Oxid de vanadiu: formule, proprietăți

Până la mijlocul secolului XX, termenul "metale de importanță strategică" a apărut în știința chimică. A însemnat un grup de elemente ale căror proprietăți fizico-chimice le-au permis să fie folosite în producția complexului militar-industrial. Acestea sunt metale cum ar fi crom, tantal, niobiu, molibden și tungsten. Vanadiu, ale cărui proprietăți vor fi discutate în acest articol sunt, de asemenea, ocupă un loc central pe bună dreptate printre metalele folosite în ingineria modernă, metalurgia feroasă, industria chimică și instrumentală. Cu forme de oxigen un oxid metalic patru, care prezintă în interior o valența 2, 3, 4 și 5. Cel mai mare interes practic este compusul cu cel mai înalt grad de oxidare a metalului - V₂

Ne cunoaștem vanadiul

În știința chimică, există o regulă stabilită de mult timp care afirmă că caracteristica unui element chimic trebuie să înceapă cu poziția sa în sistemul periodic al D.I. Universitatea Mendeleev. Formula chimică a vanadiului ca substanță simplă este V, numărul de ordine este 23, iar masa atomică este de 50,9414. Acesta este situat în a patra perioadă, al cincilea grup și, împreună cu niobiu și tantal, este un reprezentant tipic al metalelor refractare. eșantioane substanță pură Plastic și au o culoare gri-argintiu. Vanadiul este un atom d-element are un nivel de energie în ultimii doi s-electroni, dar va fi, de asemenea, valență negativă și acele particule care sunt situate pe d-subnivel al patrulea nivel.

Unde se întâlnește metalul și care sunt proprietățile sale fizice

Elementul propriu-zis în forma lui pură nu poate fi găsit în natură. Dar este prezent ca o componentă obligatorie în minereurile de fier și polimetal. Mai devreme am discutat despre plasticitatea și maleabilitatea unei substanțe simple, se adaugă acum că proprietățile importante fizice ale vanadiu - un punct de fierbere la temperatură ridicată și punctele de topire, sunt egale cu 3400 ° C și 1920 ° C Ca și titan, aceasta afectează în mod dramatic parametrii lor fizici și chimici prin contaminarea cu impurități, cum ar fi azot, hidrogen sau oxigen. În particular, plasticitatea și rezistența sa mecanică scad și vanadiul devine fragil.

Proprietăți chimice speciale

Metalul este capabil de pasivare, adică are o capacitate unică de a rezista acțiunii mediilor chimice agresive: soluții de acizi, baze și săruri, formând pe suprafața sa un film de protecție - oxid de vanadiu. Elementul de cristal al elementului are o structură cubică. De asemenea, constatăm că rezistența anticorozivă a oțelurilor care conțin elementul este foarte ridicată, ceea ce face posibilă utilizarea lor ca ancoraje portante pentru punți și platforme de foraj petrolier offshore. Este imposibil să ne imaginăm o producție instrumentală modernă fără oțelurile care conțin vanadiu. Împreună cu niobiu, crom și titan, elementul este utilizat pentru alierea aliajelor speciale utilizate în ingineria rachetelor și industria spațială. Totuși, nitratul concentrat și acid sulfat, soluție de acid fluorhidric în apă și un amestec de acizi clorurați și nitrați, numit vodka regală, interacționează ușor cu metalul. Elementul de vanadiu ca substanță simplă poate reacționa cu clorul, bromul, sulful și se formează sărurile corespunzătoare. Cu oxigenul dă mai mulți oxizi, care diferă foarte mult în proprietățile lor chimice. Să le analizăm în continuare.

Oxizi de bază și amfoterici

Metalul formează doi oxizi - VO și V₂O₃, care prezintă proprietăți de bază tipice. În laborator, monoxidul este produs printr-o reacție de reducere a lui V₂O₅ pulbere de vanadiu fin. Oxizi de bază reacționează cu soluții acide pentru a forma sărurile corespunzătoare. Și deja de la ei este posibil să se primească hidroxizi, efectuând reacția unui schimb cu alcalii. Oxidul de vanadiu (III) este găsit ca o componentă a mineralei Karelianite, dar este obținut în condiții de laborator cu încălzire V₂O₅ cu sulf, cărbune sau hidrogen. Ambii oxizi de bază au proprietăți de reducere puternic pronunțate. Oxidul VO₂ - acesta este un compus tipic amfoteric care reacționează atât cu acizii, cât și cu alcalii. Într-o soluție a cărei pH este mai mică de 7, ionul de vanadil VO încărcat pozitiv²⁺, dând soluției o culoare albastru deschis și într-un mediu alcalin se formează săruri ale acidului polivanadic. Oxidul de vanadiu (IV) atrage apa, adică este o substanță higroscopică, se comportă ca un agent reducător în reacții.

Hemipenoxid de vanadiu

Compusul cu formula V₂O₅ - cel mai important oxid de metal. Această substanță cristalină, colorată în portocaliu, reacționează cu alcalii pentru a forma vanadații - sărurile acidului metavanadic HVO₃. Utilizată pe scară largă ca catalizator în reacția de oxidare a dioxidului de sulf la anhidrida sulfurică în producția industrială de acid sulfat. Pentoxidul de vanadiu are o latură cristalină rombică și semne de amfotericitate cu predominanța proprietăților oxidului acid. În reacții se comportă ca un oxidant puternic. Compusul este utilizat în tehnologiile de fabricare a sticlei, în medicină și în sinteza organică.

Metode de extragere a vanadiului din compușii săi

Anterior am menționat că metalul este o componentă a minereului de fier. În producția de furnal, elementul, împreună cu impuritățile de carbon și fosfor, trece în fontă. la topirea oțelului oxidul de vanadiu 5 este depozitat în compoziția de zgură, unde conținutul său poate ajunge la 16%. Prin adăugarea de sare la acesta și prin prăjirea amestecului în cuptoare se obține un produs care este ulterior dizolvat în apă. Concentratul apos rezultat este tratat cu acid sulfat și V₂O₅. Pentru izolarea vanadiului pur din oxid, se poate folosi metoda calcicthermului - reducerea metalelor cu ajutorul calciului metalic. Pentru a reduce costurile tehnologice în reacția cu pentoxid de vanadiu, în loc de calciu, se utilizează adesea aluminiu. Metalul poate fi de asemenea obținut prin reducerea oxidului de vanadiu trivalent cu cărbune.

Rolul biologic

Vanadiul este prezent în organismele vii ca un microelement, care face parte din fluidul intercelular al echinodermelor marine. În holuriurienii și în arborii de mare, este asociat cu proteinele care îndeplinesc funcția de transport la celulele de oxigen și eliminarea dioxidului de carbon. Conținutul slab al elementului în organismele animalelor cu sânge cald și al oamenilor, unde se găsesc în enzimele pancreasului, în neuroglia și nefroni. În plante, microelementul participă ca o enzimă a fazei întunecate a fotosintezei și afectează nivelul pigmentului de clorofil prezent în cloroplaste. Se găsește, de asemenea, în bacteriile cu noduli, care sunt agenți de fixare a azotului, în țesuturile de fungi mai mari. În compoziția cernoziomului, împreună cu compușii de bor, cupru, zinc și mangan, oxidul de vanadiu afectează fertilitatea solului.

În acest articol am studiat proprietățile de bază ale vanadiului și oxizilor săi și am examinat, de asemenea, utilizarea compușilor săi în industrie.