5. група хемијских елемената

С Википедије, слободне енциклопедије
Група 5 периодног система
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
Број групе по IUPAC 5
Име елемента ванадијумска група
CAS број групе
(САД, патерн А-Б-А)
VB
стари IUPAC број
(Европа, патерн А-Б)
VA

↓ Периода
4
Слика: Vanadium etched
Ванадијум (V)
23 Прелазни метал
5
Слика: Niobium crystals
Ниобијум (Nb)
41 Прелазни метал
6
Слика: Tantalum, a single crystal
Тантал (Ta)
73 Прелазни метал
7 Дубнијум (Db)
105 Прелазни метал

Легенда

примордијални елемент
синтетички елемент
Боја атомског броја:
црно=чврст

5. група хемијских елемената је једна од 18 група у периодном систему елемената. У овој групи се налазе: ванадијум, ниобијум, танталијум, и дубнијум. Сва четири елемента ове групе су прелазни метали. ванадијум, ниобијум и танталијум се јављају у природи а дубнијум је вештачки добијен. Атомске масе ових елемената крећу се између 50,94 и 262,1. Ова група носи назив и VB група хемијских елемената.

Три лакша елемента Групе 5 јављају се природно и деле слична својства; сва три су тврди ватростални метали под стандардним условима. Четврти елемент, дубнијум, синтетисан је у лабораторијама, али није пронађен у природи, при чему је време полураспада најстабилнијег изотопа, дубнијум-268, само 29 сати, а други изотопи су још радиоактивнији. До данас, ниједан експеримент у суперколајдеру није спроведен да би се синтетисао следећи члан групе, било унпентсептијум (Ups) или унпентенијум (Upe). Пошто су унпенсептијум и унпентенијум елементи преостало дела периоде 8, мало је вероватно да ће ови елементи бити синтетисани у блиској будућности.

Хемија[уреди | уреди извор]

Као и друге групе, чланови ове породице показују обрасце у својој електронској конфигурацији, посебно најудаљенијој љусци, иако ниобијум не прати тренд:

Z Елемент Бр. електрона/љуска
23 ванадијум 2, 8, 11, 2
41 ниобијум 2, 8, 18, 12, 1
73 тантал 2, 8, 18, 32, 11, 2
105 дубнијум 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2

Већина хемије је позната само за прва три члана групе, хемија дубнијума није добро утврђена и стога се остатак одељка бави само ванадијумом, ниобијумом и танталом. Сви елементи групе су реактивни метали са високим тачкама топљења (1910 °C, 2477 °C, 3017 °C). Реактивност није увек очигледна због брзог формирања стабилног оксидног слоја, који спречава даље реакције, слично трендовима у групи 3 или групи 4. Метали формирају различите оксиде: ванадијум формира ванадијум(II) оксид, ванадијум(III) оксид, ванадијум(IV) оксид и ванадијум(V) оксид, ниобијум формира ниобијум(II) оксид, ниобијум(IV) оксид и ниобијум(V) оксид, али је од танталових оксида познат само тантал(V) оксид. Метални(V) оксиди су генерално нереактивни и делују више као киселине него базе, али су нижи оксиди мање стабилни. Они, међутим, имају нека необична својства за оксиде, као што је висока електрична проводљивост.[1]

Сва три елемента формирају различита неорганска једињења, углавном у оксидационом стању +5. Нижа оксидациона стања су такође позната, али су мање стабилна, смањујући стабилност са повећањем атомске масе.

Историја[уреди | уреди извор]

Ванадијум је открио Андрес Мануел дел Рио, мексички минералог шпанског порекла, 1801. године у минералу ванадиниту. Након што су други хемичари одбацили његово откриће еритронијума, он је повукао своју тврдњу.[2]

Ниобијум је открио енглески хемичар Чарлс Хачет 1801. године.[3]

Тантал је први открио Андерс Густав Екеберг 1802. Међутим, сматрало се да је идентичан ниобијуму све до 1846. године, када је Хајнрих Роуз доказао да су та два елемента различита. Чисти тантал је произведен тек 1903. године.[4]

Дубнијум је први пут произведен 1968. године у Заједничком институту за нуклеарна истраживања бомбардовањем америцијума-243 неоном-22 и поново је произведен у Лабораторији Лоренс Беркли 1970. Предложени су називи „нилсборијум” и „јолиотијум” за елемент, али је 1997. године, IUPAC је одлучио да елемент назове дубнијум.[4]

