Ванадиевые прутки и прокат являются самыми дорогими (1800-2000 $/кг). Слитки дешевле на порядок, а оксид и другие соединения еще дешевле на два порядка.
Ванадий
Впервые ванадий был обнаружен в свинцовых рудах в 1781 году Андресом Мануэлем Дель Рио, профессором минералогии из Мехико. Он открыл новый металл и предложил для него название «панхром», поскольку его соединения демонстрируют широкий спектр цветов, позже изменив его на «красный». Дель Рио не имел авторитета в научном мире Европы, и европейские химики подвергли сомнению его выводы. Сам Дель Рио позже разуверился в своем открытии и заявил, что он обнаружил только хромат свинца.
В 1830 году шведский химик Нильс Сефстрем вновь обнаружил ванадий в железной руде. Новый элемент был назван в честь Фридриха Вёлера, который работал над исследованием мексиканской руды, но незадолго до открытия Секстрёма перенес тяжелое отравление фтористым водородом и не смог продолжать свои исследования. Однако Вёлер продолжил свои исследования и четко доказал, что в нем содержится ванадий, а не хром.
Происхождение названия
Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именем скандинавской богини красоты Нахождение в природе
Ванадий не встречается в природе в свободном виде; он является одним из микроэлементов. В земной коре ванадий встречается с массовой долей 1,6-10 — 2 %, а в морской воде — с долей 3-10 — 7 %. Наиболее важными минералами являются: Патронит V(S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl и некоторые другие. Основным источником ванадия являются железные руды, которые содержат ванадий в качестве примеси.
По внешнему виду ванадий похож на сталь; он довольно твердый, но ковкий.
Химически ванадий довольно инертен. Он устойчив к морской воде, разбавленным растворам соляной, азотной и серной кислот и щелочей.
Соединения ванадия в состояниях окисления +2 и +3 являются сильными восстановителями, а в состоянии окисления +5 они проявляют окислительные свойства. Известный карбид ванадия VC (tпл= 2800 °C), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия V2S5ванадий-кремний V3Si и другие соединения ванадия.
Взаимодействие V2O5образует ванадаты с основными оксидами — соли ванадия с возможным синтезом H2O(V2O5)2.
Содержание
- 1 История
- 2 Происхождение названия
- 3 Нахождение в природе
- 3.1 Месторождения
- 7.1 Атомно-водородная энергетика
- 7.2 Химические источники тока
- 7.3 В производстве серной кислоты
Ванадий был обнаружен в свинцовых рудах в 1801 году Андресом Мануэлем дель Рио, профессором минералогии в Мехико. Он открыл новый металл и предложил для него название «панхром» из-за широкого спектра цветов его соединений, а позже изменил название на «эритроний». Дель Рио не пользовался большим уважением в европейском научном мире, и европейские химики подвергли сомнению его выводы. Затем сам Дель Рио потерял уверенность в своем открытии и заявил, что он обнаружил только хромат свинца.
В 1830 году шведский химик Нильс Сефстрем вновь обнаружил ванадий в железной руде. Берцелиус и Сефстрём дали название новому элементу.
Фридрих Вёлер, занимавшийся разведкой мексиканской руды, имел возможность открыть ванадий, но незадолго до открытия Сефстрёма перенес тяжелое отравление фтористым водородом и не смог продолжить свои исследования. Однако Вёлер завершил исследование руды и четко доказал, что она содержит ванадий, а не хром.
Происхождение названия
Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанного с норвежской богиней любви и красоты Фрейей (Vanadís, дочь Ванов — Vanadis).
Ванадий является микроэлементом и не встречается в свободном виде в природе. Содержание ванадия в земной коре составляет 1,6-1 0-2 массовых процента, а в морской воде — 3-10-7 %. Наибольшее среднее содержание ванадия в магматических породах отмечается в габбро и базальтах (230-290 г/т). В осадочных породах значительное обогащение ванадием наблюдается в биолитах (асфальт, уголь, битуминозные фосфаты), битуминозных сланцах, бокситах и в литических и кремнистых железных рудах. Близость ионных радиусов ванадия к железу и титану, которые широко распространены в магматических породах, означает, что ванадий присутствует в глубинных процессах исключительно в дисперсном состоянии и не образует собственных минералов. Его носителями являются многочисленные титановые минералы (титаномагнетит, стенит, рутил, ильменит), слюда, пироксены и гранаты, которые обладают повышенной изоморфной способностью по сравнению с ванадием. Наиболее важными минералами являются: V (S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl и некоторые другие. Основным источником ванадия являются железные руды, которые содержат ванадий в качестве примеси.
