Ванадијум

С Википедије, слободне енциклопедије
Ванадијум
V-TableImage.svg
Општа својства
Име, симболванадијум, V
Изгледплаво-сребрно-сиви метал
У периодном систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон


V

Nb
титанијумванадијумхром
Атомски број (Z)23
Група, периодагрупа 5, периода 4
Блокd-блок
Рел. ат. маса (Ar)50,9415(1)[1]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 11, 2
Физичка својства
Тачка топљења2183 K ​(1910 °‍C, ​3470 °F)
Тачка кључања3680 K ​(3407 °‍C, ​6165 °F)
Густина при с.т.6,11 g/cm3
течно ст., на т.т.5,5 g/cm3
Топлота фузије21,5 kJ/mol
Топлота испаравања444 kJ/mol
Мол. топл. капацитет24,89 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 2101 2289 2523
P (Pa) 103 104 105
на T (K) 2814 3187 3679
Атомска својства
Електронегативност1,63
Енергије јонизације1: 650,9 kJ/mol
2: 1414 kJ/mol
3: 2830 kJ/mol
(остале)
Атомски радијус134 pm
Ковалентни радијус153±8 pm
Линије боје у спектралном распону
Остало
Кристална структураунутрашњецентр. кубична (BCC)
Body-centered cubic кристална структура за ванадијум
Брзина звука танак штап4560 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширење8,4 µm/(m·K) (на 25 °‍C)
Топл. водљивост30,7 W/(m·K)
Електрична отпорност197 nΩ·m (на 20 °‍C)
Магнетни распоредпарамагнетичан
Магнетна сусцептибилност (χmol)+255,0·10−6 cm3/mol (298 K)[2]
Јангов модул128 GPa
Модул смицања47 GPa
Модул стишљивости160 GPa
Поасонов коефицијент0,37
Мосова тврдоћа6;7
Викерсова тврдоћа628–640 MPa
Бринелова тврдоћа600–742 MPa
CAS број7440-62-2
Историја
ОткрићеАндрес Мануел дел Рио (1801)
Прва изолацијаХенри Енфилд Роско (1867)
Именовање и епонимНилс Габриел Сефстрем (1830)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР
48V syn 16 d β+ 48Ti
49V syn 330 d ε 49Ti
50V 0,25% 1,5×1017 y ε 50Ti
β 50Cr
51V 99,75% стабилни
референцеВикиподаци

Ванадијум (V, лат. vanadium) метал је VB групе, прелазних метала.[3][4] Има 11 изотопа чије се атомске масе налазе између 44-55. Постојан је само 51. Заступљен је у земљиној кори у количини од 80 ppm (енгл. parts per million) у облику минерала: патронита и ванданита. Открио га је 1801. мексички научник, Андрес Мануел дел Рио. Име је добио по скандинавској богињи Ванадис.

Вандијум гради неколико оксида са оксидацоним бројем од 1 до 5 са различитим кристалним структурама. Многи од њих су нашли примену у индустрији као катализатори оксидационих реакција у органској хемији. Вандијум је лиснат, сребрнаст метал, лоших механичких особина. Ипак он се додаје челику да би побољшао његову отпорност на отирање и пуцање. Због малих количина његових руда и због његове војне примене он представља метал од страешке важности.

Биолошки значај: Ванадијум се налази у човековом окружењу и у његовој исхрани. У човековом организму он се јавља у траговима. Препоручљиво га је уносити у количини од 10 микрограма. Код особа које се редовно и правилно хране не долази до недостатка ванадијума. Ванадијумом може доћи до индустријског загађења животне средине, најзначајнији ефекти су: оштећење бубрега, надражај слузокоже система за дисање и за варење. За многе живе организме ванадијум је есенцијални минерал. Тако напримјер ванадијум има одређену улогу при управљању ензимима који учествују у фосфорилирању, а користе га и неке бактерије за фиксирање азота. С друге стране, за њега или његова једињења сумња се да делују као мутагени кластогени који изазивају промене на хромозомима те су проглашени отровима и карциногенима.[5] Ванадијум је елемент који се налази у ензимима који мењају глукозу и друге шећере.