Етимологија[уреди | уреди извор]

Ванадијум је добио име по Ванадис, скандинавској богињи љубави. Ниобијум је добио име по Ниоби, лику из грчке митологије. Тантал је добио име по Танталу, лику из грчке митологије. Дубниум је добио име по Дубни у Русији, где је откривен.[4]

Појава[уреди | уреди извор]

Постоји 160 делова на милион ванадијума у земљиној кори, што га чини 19. најзаступљенијим елементом. Земљиште садржи у просеку 100 делова на милион ванадијума, а морска вода 1,5 делова на милијарду ванадијума. Типичан човек садржи 285 делова на милијарду ванадијума. Познато је преко 60 руда ванадијума, укључујући ванадинит, патронит и карнотит.[4]

Постоји 20 делова на милион ниобијума у земљиној кори, што га чини 33. најзаступљенијим елементом. Земљиште садржи у просеку 24 дела на милион ниобијума, а морска вода садржи 900 делова на квадрилион ниобијума. Типичан човек садржи 21 део на милијарду ниобијума. Ниобијум се налази у минералима колумбиту и пирохлору.[4]

Постоје 2 дела на милион тантала у земљиној кори, што га чини 51. најзаступљенијим елементом. Земљиште садржи у просеку 1 до 2 дела на милијарду тантала, а морска вода садржи 2 дела на билион тантала. Типичан човек садржи 2,9 делова на милијарду тантала. Тантал се налази у минералима танталиту и пирохлору.[4]

Продукција[уреди | уреди извор]

Годишње се произведе око 70.000 тона руде ванадијума, од којих се 25.000 t руде ванадијума производи у Русији, 24.000 у Јужној Африци, 19.000 у Кини и 1.000 у Казахстану. Годишње се произведе 7000 t металног ванадијума. Ванадијум је немогуће добити загревањем његове руде угљеником. Уместо тога, ванадијум се производи загревањем ванадијум оксида са калцијумом у посуди под притиском. Ванадијум веома високе чистоће се добија реакцијом ванадијум трихлорида са магнезијумом.[4]

Годишње се произведе 230.000 t руде ниобијума, при чему Бразил производи 210.000 t, Канада 10.000 t, а Аустралија 1.000 t. Годишње се произведе 60000 t чистог ниобијума.[4]

Годишње се произведе 70000 t руде тантала. Бразил производи 90% руде тантала, а Канада, Аустралија, Кина и Руанда такође производе овај елемент. Потражња за танталом је око 1200 t годишње.[4]

Дубнијум се производи синтетички бомбардовањем актинида лакшим елементима.[4]

Апликације[уреди | уреди извор]

Главна примена ванадијума је у легурама, као што је ванадијумски челик. Легуре ванадијума се користе у опругама, алатима, млазним моторима, оклопима и нуклеарним реакторима. Ванадијум оксид даје керамици златну боју, а друга једињења ванадијума се користе као катализатори за производњу полимера.[4]

Мале количине ниобијума се додају у нерђајући челик да би се побољшао његов квалитет. Легуре ниобијума се такође користе у ракетним млазницама због високе отпорности ниобијума на корозију.[4]

Тантал има четири главне врсте апликација. Тантал се додаје у предмете изложене високим температурама, у електронске уређаје, у хируршке имплантате и за руковање корозивним супстанцама.[4]

Токсичност[уреди | уреди извор]

Није познато да је чист ванадијум токсичан. Међутим, ванадијум пентоксид изазива јаку иритацију очију, носа и грла.[4]

Сматра се да су ниобијум и његова једињења благо токсични, али није познато да је дошло до тровања ниобијумом. Ниобијумска прашина може да иритира очи и кожу.[4]

Тантал и његова једињења ретко изазивају повреде, а када до тога дође, повреде су обично осипи.[4]

Биолошке појаве[уреди | уреди извор]

Од елемената групе 5, идентификовано је да само ванадијум игра улогу у биолошкој хемији живих система, али чак и он игра веома ограничену улогу у биологији, и важнији је у океанским срединама него на копну.

