Das Vanadium Es ist das dritte Übergangsmetall im Periodensystem, das durch das chemische Symbol V dargestellt wird. Es ist nicht so beliebt wie andere Metalle, aber diejenigen, die Stähle und Titan verstehen, werden davon als Additiv für seine Verstärkung in Legierungen oder Werkzeugen gehört haben. Physikalisch ist es gleichbedeutend mit Härte und chemisch mit Farben.
Einige Chemiker wagen es, es als Chamäleonmetall zu beschreiben, das in der Lage ist, eine breite Palette von Farben in seinen Verbindungen anzunehmen. elektronische Eigenschaft, die der der Metalle Mangan und Chrom ähnelt. In seinem ursprünglichen und reinen Zustand sieht es genauso aus wie andere Metalle: Silber, aber mit bläulichen Farbtönen. Einmal verrostet, sieht es wie unten gezeigt aus.
In diesem Bild ist das Schillern des Oxids kaum zu unterscheiden, was von den Oberflächen oder der Oberfläche der Metallkristalle abhängt. Diese Oxidschicht schützt es vor weiterer Oxidation und damit vor Korrosion.
Eine solche Korrosionsbeständigkeit sowie thermische Rissbildung wird Legierungen verliehen, wenn ihnen V-Atome zugesetzt werden. All dies, ohne sein Gewicht zu stark zu erhöhen, da Vanadium kein Schwermetall, sondern ein Leichtmetall ist; im Gegensatz zu dem, was viele vielleicht denken.
Sein Name leitet sich von der nordischen Göttin Vanadís aus Skandinavien ab; Es wurde jedoch in Mexiko als Teil des Vanadinitminerals Pb entdeckt5[VO4]]3Cl aus rötlichen Kristallen. Das Problem war, dass Vanadium, um es aus diesem Mineral und vielen anderen zu erhalten, in eine Verbindung umgewandelt werden musste, die leichter zu reduzieren war als sein Oxid V.zweiODER5 (was durch Kalzium reduziert wird).
Andere Vanadiumquellen liegen in Meereswesen oder in Rohöl, das in den Petroporphyrinen "eingesperrt" ist..
In Lösung sind die Farben, die seine Verbindungen je nach Oxidationsstufe haben können, gelb, blau, dunkelgrün oder violett. Vanadium zeichnet sich nicht nur durch diese Zahlen oder Oxidationsstufen (von -1 bis +5) aus, sondern auch durch seine Fähigkeit, sich auf unterschiedliche Weise mit biologischen Umgebungen zu koordinieren.
Die Chemie des Vanadiums ist reichlich vorhanden, mysteriös und im Vergleich zu anderen Metallen muss noch viel Licht darauf geworfen werden, damit es genau verstanden werden kann..
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Mexiko hat die Ehre, das Land gewesen zu sein, in dem dieses Element entdeckt wurde. Der Mineralogist Andrés Manuel del Río analysierte 1801 ein rötliches Mineral, das er selbst braunes Blei nannte (Vanadinit, Pb5[VO4]]3Cl) extrahierte einige Metalloxide, deren Eigenschaften nicht denen eines zu diesem Zeitpunkt bekannten Elements entsprachen.
So taufte er dieses Element zuerst mit dem Namen 'Pancromo' aufgrund der reichen Farbvielfalt seiner Verbindungen; dann benannte er es in "Erythrono" um, vom griechischen Wort "Erythronium", was "rot" bedeutet.
Vier Jahre später gelang es dem französischen Chemiker Hippolyte Victor Collet Descotils, Del Río dazu zu bringen, seine Behauptungen zurückzuziehen, indem er vorschlug, Erythron sei kein neues Element, sondern Chromverunreinigungen. Und es dauerte mehr als zwanzig Jahre, bis etwas über dieses vergessene Element bekannt wurde, das in mexikanischen Böden entdeckt wurde..
1830 entdeckte der Schweizer Chemiker Nils Gabriel Sefström ein weiteres neues Element in Eisenerzen, das er Vanadium nannte. Name, der von der nordischen Göttin Vanadís abgeleitet ist, im Vergleich seiner Schönheit mit den brillanten Farben der Verbindungen dieses Metalls.
Im selben Jahr wies der deutsche Geologe George William Featherstonhaugh darauf hin, dass Vanadium und Erythron tatsächlich dasselbe Element seien; Und obwohl er wollte, dass der Name des Flusses sich durch Rionio durchsetzte, wurde sein Vorschlag nicht angenommen.
Um Vanadium zu isolieren, musste es aus seinen Mineralien reduziert werden, und wie Scandium und Titan war diese Aufgabe aufgrund seiner zähen Affinität zu Sauerstoff nicht einfach. Es musste zuerst in Arten umgewandelt werden, die relativ leicht reduziert werden konnten; Dabei erhielt Berzelius 1831 Vanadiumnitrid, das er für das native Metall hielt.
