Sejarah Vanadio, sifat, struktur, kegunaan

Dia Vanadium Ia adalah logam peralihan ketiga dalam jadual berkala, yang diwakili oleh simbol kimia v. Ia tidak begitu popular seperti logam lain, tetapi mereka yang memahami keluli dan Titanians akan mendengarnya menyebutnya sebagai bahan tambahan untuk tetulang mereka dalam aloi atau alat. Secara fizikal, ia sinonim dengan kekerasan, dan kimia, berwarna.

Sesetengah bahan kimia berani melayakkannya sebagai logam bunglon, yang mampu mengadopsi dalam sebatian mereka pelbagai warna; harta elektronik yang menyerupai logam mangan dan kromium. Di negara asal dan murni, dia kelihatan seperti logam lain: perak, tetapi dengan nada kebiruan. Setelah teroksida, tengok ke bawah.

Kepingan vanadium logam dengan lapisan iridescent nipis oksida kuning. Sumber: Jurii [CC oleh 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/oleh/3.0)]

Dalam imej ini, keluasan oksida hampir tidak dibezakan, yang bergantung kepada lelongan atau permukaan kristal logam. Lapisan oksida ini melindunginya dari pengoksidaan berikutnya dan, oleh itu, dari kakisan.

Rintangan kakisan seperti itu, serta patah haba, menyediakannya dengan aloi apabila atom v kepada mereka ditambah. Semua ini, tanpa menaikkan berat badannya terlalu banyak, kerana vanadium bukan logam berat tetapi ringan; Tidak seperti apa yang difikirkan oleh ramai.

Namanya berasal dari dewi Nordic Vanadís, dari Scandinavia; Walau bagaimanapun, ia ditemui di Mexico, sebagai sebahagian daripada Vanadinita Mineral, PB₅[Vo₄]₃CL, kristal kemerahan. Masalahnya ialah untuk mendapatkannya dari mineral itu dan banyak lagi, Vanadium terpaksa₂Sama ada₅ (yang dikurangkan dengan kalsium).

Sumber vanadium lain terletak pada makhluk laut, atau dalam minyak mentah, "dipenjarakan" dalam petroporphyrins.

Dalam penyelesaian warna -warna yang boleh dimiliki oleh sebatian mereka, bergantung kepada keadaan pengoksidaan mereka, berwarna kuning, biru, hijau gelap atau ungu. Vanadium bukan sahaja menonjol untuk nombor ini atau keadaan pengoksidaan (dari -1 hingga +5), tetapi untuk keupayaannya untuk menyelaras dengan cara yang berbeza dengan persekitaran biologi.

Kimia Vanadium berlimpah, misteri, dan dibandingkan dengan logam lain masih banyak cahaya yang mesti ditumpahkan di atasnya untuk pemahamannya.

[TOC]

Sejarah

Penemuan

Mexico mempunyai kehormatan menjadi negara di mana elemen ini ditemui. Mineralogi Andrés Manuel del Río, pada tahun 1801, menganalisis mineral kemerahan yang dia panggil dirinya sebagai memimpin coklat (Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃Cl), oksida logam yang diekstrak yang ciri -cirinya tidak sesuai dengan unsur -unsur yang diketahui pada masa itu.

Oleh itu, dia mula -mula membaptiskan elemen ini dengan nama 'Pancromo' untuk pelbagai warna sebatiannya; Kemudian dia menamakan semula 'eryron', dari erythronium perkataan Yunani, yang bermaksud merah.

Empat tahun kemudian, ahli kimia Perancis Hippolyte Victor Collet Donso. Dan lebih dari dua puluh tahun berlalu untuk mengetahui sesuatu tentang elemen yang dilupakan ini yang ditemui di tanah Mexico lagi.

Kemunculan nama

Pada tahun 1830, ahli kimia Swiss Nils Gabriel Sefström, menemui satu lagi elemen baru dalam mineral besi, yang dipanggil Vanadio; Nama yang berasal dari dewi Vanadís Nordic, berbanding dengan keindahannya dengan warna -warna cerah dari sebatian logam ini.