Историја[уреди | уреди извор]

Андрес Мануел дел Рио

Метал, за који се касније испоставило да је ванадијум, открио је шпански минералог Андрес Мануел дел Рио у мексичкој руди олова, касније названој ванадинит. Нови елемент, он је назвао панхромијум због његове разноликости у погледу боја, а касније је преименован у еритронијум, јер су његове соли након закисељавања добијале црвену боју. Међутим, дел Риово откриће су оповргавали Александар фон Хумболт, те касније и француски хемичар Х.В. Колет-Десотилс због сличности ванадијума са једињењима хрома, те су сматрали да се код наводног новог елемента ради о хрому са одређеним примесама.[6]

Ванадијум је поновно открио 1830. године шведски хемичар Нилс Габриел Сефстрем. Он је испитивао жељезо из шведског рудника жељеза Таберг, тако што је руду растварао у хлороводоничној киселини. При томе је поред других познатих материјала открио и један непознати елемент, који је у неким особинама доста наликовао хрому, али је такође показивао и особине својствене уранијуму. Међутим, након каснијих испитивања, није се радило о ова два елемента. Новом елементу дали су име по Ванадису, другом имену нордијске богиње Фреје. Недуго затим Фридрих Велер, који се са Берцелијусом већ с тим бавио, пружио је доказ идентитета и повезао ванадијум са раније описаним еритронијумом.[7][8]

Ванадијум у чистом, металном облику први је сачинио Хенри Енфилд Роско 1867. путем редукције ванадијум(II) хлорида са водоником. Чисти 99,7% ванадијум добили су Џон Весли Марден и Малколм Рич 1925. године редукцијом ванадијум(V) оксида са калцијумом.[9] У Енглеској се од 1903. почео користити ванадијум за легирање челика. Већа употреба овог елемента у индустрији челика отпочела је 1905. када је Хенри Форд почео да користи ванадијумске челике у производњи својих аутомобила.[10]

Особине[уреди | уреди извор]

Физичке[уреди | уреди извор]

Кристална структура ванадијума, a = 302,4 pm

Ванадијум је немагнетични, тврди али ковни тешки метал, челично-плаве нијансе. Има густину од 6,11 g/cm3.[10] Чисти ванадијум је релативно мек, али у присуству и најмање количине примесе других елемената постаје изузетно тврд и има изузетно велику механичку чврстоћу. По већини особина, он наликује свом „комшији” из периодног система, титанијуму. Тачка топљења чистог ванадијума износи 1910°C, а ако су присутне нечистоће, попут угљеника, она је знатно виша. Тако на пример при уделу од око 10% угљеника, тачка топљења износи око 2700°C.[11] Ванадијум се кристализује слично као хром или ниобијум у кубној просторно-центрираној кристалној структури са Im3m и параметром решетке a = 302,4 pm као и две формулске јединице по елементарној ћелији.[12]

Испод критичне температуре од 5,13 K, ванадијум постаје суперпроводник.[13] Као и чисти ванадијум, и његове легуре са галијумом, ниобијумом и цирконијумом такође су суперпроводници. При температурама испод 5,13 K, као и метали из његове групе ниобијум и тантал, ванадијум иситњен у сићушним грудвицама од по 200 атома исказује необичну особину електричне поларизације која до данас није објашњена. Осим њега, такву особину имају и неметали.[14][15]

Хемијске[уреди | уреди извор]

Ванадијум није племенити метал и у могућности је да реагује са многим неметалима. Изложен ваздуху задржава метални сјај неколико недеља. Међутим, након дужег временског периода постаје приметан настанак зеленкасте корозије. Уколико је потребно конзервисати метални ванадијум, он се мора држати затворен у атмосфери аргона. При високој температури напада га кисеоник и оксидира у ванадијум(V) оксид. И док са угљеником и азотом реагује тек кад је загрејан до белог усијања, реакције са флуором и хлором одвијају се и у хладном стању.