1867 erreichte der englische Chemiker Henry Enfield Roscoe die Reduktion von Vanadium (II) chlorid, VClzwei, zu metallischem Vanadium unter Verwendung von Wasserstoffgas. Das produzierte Metall war jedoch unrein.
Schließlich wurde anlässlich des Beginns der technologischen Geschichte von Vanadium eine hochreine Probe durch Reduktion des V erhaltenzweiODER5 mit metallischem Kalzium. Eine seiner ersten prominenten Anwendungen war die Herstellung des Fahrgestells des Ford Model T..
In seiner reinen Form ist es ein graues Metall mit bläulichen Obertönen, weich und duktil. Wenn es jedoch mit einer Oxidschicht (insbesondere dem Produkt eines Feuerzeugs) bedeckt ist, nimmt es auffällige Farben an, als wäre es ein Kristallchamäleon.
50,9415 g / mol
1910 ° C.
3407 ° C.
-6,0 g / ml bei Raumtemperatur
-5,5 g / ml, am Schmelzpunkt, dh es schmilzt kaum.
21,5 kJ / mol
444 kJ / mol
Molare Wärmekapazität
24,89 J / (mol K)
1 Pa bei 2101 K (selbst bei hohen Temperaturen praktisch vernachlässigbar).
1,63 auf der Pauling-Skala.
Erstens: 650,9 kJ / mol (V.+ gasförmig)
Zweitens: 1414 kJ / mol (V.zwei+ gasförmig)
Drittens: 2830 kJ / mol (V.3+ gasförmig)
6.7
Beim Erhitzen können giftige Dämpfe aus V freigesetzt werdenzweiODER5.
Eine der wichtigsten und auffälligsten Eigenschaften von Vanadium sind die Farben seiner Verbindungen. Wenn einige von ihnen in sauren Medien gelöst sind, weisen die Lösungen (meistens wässrig) Farben auf, die es einem ermöglichen, eine Zahl oder Oxidationsstufe von einer anderen zu unterscheiden..
Das obige Bild zeigt beispielsweise vier Reagenzgläser mit Vanadium in verschiedenen Oxidationsstufen. Die linke, gelb, entspricht V.5+, speziell als Kation VOzwei+. Dann folgt das Kation VOzwei+, mit V.4+, die Farbe blau; Kation V.3+, dunkelgrün; und V.zwei+, lila oder lila.
Wenn eine Lösung aus einer Mischung von Verbindungen von V besteht4+ und V.5+, Man erhält eine hellgrüne Farbe (Produkt von Gelb mit Blau).
Die V-SchichtzweiODER5 auf Vanadium schützt es vor der Reaktion mit starken Säuren wie Schwefel- oder Salzsäure, starken Basen und zusätzlich vor Korrosion, die durch erhöhte Oxidation verursacht wird.
Bei Erwärmung über 660 ° C oxidiert Vanadium vollständig und sieht aus wie ein gelber Feststoff mit schillerndem Glanz (abhängig von den Winkeln seiner Oberfläche). Dieses orange-gelbe Oxid kann durch Zugabe von Salpetersäure aufgelöst werden, wodurch das Vanadium wieder seine silberne Farbe annimmt..
Fast alle Vanadiumatome im Universum (99,75% von ihnen) handeln vom Isotop 51V, während ein sehr kleiner Anteil (0,25%) dem Isotop entspricht fünfzigV. Daher ist es nicht überraschend, dass das Atomgewicht von Vanadium 50,9415 u beträgt (näher an 51 als 50)..
Die anderen Isotope sind radioaktiv und synthetisch mit Halbwertszeiten (t1/2) im Bereich von 330 Tagen (49V), 16 Tage (48V) einige Stunden oder 10 Sekunden.
Vanadiumatome V sind in einer körperzentrierten kubischen (bcc) Kristallstruktur angeordnet, die das Produkt ihrer metallischen Bindung ist. Von den Strukturen ist dies die am wenigsten dichte mit ihren fünf Valenzelektronen, die gemäß der elektronischen Konfiguration am "Elektronenmeer" beteiligt sind:
[Ar] 3d3 4szwei
Somit vereinigen sich die drei Elektronen des 3d-Orbitals und die zwei des 4s-Orbitals, um ein Band zu durchlaufen, das durch Überlappung der Valenzorbitale aller V-Atome des Kristalls gebildet wird; klar, Erklärung basierend auf Bandentheorie.
Da die V-Atome im Periodensystem etwas kleiner sind als die Metalle links von ihnen (Scandium und Titan) und aufgrund ihrer elektronischen Eigenschaften ihre metallische Bindung stärker ist; eine Tatsache, die sich in ihrem höchsten Schmelzpunkt und damit in seinen kohäsiveren Atomen widerspiegelt.
Berechnungsstudien zufolge ist die bcc-Struktur von Vanadium selbst unter enormen Drücken von 60 GPa stabil. Sobald dieser Druck überschritten wird, geht sein Kristall in die rhomboedrische Phase über, die bis zu 434 GPa stabil bleibt. wenn die bcc-Struktur wieder erscheint.