Ia boleh melayani anda: kalium nitrit (KNO2): struktur, sifat dan kegunaan

Pada tahun yang sama, ahli geologi Jerman George William Featherstonhaugh, mengatakan bahawa vanadium dan erythrone sebenarnya adalah elemen yang sama; Dan walaupun dia mahukan nama sungai itu berlaku dengan menyebutnya 'rionio', cadangannya tidak diterima.

Pengasingan

Untuk mengasingkan vanadium, ia perlu. Ia harus terlebih dahulu mengubahnya menjadi spesies yang dikurangkan dengan mudah; Dalam proses itu, Berzelius memperoleh vanadium nitruro pada tahun 1831, yang keliru dengan logam asli.

Pada tahun 1867 ahli kimia Inggeris Henry Enfield Roscoe, berjaya mengurangkan vanadium klorida (ii), vcl₂, Vanadium logam menggunakan gas hidrogen. Walau bagaimanapun, logam yang dihasilkannya tidak suci.

Akhirnya, menandakan prinsip sejarah teknologi vanadium, sampel kesucian yang besar diperolehi dengan mengurangkan v₂Sama ada₅ Dengan kalsium logam. Salah satu kegunaan pertama yang pertama adalah digunakan untuk mengeluarkan casis kereta Ford Model T.

Sifat

Penampilan fizikal

Dalam bentuk murni, ia adalah logam kelabu dengan nuansa kebiruan, lembut dan mulur. Walau bagaimanapun, apabila lapisan oksida dilindungi (terutamanya produk yang lebih ringan), ia mengenakan warna yang menarik seolah -olah ia adalah bunglon kaca.

Jisim molar

50,9415 g/mol

Takat lebur

1910 ° C

Takat didih

3407 ° C

Ketumpatan

-6.0 g/ml, pada suhu bilik

-5.5 g/ml, di titik lebur, iaitu, hampir tidak mencairkan.

Haba Fusion

21.5 kJ/mol

Haba pengewapan

444 kJ/mol

Kapasiti haba molar

24.89 j/(mol · k)

Tekanan wap

1 Pa A 2101 K (praktikal hina walaupun pada suhu tinggi).

Elektronegativiti

1.63 pada skala Pauling.

Tenaga pengionan

Pertama: 650.9 kJ/mol (v⁺ gas)

Kedua: 1414 kJ/mol (v²⁺ gas)

Ketiga: 2830 kJ/mol (v³⁺ gas)

Kekerasan mohs

6.7

Penguraian

Apabila dipanaskan boleh melepaskan asap toksik dari v₂Sama ada₅.

Warna penyelesaian

Dari kiri ke kanan, penyelesaian vanadium dalam keadaan pengoksidaan yang berbeza: +5, +4, +3 dan +2. Sumber: w. Oelen melalui Wikipedia.

Salah satu ciri vanadium utama dan terkenal ialah warna sebatiannya. Apabila sebahagian daripada mereka dibubarkan dalam media berasid, penyelesaian (kebanyakannya berair) mempamerkan warna yang membolehkan membezakan status bilangan atau pengoksidaan dari yang lain.

Sebagai contoh, empat tiub ujian dengan vanadium dalam keadaan pengoksidaan yang berbeza ditunjukkan dalam imej atas. Yang di sebelah kiri, kuning, sepadan dengan v⁵⁺, Khususnya sebagai vo kation₂⁺. Kemudian, mereka mengikuti kation vo²⁺, dengan v⁴⁺, warna biru; Kation v³⁺, hijau gelap; dan v²⁺, Violet atau Mauve.

Apabila penyelesaian terdiri daripada campuran sebatian V⁴⁺ dan v⁵⁺, Warna hijau terang diperoleh (produk kuning dengan biru).

Reaktiviti

Lapisan V₂Sama ada₅ Mengenai vanadium melindunginya daripada bertindak balas dengan asid kuat, seperti asas sulfurik atau hidroklorik, asas yang kuat, dan sebagai tambahan kepada kakisan yang disebabkan oleh pengoksidaan yang lebih besar.

Apabila ia dipanaskan di atas 660 ° C, vanadium sepenuhnya teroksida, memakai pepejal kuning dengan kecerahan iridescent (bergantung pada sudut permukaannya). Oksida kuning oren ini boleh larut jika asid nitrik ditambah, yang akan kembali ke vanadium warna perak.