Према киселинама и базама при собној температури, ванадијум је претежно стабилан због свог танког пасивизираног слоја оксида. Напада га само флуороводонична киселина, као и киселине које делују снажно оксидирајуће, попут вруће азотне киселине, концентриране сумпорне киселине и царске воде.

До температуре од око 500°C, ванадијум може апсорбовати водоник. При томе метал постаје веома крхак и може се врло лако претворити у прах. Водоник се може ослободити из ванадијума тек при 700°C у вакууму.[10]

Изотопи[уреди | уреди извор]

Познато је 25 изотопа ванадијума и шест нуклеарних изомера.[16] Само два изотопа се јављају у природи. То су изотоп 50V са природном распрострањеношћу од 0,25% и 51V којег има 99,75%. Изотоп 50V је благо радиоактиван. Распада се са временом полураспада од 1,5 · 1017 година тако што 83% изотопа путем електронског захвата прелази у 50Ti док 17% изотопа путем β-распада прелази у 50Cr.[16] Оба језгра се могу користити за испитивања са НМР-спектроскопијом.

Најстабилнији вештачки изотопи су 48V са временом полураспада од 16 дана и 49V који има време полураспада од 330 дана. Ови изотопи нашли су примену у нуклеарној медицини као трасери.[11] Сви остали изотопи и нуклеарни изомери су веома нестабилни и распадају се у времену од неколико минута или секунди.

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  3. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  4. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  5. ^ Juan J. Rodríguez-Mercado, Rodrigo A. Mateos-Nava, Mario A. Altamirano-Lozano: DNA damage induction in human cells exposed to vanadium oxides in vitro. u: Toxicology in Vitro 25, br. 8, 2011, str. 1996–2002, doi:10.1016/j.tiv.2011.07.009.
  6. ^ L. R. Caswell: Andres del Rio, Alexander von Humboldt, and the Twice-Discovered Element (PDF). u: Bull. Hist. Chem.. 2003, 28 (1), str. 35–41.
  7. ^ N. G. Sefstöm: Über das Vanadin, ein neues Metall, gefunden im Stangeneisen von Eckersholm, einer Eisenhütte, die ihr Erz von Taberg in Småland bezieht. u: Annal. d. Physik, 1831, 97 (1), str. 1–4.
  8. ^ Pismo Berzeliusa upućeno Wöhleru 22. januara 1831. u djelu: O. Wallach (ur.): Briefwechsel zwischen J. Berzelius und F. Wöhler. Leipzig 1901.
  9. ^ Vanadium. u: Encyclopædia Britannica. 2008. Encyclopædia Britannica Online, pristupljeno 6. oktobra 2008. (online).
  10. ^ а б в Günter Bauer et al.: Vanadium and Vanadium Compounds. u: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim 2000, doi:10.1002/14356007.a27_367.
  11. ^ а б Arnold F. Holleman; E. Wiberg; N. Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 изд.). Berlin: de Gruyter. стр. 1542-1543. ISBN 978-3-11-017770-1. 
  12. ^ K. Schubert: Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente. u: Acta Crystallographica, 1974, 30, str. 193–204, doi:10.1107/S0567740874002469.
  13. ^ Aaron Waxler, William S. Corack: Superconductivity of Vanadium. u: Physical Review, 1952, 85, (1), str. 85–90, doi:10.1103/PhysRev.85.85.
  14. ^ T. Krome: Metalle auf Abwegen. Über das ungewöhnliche Tieftemperaturverhalten winziger Metallklumpen. u: Spektrumdirekt.de od 22. maja 2003; sažetak, pristupljeno 23. oktobra 2015.
  15. ^ Ramiro Moro, Xiaoshan Xu, Shuangye Yin, Walt A. de Heer: Ferroelectricity in Free Niobium Clusters, u: Science, 2003, Vol. 300, br. 5623, str. 1265–1269, doi:10.1126/science.1083247.
  16. ^ а б G. Audi; O. Bersillon; J. Blachot; A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (pdf). Nuclear Physics. A 729: 3—128. doi:10.1016/S0375-9474(97)00482-X. 

Литература[уреди | уреди извор]

Спољашње везе[уреди | уреди извор]