Месторождения
Месторождения известны в Перу, Колорадо, США, Южной Африке, Финляндии, Австралии, Армении и России 2 .
Ванадиевые стержни с чистотой 99,95 %, полученные методом электронно-лучевой переполировки. Поверхность брусков протравлена, чтобы показать их структуру.
Ванадий — ковкий металл серебристо-серого цвета и по внешнему виду похож на сталь. Кристаллическая решетка кубическая и оноцентрическая, α = 3,024 Å, z = 2, пространственная группа Im3m. Температура плавления 1920 °C, температура кипения 3400 °C, плотность 6,11 г/см³. При нагревании на воздухе при температуре выше 300 °C ванадий становится хрупким. Примеси кислорода, водорода и азота сильно снижают пластичность ванадия и повышают его твердость и хрупкость1 .
Характеристики
Кубоиды ванадия высокой чистоты (99,95 %), прошедшие полировку и макротравление
Ванадий — это умеренно твердый, ковкий, стального цвета металл. Он является электропроводящим и теплоизолирующим. В некоторых источниках ванадий называют «мягким», возможно, потому, что он ковкий, вязкий и не хрупкий. Ванадий тверже большинства металлов и сталей (см. твердость элементов (страница данных) и железа), обладает хорошей коррозионной стойкостью и устойчив к щелочам, серной и соляной кислотам. Он окисляется на воздухе при температуре около 933 К (660 °C, 1220 °F), хотя пассивный оксидный слой образуется и при комнатной температуре.
Изотопы
Природный ванадий состоит из стабильного изотопа V и радиоактивного изотопа V. Период полураспада последнего составляет 1,5 × 10 лет, а природное содержание — 0,25 %. V имеет ядерный спин / 2, что полезно для спектроскопии ЯМР. В диапазоне массовых чисел от 40 до 65 охарактеризованы 24 искусственных радиоизотопа. Наиболее стабильными из этих изотопов являются V с периодом полураспада 330 дней и V с периодом полураспада 16,0 дней. Остальные радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее одного часа, в большинстве случаев — менее 10 секунд. По крайней мере, четыре изотопа имеют метастабильные возбужденные состояния. Захват электронов является наиболее важным режимом распада для изотопов легче V. Для более тяжелых изотопов наиболее распространенной формой является бета-распад. Реакции захвата электронов приводят к изотопам элемента 22 (титан), а бета-распад — к изотопам элемента 24 (хром).
Соединения
Слева направо: V (H 2O)6 (сиреневый), V (H 2O)6 (зеленый), VO (H 2O)5 (синий) и VO (H 2O)5 (желтый).
Химический состав ванадия характеризуется наличием четырех соседних состояний окисления 2-5. В водном растворе ванадий образует кислотные металлокомплексы, цвет которых фиолетовый V(H 2O)6, зеленый V(H 2O)6, синий VO(H 2O)5), желто-оранжевые оксиды, формула которых зависит от pH. Соединения ванадия(II) являются восстановителями, а соединения ванадия(V) — окислителями. Соединения ванадия (IV) часто присутствуют в виде производных ванадила, содержащих VO-центр.
Ванадиевый аммоний (V) (NH 4VO3) может быть последовательно восстановлен элементарным цинком с получением ванадия в этих четырех состояниях окисления. Более низкие степени окисления встречаются в таких соединениях, как V(CO)6, V(CO)6. и замещенные производные.
Пентоксид ванадия является коммерчески важным катализатором для производства серной кислоты — реакции, в которой используется способность оксидов ванадия участвовать в окислительно-восстановительных реакциях.
В ванадиевой редокс-батарее используются все четыре состояния окисления: на одном электроде используется пара +5/+4, а на другом — пара +3/+2. Преобразование этих состояний окисления иллюстрируется восстановлением сильнокислого раствора соединения ванадия(V) цинком или порошком амальгамы. Первоначальный желтый цвет, характеризующий ион перванадия VO 2(H2O)4, сменяется синим VO (H 2O)5, затем зеленым V (H 2O)6) и, наконец, фиолетовым V (H 2O)6).