Ia dapat melayani anda: Kitaran Kalsium: Ciri, Tahap dan Kepentingan

Isotop

Hampir semua atom Vanadio di alam semesta (99.75% daripadanya) adalah mengenai isotop ⁵¹V, sementara bahagian yang sangat kecil (0.25%) sepadan dengan isotop ^{lima puluh}V. Dari sini tidak menghairankan bahawa berat vanadium atom adalah 50,9415 u (lebih dekat dengan 51 daripada 50).

Isotop lain adalah radioaktif dan sintetik, dengan separuh masa (t_1/2) yang berkisar antara 330 hari (⁴⁹V), 16 hari (⁴⁸V), beberapa jam atau 10 saat.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Vanadio, atom V disusun dalam struktur kristal padu yang berpusat pada badan (BCC), produk pautan logam mereka. Daripada struktur, ini kurang padat, mengambil bahagian dalam "laut elektron" lima elektron Valencia, menurut konfigurasi elektronik:

[AR] 3D³ 4s²

Oleh itu, tiga elektron orbit 3d, dan dua orbit 4s, bergabung untuk mengembara sebuah band yang dibentuk oleh pertindihan orbital Valencia dari semua atom V dari kaca; Jelas, penjelasan berdasarkan teori band.

Untuk menjadi lebih kecil, atom V daripada logam di sebelah kiri mereka (scandio dan titanium) dalam jadual berkala, dan diberi ciri elektronik mereka, ikatan logamnya lebih kuat; Fakta yang tercermin dalam titik lebur yang paling besar dan, oleh itu, dengan atom yang paling kohesif.

Menurut kajian komputer, struktur BCC vanadium stabil walaupun di bawah tekanan besar 60 GPA.  Melebihi tekanan ini, kristalnya mengalami peralihan ke fasa rhombohedral, yang kekal stabil sehingga 434 GPa; Apabila struktur BCC muncul lagi.

Nombor pengoksidaan

Konfigurasi elektronik vanadium menunjukkan sendiri bahawa atomnya dapat kehilangan sehingga lima elektron. Apabila ia berlaku, ia menjadi isolektronik kepada gas argon mulia, dan kewujudan kation v diandaikan⁵⁺.

Begitu juga, kehilangan elektron boleh beransur -ansur (bergantung kepada spesies yang dikaitkan), yang mempunyai nombor pengoksidaan positif yang berbeza dari +1 hingga +5; Oleh itu, dalam sebatiannya kewujudan kation masing -masing v diandaikan⁺, V²⁺ Dan sebagainya.

Vanadium juga boleh mendapatkan elektron, menjadi anion logam. Nombor pengoksidaan negatifnya ialah: -1 (v^-) dan -3 (v^3-). Konfigurasi elektronik v^3- adalah:

[AR] 3D⁶ 4s²

Walaupun empat elektron hilang untuk menyelesaikan pengisian orbital 3d, v lebih stabil^3- bahawa v^7-, yang dalam teori memerlukan spesies di elektropositif yang melampau (untuk memberikannya elektron).

Aplikasi

-Logam

Aloi keluli dan titanium

Vanadium menyediakan rintangan mekanikal, terma dan getaran, sebagai tambahan kepada kekerasan kepada aloi yang ditambah. Sebagai contoh, seperti Ferrovanadio (Besi dan Vanadium Alloy), atau Vanadium Carbide, ia ditambah bersama dengan logam lain dalam keluli, atau dalam aloi titanium.

Dengan cara ini, sangat keras dan pada masa yang sama cahaya, berguna untuk alat (batch dan kekunci kacang), gear, bahagian kereta atau pesawat, turbin, basikal, enjin jet, pisau, implan pergigian, dll.

Boleh melayani anda: Beryl Hydroxide (Be (OH) 2)

Juga, aloi dengan Galio (v₃G) adalah superkonduktor dan digunakan untuk pembuatan magnet. Dan di samping itu, memandangkan kereaktifan kecil mereka, aloi vanadium ditakdirkan untuk paip di mana reagen kimia yang menghakis dijalankan.