Die Elektronenkonfiguration von Vanadium allein zeigt, dass sein Atom bis zu fünf Elektronen verlieren kann. Wenn dies der Fall ist, wird das Edelgas Argon isoelektronisch und die Existenz des Kations V wird angenommen.5+.
Ebenso kann der Elektronenverlust allmählich sein (abhängig von der Spezies, mit der er verbunden ist) und positive Oxidationszahlen aufweisen, die von +1 bis +5 variieren; daher wird in ihren Verbindungen die Existenz der jeweiligen Kationen V angenommen+, V.zwei+ und so weiter.
Vanadium kann auch Elektronen gewinnen und sich in ein metallisches Anion umwandeln. Seine negativen Oxidationszahlen sind: -1 (V.-) und -3 (V.3-). Die Elektronenkonfiguration des V.3- es ist:
[Ar] 3d6 4szwei
Obwohl es vier Elektronen fehlt, um die Füllung der 3d-Orbitale zu vervollständigen, ist V energetisch stabiler3- dass die V.7-, die theoretisch extrem elektropositive Spezies benötigen würden (um ihr ihre Elektronen zu geben).
Vanadium bietet mechanische, thermische und Vibrationsbeständigkeit sowie Härte für die Legierungen, denen es zugesetzt wird. Beispielsweise wird es als Ferrovanadium (Eisen- und Vanadiumlegierung) oder Vanadiumcarbid zusammen mit anderen Metallen in Stahl oder in Titanlegierungen zugesetzt.
Auf diese Weise entstehen sehr harte und gleichzeitig leichte Materialien, die als Werkzeuge (Bohrer und Schraubenschlüssel), Zahnräder, Auto- oder Flugzeugteile, Turbinen, Fahrräder, Düsentriebwerke, Messer, Zahnimplantate usw. verwendet werden können..
Auch seine Legierungen mit Gallium (V.3Ga) sind supraleitend und werden zur Herstellung von Magneten verwendet. Aufgrund ihrer geringen Reaktivität werden Vanadiumlegierungen auch für Rohre verwendet, in denen ätzende chemische Reagenzien eingesetzt werden..
Vanadium ist Teil der Redox-Batterien VRB (Abkürzung für Englisch: Vanadium Redox Batteries). Diese können zur Förderung der Stromerzeugung aus Solar- und Windenergie sowie aus Batterien in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.
Das VzweiODER5 Es wird verwendet, um Glas und Keramik eine goldene Farbe zu verleihen. Andererseits macht ihre Anwesenheit in einigen Mineralien sie grünlich, wie es bei Smaragden der Fall ist (und dank anderer Metalle auch).
Das VzweiODER5 Es ist auch ein Katalysator, der zur Synthese von Schwefelsäure und Maleinsäureanhydridsäure verwendet wird. Gemischt mit anderen Metalloxiden katalysiert es andere organische Reaktionen, wie die Oxidation von Propan und Propylen zu Acrolein bzw. Acrylsäure..
Arzneimittel, die aus Vanadiumkomplexen bestehen, wurden als mögliche und potenzielle Kandidaten für die Behandlung von Diabetes und Krebs angesehen..
Es scheint ironisch, dass Vanadium als seine farbenfrohen und giftigen Verbindungen seine Ionen (VO) sind+, VOzwei+ und VO43-, meistens) in Spuren sind sie nützlich und essentiell für Lebewesen; insbesondere die von marinen Lebensräumen.
Die Gründe liegen in der Analogie zwischen Vanadat und Phosphatanion (VO) in den Oxidationsstufen mit der Anzahl der Liganden in der biologischen Umgebung, die es koordiniert (oder interagiert)43- und PO43-) und in anderen von bioanorganischen Chemikern untersuchten Faktoren.
Vanadiumatome können dann mit Atomen interagieren, die zu Enzymen oder Proteinen gehören, entweder mit vier (Koordinationstetraeder), fünf (quadratische Pyramide oder andere Geometrien) oder sechs. Wenn dabei eine günstige Reaktion für den Körper ausgelöst wird, wird gesagt, dass Vanadium eine pharmakologische Aktivität ausübt.
Zum Beispiel gibt es die Haloperoxidasen: Enzyme, die Vanadium als Cofaktor verwenden können. Es gibt auch Vanabine (in den Vanadozytenzellen von Manteltieren), Phosphorylasen, Stickstoffasen, Transferine und Serumalbumine (von Säugetieren), die mit diesem Metall interagieren können.
Ein organisches Molekül oder ein Vanadium-Koordinationskomplex namens Amavadin ist in den Körpern bestimmter Pilze wie Amanita muscaria vorhanden (unteres Bild)..
Und schließlich kann Vanadium in einigen Komplexen in einer Hämgruppe enthalten sein, wie dies bei Eisen im Hämoglobin der Fall ist..
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