Оксианионы
В водном растворе ванадий (V) образует расширенное семейство оксианионов, что определяется ЯМР-спектроскопией V. Взаимоотношения в этом семействе описываются диаграммой доминирования, показывающей, по крайней мере, 11 видов в зависимости от рН и концентрации. Тетраэдрический ион ортованадата, VO. 4, является наиболее важной частицей при pH 12-14. Ванадий (V) похож на фосфор (V) по размеру и заряду, а также соответствует его химическим свойствам и кристаллографии. Ортованадат VO. 4 используется в кристаллографии белков для изучения биохимии фосфатов. Тетраванадат VS 4 похож на ортованадатный ион.
При более низких значениях pH мономер HVO 4 и димер V 2O7 образуются с преобладанием мономера при концентрации ванадия менее c. 10M (pV>2, где pV равно минусовому значению логарифма общей концентрации ванадия/М). Образование трансванадат-иона аналогично образованию бихромат-иона. По мере снижения pH происходит дальнейшее протонирование и конденсация до поливонадатов: при pH 4-6 преобладает H 2VO4 при pV более около 4, а при более высоких концентрациях образуются тримеры и тетрамеры. При pH 2-4 преобладает декаванадат, его образование из ортованадата представлено этой реакцией конденсации:
10 VO 4 + 24 H → V 10O28 + 12 H 2O
В декаванадате каждый V(V) центр окружен шестью оксидными связями. Ванадат H 3VO4 образуется только при очень низких концентрациях, поскольку протонирование тетраэдрических частиц H 2VO4 приводит к преимущественному образованию октаэдрических частиц VO 2(H2O)4. В сильнокислых растворах pH Последнее редактирование 2021-06-18 06:56:32
Продукты питания богатые ванадием
Обычно дополнительный прием ванадийсодержащих препаратов не назначается; суточная потребность в этом микроэлементе удовлетворяется за счет рациона питания. Ванадий содержится в зерновых (рожь и овес, пшеница и ячмень), злаках (нешлифованный рис и гречка), бобовых (горох, фасоль) и в некоторых овощах, фруктах и ягодах (салат, редис, свекла, морковь и картофель, груши, вишня и клубника).
Полезные свойства ванадия и его влияние на организм
Ванадий играет важную роль в регуляции липидного и углеводного обмена и участвует в активном производстве энергии. Врачи установили, что снижение уровня холестерина связано с количеством поступающего в организм ванадия. Он стимулирует движение клеток крови, которые поглощают патогенные микробы (феоциты).
Токсичность ванадия снижается благодаря его взаимодействию с хромом и белками. Соединения железа и алюминия, а также витамин С оказывают противоположное действие.
Признаки нехватки ванадия
Дефицит ванадия представлен единичными случаями шизофрении с дефицитом ванадия, а также связан с аномальным углеводным обменом.
Избыток ванадия встречается гораздо чаще и связан с производством битума, стекла и топливных продуктов (печное топливо, бензин и т.д.). Он обладает эффектом снижения артериального давления (ВОЗ, 1997). Была установлена связь между развитием маниакально-депрессивных состояний и невротической реактивной депрессии и повышенным уровнем ванадия в крови. Описан ванадиевый характер эндемического рассеянного склероза: жирорастворимые комплексы ванадия антропогенного происхождения накапливаются в миелиновой оболочке и коре головного мозга и приводят к развитию рассеянного склероза.
Технология получения
Основным источником вещества являются железные руды, легированные ванадием.
Минеральный продукт получают различными методами:
- Термовосстановление оксида из карбонатов, соединений кальция, магния.
- Термическое разложение иодида ванадия.
При рафинировании достигается высокая чистота продукта (95-99 %). Это включает электролиз галоидного расплава вещества и плавление под вакуумом.
Российские ученые разработали наноразмерные модификации оксида ванадия.
Области применения
Свойства ванадия сделали его очень востребованным в гражданской и военной промышленности.
Металлургия
На металлургию приходится 90 % сырья. Ванадий используется здесь в основном в качестве связующей добавки в сталях:
- Благодаря ему стали, титановые сплавы делаются прочнее, вязче, эластичнее, устойчивее к износу, коррозии, жару.
Преимущества ванадийсодержащих сталей были открыты «отцом» американской автомобильной промышленности Генри Фордом в начале 20-го века.
- Продукция представлена прокатом (прутки, проволока, лист, трубка), слитками, порошком.
В российской номенклатуре сталей ванадий входит в их состав под буквой Ф. В российской автомобильной промышленности ванадий впервые появился на заре автомобилестроения Генри Форда.
- Есть варианты с покрытием для регионов с экстремальным климатом.
Наиболее востребованными соединениями этого металла являются сплавы с титаном и хромом. Последний используется для изготовления ручных инструментов (например, ключей, ножей).