Bateri Vanadio Redox

Vanadium adalah sebahagian daripada bateri redoks, VRB (untuk akronimnya dalam bahasa Inggeris: Bateri Redoks Vanadium). Ini boleh digunakan untuk mempromosikan penjanaan elektrik dari tenaga solar dan angin, serta bateri dalam kenderaan elektrik.

-Sebatian

Pigmen

V₂Sama ada₅ Ia digunakan untuk memberikan warna emas ke kaca dan seramik. Sebaliknya, kehadiran mereka di beberapa mineral menjadi kehijauan, seperti zamrud (dan terima kasih juga kepada logam lain).

Pemangkin

V₂Sama ada₅ Ia juga merupakan pemangkin yang digunakan untuk sintesis asid sulfurik dan asid anhydride maleico. Campuran dengan oksida logam lain, memangkinkan tindak balas organik lain, seperti pengoksidaan propana dan propilena dalam acroline dan asid akrilik, masing -masing.

Ubat

Ubat -ubatan yang terdiri daripada kompleks vanadio telah dianggap mungkin dan calon berpotensi untuk rawatan diabetes dan kanser.

Kertas Biologi

Nampaknya ironis bahawa vanadium, sebagai sebatian yang berwarna -warni dan toksik, ionnya (vo⁺, Vo₂⁺ dan vo₄^3-, kebanyakannya) dalam jejak mereka bermanfaat dan penting untuk makhluk hidup; terutamanya habitat laut.

Sebab -sebabnya berpusat pada keadaan pengoksidaan mereka, dengan berapa banyak ligan persekitaran biologi yang diselaraskan (atau interaksi), dalam analogi antara anion vanadat dan fosfat (vo₄^3- dan po₄^3-), dan dalam faktor lain yang dikaji oleh bahan kimia bioinorganik.

Atom vanadio kemudiannya boleh berinteraksi dengan atom -atom yang dimiliki oleh enzim atau protein, sama ada dengan empat (tetrahedron koordinasi), lima (piramid persegi atau geometri lain) atau enam. Jika, apabila ini berlaku, tindak balas yang menggalakkan untuk badan dicetuskan, dikatakan bahawa vanadium menjalankan aktiviti farmakologi.

Contohnya, terdapat halloperoxidases: enzim yang boleh digunakan vanadium sebagai cofactor. Terdapat juga vanabinas (dalam sel vanadosit dari tunicates), fosforili, nitrogenase, transferrins dan serum (mamalia) albumin, mampu berinteraksi dengan logam ini.

Molekul koordinasi organik atau kompleks yang dipanggil Amavadin, terdapat dalam mayat kulat tertentu, seperti Amanita Muscaria (imej yang lebih rendah).

Cendawan cendawan. Sumber: Pixabay.

Dan akhirnya, di beberapa kompleks vanadium boleh terkandung dalam kumpulan hemo, seperti besi dalam hemoglobin.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi Keempat). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Vanadium. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
3. Ashok k. Verma & p. Fesyen. (s.F.). Ketidakstabilan Phonon dan Peralihan Fasa Struktur di Vanadium di bawah Tekanan Tinggi. Bahagian Fizik Tekanan Tinggi, Pusat Penyelidikan Atom Bhabha, Trombay, Mumbai-400085, India.
4. Helmestine, Anne Marie, Ph.D. (3 Julai 2019). Fakta Vanadium (V atau nombor atom 23). Pulih dari: Thoughtco.com
5. Richard Mills. (24 Oktober 2017). Vanadium: logam yang tidak dapat kita lakukan tanpa dan tidak menghasilkan. Glacier Media Group. Pulih dari: perlombongan.com
6. Pusat Kebangsaan Maklumat Bioteknologi. (2019). Vanadium. Pangkalan data PUBCHEM. CID = 23990. Pulih dari: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov
7. Clark Jim. (2015). Vanadium. Pulih dari: chemguide.co.UK
8. Pierce Sarah. (2019). Apa itu Vanadium? Gunakan, Fakta & Isotop. Kajian. Pulih dari: belajar.com
9. Cran & Col. (2004). Kimia dan biokimia vanadium dan aktiviti biologi yang dikenakan oleh sebatian vanadium. Jabatan Kimia, Colorado State University, Fort Collins, Colorado 80523-1872.