Ванадијум, неопходан за асцидије и туникате у виду ванабина, познат је у крвним ћелијама Ascidiacea (морске плашташа) од 1911. године,[5][6] при чему је концентрација ванадијума у њиховој крви преко од 100 пута већа од концентрације ванадијума у морској води око њих. Неколико врста макрогљива акумулира ванадијум (до 500 mg/kg у сувој тежини).[7] Бромопероксидаза зависна од ванадијума ствара органоброминска једињења у бројним врстама морских алги.[8]

Такође је познато да је пацовима и пилићима потребан ванадијум у веома малим количинама, а дефицијенције резултирају смањеним растом и поремећеном репродукцијом.[9] Ванадијум је релативно контроверзан додатак исхрани, првенствено ради повећања осетљивости на инсулин[10] и бодибилдинг. Ванадил сулфат може побољшати контролу глукозе код људи са дијабетесом типа 2.[11] Поред тога, декаванадат и оксованадат су врсте које потенцијално имају мноштво биолошких активности и које се успешно користе као алати у разумевању неколико биохемијских процеса.[12]

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (на језику: немачки) (91–100 изд.). Walter de Gruyter. ISBN 3-11-007511-3. 
  2. ^ Cintas, Pedro (2004). „The Road to Chemical Names and Eponyms: Discovery, Priority, and Credit”. Angewandte Chemie International Edition. 43 (44): 5888—94. PMID 15376297. doi:10.1002/anie.200330074. 
  3. ^ Hatchett, Charles (1802). „Eigenschaften und chemisches Verhalten des von Charlesw Hatchett entdeckten neuen Metalls, Columbium”. Annalen der Physik (на језику: немачки). 11 (5): 120—122. Bibcode:1802AnP....11..120H. doi:10.1002/andp.18020110507. 
  4. ^ а б в г д ђ е ж з и ј к л љ м н Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks. 
  5. ^ Henze, M. (1911). „Untersuchungen über das Blut der Ascidien. I. Mitteilung. Die Vanadiumverbindung der Blutkörperchen”. Hoppe-Seyler's Zeitschrift für Physiologische Chemie (на језику: немачки). 72 (5–6): 494—501. doi:10.1515/bchm2.1911.72.5-6.494. 
  6. ^ Michibata, H; Uyama, T; Ueki, T; Kanamori, K (2002). „Vanadocytes, cells hold the key to resolving the highly selective accumulation and reduction of vanadium in ascidians” (PDF). Microscopy Research and Technique. 56 (6): 421—434. PMID 11921344. doi:10.1002/jemt.10042. 
  7. ^ Kneifel, Helmut; Bayer, Ernst (1997). „Determination of the Structure of the Vanadium Compound, Amavadine, from Fly Agaric”. Angewandte Chemie International Edition in English. 12 (6): 508. ISSN 1521-3773. doi:10.1002/anie.197305081. 
  8. ^ Butler, Alison; Carter-Franklin, Jayme N. (2004). „The role of vanadium bromoperoxidase in the biosynthesis of halogenated marine natural products”. Natural Product Reports. 21 (1): 180—8. PMID 15039842. doi:10.1039/b302337k. 
  9. ^ Schwarz, Klaus; Milne, David B. (1971). „Growth Effects of Vanadium in the Rat”. Science. 174 (4007): 426—428. Bibcode:1971Sci...174..426S. JSTOR 1731776. PMID 5112000. doi:10.1126/science.174.4007.426. 
  10. ^ Yeh, Gloria Y.; Eisenberg, David M.; Kaptchuk, Ted J.; Phillips, Russell S. (2003). „Systematic Review of Herbs and Dietary Supplements for Glycemic Control in Diabetes”. Diabetes Care. 26 (4): 1277—1294. PMID 12663610. doi:10.2337/diacare.26.4.1277Слободан приступ. 
  11. ^ Badmaev, V.; Prakash, Subbalakshmi; Majeed, Muhammed (1999). „Vanadium: a review of its potential role in the fight against diabetes”. The Journal of Alternative and Complementary Medicine. 5 (3): 273—291. PMID 10381252. doi:10.1089/acm.1999.5.273. 
  12. ^ Aureliano, Manuel; Crans, Debbie C. (2009). „Decavanadate and oxovanadates: Oxometalates with many biological activities”. Journal of Inorganic Biochemistry. 103: 536—546. doi:10.1016/j.jinorgbio.2008.11.010. 

Литература[уреди | уреди извор]

  • Greenwood, N (2003). „Vanadium to dubnium: from confusion through clarity to complexity”. Catalysis Today. 78 (1–4): 5—11. doi:10.1016/S0920-5861(02)00318-8. 

Спољашње везе[уреди | уреди извор]