkea, joilla on vanadiinia erilaisissa hapettumistilassa, esitetään ylemmässä kuvassa. Vasemmalla, keltainen, vastaa V: tä⁵⁺, erityisesti ääniohjelmana₂⁺. Sitten he seuraavat ääniä²⁺, V: n kanssa⁴⁺, väri sininen; Kationi v³⁺, tummanvihreä; ja v²⁺, violetti tai mauve.

Kun liuos koostuu V -yhdisteiden seoksesta⁴⁺ ja v⁵⁺, Saadaan kirkkaan vihreä väri (keltainen tuote sinisellä).

Reaktiivisuus

V -kerros₂JOMPIKUMPI₅ Tietoja vanadista suojaa sitä reagoivilta vahvojen happojen, kuten rikki- tai suola-, vahvojen emäksien, ja suurempien hapettumisten aiheuttamien korroosion lisäksi.

Kun sitä lämmitetään yli 660 ° C, vanadiini hapettuu kokonaan, ja siinä on keltainen kiinteä kiinteä kiinteä kirkkaus (sen pinnan kulmista riippuen). Tämä oranssi keltainen oksidi voi liuottaa, jos typpihappo lisätään, mikä palaa vanadiinin hopeaväriin.

Se voi palvella sinua: Kalsiumsykli: Ominaisuudet, vaiheet ja merkitys

Isotoopit

Lähes kaikki universumin vanadio -atomit (99,75% niistä) ovat noin isotooppia ⁵¹V, kun taas hyvin pieni osa (0,25%) vastaa isotooppia ^{viisikymmentä}V. Tästä eteenpäin ei ole yllättävää, että vanadiinin atomipaino on 50 9415 U (lähempänä 51 kuin 50).

Muut isotoopit ovat radioaktiivisia ja synteettisiä, puoli -elämäaikana (t_1/2) tämä alue välillä 330 päivää (⁴⁹V), 16 päivää (⁴⁸V), muutama tunti tai 10 sekuntia.

Elektroninen rakenne ja kokoonpano

Vanadio, V -atomit on järjestetty kuutiomaiseen kiteiseen rakenteeseen, joka on keskittynyt runkoon (BCC), niiden metallisen linkin tuote. Rakenteista tämä on vähemmän tiheää, joka osallistuu ”elektronien mereen” viiteen Valencian elektroniin, elektronisen kokoonpanon mukaan:

[AR] 3D³ 4S²

Siten 3D -kiertoradan kolme elektronia ja 4: n kiertoradan kahta elektronia yhdistetään kaistalle, joka muodostuu kaikkien atomien VALENCIA -kiertoradan päällekkäisyyksistä V lasin; On selvää, että kaistateoriaan perustuva selitys.

Koska atomit V on hiukan pienempi, kuin metallit vasemmalle (skandio ja titaani) jaksollisessa taulukossa, ja ottaen huomioon niiden elektroniset ominaisuudet, sen metallisidos on vahvempi; tosiasia, joka heijastuu sen suurimmassa sulamispisteessä ja siten sen yhtenäisimmillä atomilla.

Tietokonetutkimuksen mukaan vanadiinin BCC -rakenne on vakaa jopa valtavissa 60 GPA -paineissa.  Tämän paineen ylittäneen kiteen kärsii siirtymisestä rhomboedriseen vaiheeseen, joka pysyy vakaana 434 GPA: iin; Kun BCC -rakenne ilmestyy uudelleen.

Hapetusluvut

Vanadiumielektroninen kokoonpano osoittaa yksinään, että sen atomi pystyy menettämään jopa viisi elektronia. Kun se tapahtuu⁵⁺.

Samoin elektronien menetys voi olla asteittainen (riippuen siitä, mitä lajeja yhdistettiin), sillä niiden positiiviset hapettumisluvut vaihtelevat +1: stä +5: een; Siksi sen yhdisteissä oletetaan olevan vastaavien kationien V: n olemassaolo⁺, V²⁺ Ja niin edelleen.

Vanadimi voi myös saada elektroneja, ja siitä tulee metallinen anioni. Sen negatiiviset hapettumisluvut ovat: -1 (V^-) ja -3 (V^3--A. V: n sähköinen kokoonpano^3- On:

[AR] 3D⁶ 4S²

Vaikka 3D -orbitaalien täyttämisen täydentämiseksi puuttuu neljä elektronia, V on vakaampi^3- että v^7-, joka teoriassa tarvitsisi lajeja äärimmäisellä elektropositiivisella (antaa sille elektronit).

Sovellukset

-Metalli

Teräs- ja titaaniseokset

Vanadiumi tarjoaa mekaanista, lämpö- ja värähtelyvastusta kovuuden lisäksi seoksiin, joihin se lisätään. Esimerkiksi, kuten Ferrovandio (rauta- ja vanadiiniseos) tai vanadiinikarbidi, se lisätään yhdessä muiden teräsmetallien kanssa tai titaaniseoksissa.

Tällä tavoin erittäin kova ja samalla kevyt, hyödyllinen työkaluille (erät ja mutterinäppäimet), hammaspyörät, autoosat tai lentokoneet, turbiinit, polkupyörät, suihkumoottorit, veitset, hammasimplantit jne.