Хром в сплавах снижает токсичность ванадия.
Другие отрасли промышленности
Металлы и сплавы используются в различных областях и изделиях:
- двигатели самолетов, ракет, другой космической техники;
- постоянные магниты;
- литиевые батареи, аккумуляторы;
- крекинг нефти.
Он также используется в водородной атомной энергетике (ядерные реакторы) в качестве источника химической энергии.
Это стабильный пигмент для красок, лаков, керамики, текстиля и стекла.
Одной части по массе пентоксида ванадия достаточно для яркого окрашивания 200 тысяч частей бесцветной соли анилина.
ВПК
Соединения этого металла являются катализатором для производства серной кислоты.
Он является сырьем для производства нитрофтористой кислоты. А нитроцеллюлоза является основным ингредиентом пороха.
В области производства «пороха» ванадий заменил высокопробную платину.
Цены
Месторождения ванадия существуют в нескольких странах, включая Россию и США. Однако половина мирового производства сосредоточена в Китае.
Это определяет цену. Особенность ценообразования заключается в том, что оно учитывает тип продукта.
Ванадиевые прутки и прокат являются самыми дорогими (1800-2000 $/кг). Слитки дешевле на порядок, а оксид и другие соединения еще дешевле на два порядка.
Добыча: из руды, асцидий и мухоморов ⛏️
Основные месторождения включают:
Китай является лидером по производству ванадия и диктует цены на этот металл.
Интересно, что японцы наглядно продемонстрировали русскую пословицу: «Изобретение с ботинком — умное изобретение». Умные жители Страны восходящего солнца разводят асцидий (морских хордовых) на специальных морских плантациях. Эти животные содержат больше ванадия, чем многие руды. А несчастных аскетов сжигают, и из их пепла извлекают прекрасный металл.
Некоторые флискорпионы также очень богаты ванадием. Поэтому в наших лесах также можно обнаружить добычу этого ценного элемента.
Рекомендуем: СУРЬМА — от красоты глаз до аккумуляторов
Наш пострел везде поспел ⚙️
Применение ванадия и его соединений ограничено довольно высокой ценой. Но во многих случаях эти вещества просто незаменимы.
Почти весь ванадий (по некоторым оценкам от 87% до 90%) используется в сталелитейной промышленности и цветной металлургии.
По статистике ванадий занимает первое место среди легирующих металлов. Он используется для придания сплавам желаемых свойств.
СЭМ-изображение кристаллов ванадия, полученных электролизом.
Легирующие добавки ванадия делают сплавы износостойкими, повышают вязкость и прочность сплавов.
Еще не все свойства этого драгоценного металла изучены; металлурги и ученые находят все более привлекательные свойства металлического ванадия.
Интересно: «Если бы не было ванадия, не было бы и автомобиля». Г. Форд, «отец» американской автомобильной промышленности. Кстати, он очень умный и нестандартно мыслящий человек. Именно он придумал гениальную фразу: «Помните, Бог создал человека без частей.
Остальные проценты используются:
- автомобильная промышленность;
- электроника;
- производители серной кислоты (в качестве катализатора вместо очень дорогой платины);
- в литиевых аккумуляторах и батареях;
- при крекинге нефти;
- производство красок и керамики.
Соединения ванадия используются в ядерной водородной промышленности.
Слитки ванадия с чистотой 99,95 %, полученные электронно-лучевым переплавом. Поверхность слитков подвергается травлению для выявления их структуры.
Многочисленные цвета соединений ванадия используются для окрашивания при производстве тканей.
Порох нужен для войны, а серная кислота — для его производства.
Названия
Элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и его название, которое связано с норвежской богиней любви и красоты Фрейей (Vanadís, дочь Ванов — Vanadis). В 1831 году геолог Шаблон:Iwq предложил переименовать ванадий в роний, но предложение не было поддержано.
Ванадий — двадцатый по распространенности элемент в земной коре. Он является микроэлементом и не встречается в природе в свободном виде. Его содержание в земной коре составляет 1,6⋅1 0-2 % по массе, а в морской воде — 3⋅1 0-7 %. Самое высокое среднее содержание ванадия в магматических породах отмечается в габбро и базальтах (230-290 г/т). В осадочных породах значительное обогащение ванадием наблюдается в биолитах (асфальт, уголь, битуминозные фосфаты), битуминозных сланцах, бокситах и в литических и кремнистых железных рудах. Близость ионных радиусов ванадия к железу и титану, которые широко распространены в магматических породах, означает, что ванадий присутствует в глубинных процессах исключительно в дисперсном состоянии и не образует собственных минералов. Его носителями являются многочисленные титановые минералы (титаномагнетит, стенит, рутил, ильменит), слюда, пироксены и гранаты, которые обладают повышенной изоморфной способностью по сравнению с ванадием. Наиболее важными минералами являются: V (S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl и некоторые другие. Основным источником ванадия являются железные руды, которые содержат ванадий в качестве примеси.