Voi palvella sinua: Beryl -hydroksidi (BE (OH) 2)

Lisäksi sen seokset Galion kanssa (V₃G) ovat suprajohteita ja niitä käytetään magneettien valmistukseen. Ja lisäksi, kun otetaan huomioon niiden pieni reaktiivisuus, vanadiiniseokset on tarkoitettu putkille, joissa syövyttävät kemialliset reagenssit juoksevat.

Vanadio Redox -paristot

Vanadiumi on osa redox -paristoja, VRB: tä (lyhennettä englanniksi: Vanadium redox -akkut). Niitä voidaan käyttää edistämään sähköntuotantoa aurinko- ja tuulienergiasta sekä sähköajoneuvojen paristoista.

-Yhdisteet

Pigmentti

V₂JOMPIKUMPI₅ Sitä käytetään antamaan kullanväri lasille ja keramiikoille. Toisaalta heidän läsnäolonsa joissain mineraaleissa tuli vihertäviä, kuten smaragdeilla (ja myös muiden metallien kiitos).

Katalyytti

V₂JOMPIKUMPI₅ Se on myös katalyytti, jota käytetään rikkihapon ja anhydridihapon manipoin synteesiin. Sekoitettua muiden metallioksidien kanssa, katalysoi muita orgaanisia reaktioita, kuten vastaavasti propaanin ja propeenin hapettumista akroliinissa ja akryylihapossa.

Lääketieteellinen

Vanadio -komplekseista koostuvia lääkkeitä on pidetty mahdollisina ja potentiaalisia ehdokkaita diabeteksen ja syövän hoitoon.

Biologinen paperi

Vaikuttaa ironista, että vanadiinia, joka on sen värikkäitä ja myrkyllisiä yhdisteitä, sen ioneja (VO⁺, Voima₂⁺ ja vo₄^3-, enimmäkseen) jäljissä ne ovat hyödyllisiä ja välttämättömiä eläville olentoille; etenkin meren luontotyyppejä.

Syyt keskittyvät niiden hapettumistiloihin, kuinka monta biologisen ympäristön ligandia koordinoivat (tai vuorovaikutusta), vanadaatin ja fosfaatti -anionin välisessä analogiassa (VO₄^3- ja Po₄^3-) ja muissa bioinorgaanisten kemikaalien tutkiissa tekijöissä.

Vanadio -atomit voivat sitten olla vuorovaikutuksessa entsyymeihin tai proteiineihin kuuluvien atomien kanssa, joko neljällä (koordinaatiotetraedri), viidellä (neliöpyramidilla tai muilla geometrioilla) tai kuuden kanssa. Jos tämä tapahtuu, kehon suotuisa reaktio laukaisee, sanotaan, että vanadiinia harjoittaa farmakologista aktiivisuutta.

Esimerkiksi on halloperoksidaaseja: entsyymejä, joita vanadiinia voi käyttää kofaktorina. Siellä on myös Vanabinas (Tuncaattien vanadokosyyttisoluissa), fosforylaaseja, typpeaseja, transferriinejä ja seerumin (nisäkkäiden) albumiinia, jotka kykenevät vuorovaikutukseen tämän metallin kanssa.

Orgaaninen tai monimutkainen koordinaatiomolekyyli, nimeltään Amavadin, on läsnä tiettyjen sienten, kuten Amanita Muscarian, kehossa (alempi kuva).

Sieni -sieni. Lähde: Pixabay.

Ja lopuksi, joissakin komplekseissa vanadiumi voi sisältyä hemo -ryhmään, kuten hemoglobiinin raudan kanssa.

Viitteet

1. Shiver & Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Vanadiumi. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
3. Ashok k. Verma & P. Muoti. (S.F.-A. Phononin epävakaus ja rakennefaasin siirtymät vanadiinissa korkean paineessa. Korkeapainefysiikan divisioona, Bhabha Atomic Research Center, Trombay, Mumbai-400085, Intia.
4. Helmestine, Anne Marie, PH.D -d. (3. heinäkuuta 2019). Vanadiinia koskevat tosiasiat (v tai atominumero 23). Toipunut: Admingco.com
5. Richard Mills. (24. lokakuuta 2017). Vanadium: Metalli, jota emme voi tehdä ilman, emmekä tuota. Glacier Media -ryhmä. Toipunut: kaivostoiminta.com
6. Kansallinen bioteknologiatietojen keskus. (2019). Vanadiumi. Pubchem -tietokanta. CID = 23990. Toipunut: Pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Hallitus
7. Clark Jim. (2015). Vanadiumi. Talteenotettu: Chemguide.yhteistyö.Yhdistynyt kuningaskunta
8. Pierce Sarah. (2019). Mikä on vanadiinia? Käyttö, tosiasiat ja isotoopit. Opiskelu. Toipunut: Opiskelu.com
9. Cran & Col. (2004). Vanadiinin kemia ja biokemisti sekä vanadimiyhdisteiden käyttämät biologiset aktiivisuudet. Kemian laitos, Coloradon osavaltion yliopisto, Fort Collins, Colorado 80523-1872.