Ионы ванадия () в изобилии присутствуют в морской воде со средней концентрацией 30 нМа. Некоторые источники минеральной воды также содержат этот ион в высоких концентрациях. Например, источники возле горы Фудзи содержат до 54 мкг на литр.
Месторождения
В первом десятилетии двадцатого века основная часть ванадиевой руды добывалась Американской ванадиевой компанией в Минас Рагра в Перу. Позже растущий спрос на уран привел к увеличению добычи урановых руд. Одной из наиболее важных урановых руд был карнотит, который также содержит ванадий. Таким образом, ванадий стал доступен в качестве побочного продукта при производстве урана. Со временем добыча урана стала удовлетворять все большую часть спроса на ванадий.
Известны месторождения в Перу, США, Южной Африке, Финляндии, Австралии, Армении, России, Турции и Англии.
Слитки ванадия с чистотой 99,95 %, полученные электронно-лучевым переплавом. Поверхность слитков подвергается травлению для выявления их структуры.
Ванадий — это ковкий металл серебристо-серого цвета, внешне напоминающий сталь. Кристаллическая решетка кубическая с объемным центром, a=3,024 Å, z=2, пространственная группа Im3m. Температура плавления 1920 °C, температура кипения 3400 °C, плотность 6,11 г/см³. При нагревании на воздухе при температуре более 300 °C ванадий становится хрупким. Примеси кислорода, водорода и азота сильно снижают пластичность ванадия и повышают его твердость и хрупкость.
Изотопы
Природный ванадий состоит из двух изотопов: слабо радиоактивного 50 V (изотопное распределение 0,250 %) и стабильного 51 V (99,750 %). Период полураспада ванадия-50 составляет 1,5⋅10 17 лет, что означает, что его можно считать стабильным для всех практических целей; 83 % этого изотопа превращается в 50 Ti путем захвата электронов, а 17 % подвергается бета-мюонному распаду и становится 50 Cr.
Известно 24 искусственных радиоактивных изотопа ванадия с массовыми числами от 40 до 65 (плюс 5 метастабильных состояний). Из них наиболее стабильными изотопами являются 49 V (T1/2= 337 дней) и 48 В (T1/2=15,974 дня).
Химические свойства
Химически ванадий довольно инертен. Он обладает хорошей коррозионной стойкостью и устойчив к морской воде, разбавленным соляной, азотной и серной кислотам и щелочам.
Ванадий образует с кислородом различные оксиды: VO, V2O3, VO2,V2O5. Апельсин V2O5— кислотный оксид, темно-синий VO2— является амфотерным, в то время как другие оксиды ванадия являются основными.
Известны следующие оксиды ванадия:
Имя Формула Плотность Температура плавления Температура плавления Цвет Оксид ванадия (II) VO 5,76 г/см³ ~1830 °C 3100 °C Черный Оксид ванадия (III) V2O3 4,87 г/см³ 1967 °C 3000 °C Черный Оксид ванадия (IV) VO2 4,65 г/см³ 1542 °C 2700 °C Темно-синий Оксид ванадия (V) V2O5 3,357 г/см³ 670 °C 2030 °C Красно-желтый Галогениды ванадия гидролизуемы. Ванадий образует с галогенами несколько летучих галогенидов состава VX2(X = F, Cl, Br, I), VX3VX4(X = F, Cl, Br), VF5и различные оксохалиды (VOCl, VOCl2, VOF3и т.д.).
Соединения ванадия в состояниях окисления +2 и +3 являются сильными восстановителями, а в состоянии окисления +5 они проявляют окислительные свойства. Известный карбид ванадия VC (tпл= 2800 °C), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия V2S5ванадий-кремний V3Si и другие соединения ванадия.
Взаимодействие V2O5с основными оксидами ванадия образуются ванадатные соли — соли ванадия возможного HVO3.
Вступает в реакцию с кислотами.
- С концентрированной азотной кислотой:
V + 6HNO3→ t∘ VO2NO3+ 5NO2↑ + 3H2O
