تحصیلات

وانادیوم ( عنصر شیمیایی): تاریخ نام، ساختار اتمی، ظرفیت

در میان 115 عنصر شیمیایی شناخته شده امروز، بسیاری از آنها نام خود را به افتخار قهرمانان اسطوره های یونان، خدایان دریافت کردند. برخی دیگر کاشفان و دانشمندان مشهور را با نام خانوادگی خود نام می بردند. برخی دیگر به نام کشورها، شهرها، اشیاء جغرافیایی. تاریخچه نام عنصری مانند وانادیوم بسیار جالب است. و این فلز به خودی خود بسیار مهم است و ویژگی های خاصی دارد. بنابراین، اجازه دهید آن را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم.

وانادیوم یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی است

اگر این عنصر را با موقعیت آن در جدول تناوبی مشخص کنیم، می توانیم چندین نکته اصلی را برجسته کنیم.

1. واقع در دوره چهارم عمده، گروه پنجم، زیر گروه اصلی.
2. شماره سریال - 23.
3. جرم اتمی این عنصر 50.9415 است.
4. نماد شیمیایی V است.
5. نام لاتین وانادیوم است.
6. نام روسی وانادیوم است. عنصر شیمیایی در فرمول ها به عنوان "وانادیوم" خوانده می شود.
7. این یک فلز معمولی است و خواص ترمیمی از خود نشان می دهد.

با توجه به موقعیتی که در سیستم عناصر دارد، بدیهی است که این عنصر به عنوان یک ماده ساده دارای خواصی مشابه تانتالیوم و نیوبیم خواهد بود.

ویژگی های ساختار اتم

وانادیوم یک عنصر شیمیایی است که ساختار اتمی آن با فرمول الکترونیکی عمومی 3d 3 4s 2 بیان می شود. بدیهی است که به دلیل این پیکربندی، هم ظرفیت و هم حالت اکسیداسیون می توانند مقادیر متفاوتی را نشان دهند.

این فرمول به ما اجازه می دهد تا خواص وانادیوم را به عنوان پیش بینی کنیم ماده سادهیک فلز معمولی است که تعداد زیادی از ترکیبات مختلف از جمله ترکیبات پیچیده را تشکیل می دهد.

ظرفیت مشخصه و حالت اکسیداسیون

به دلیل وجود سه الکترون جفت نشده در سطح فرعی سه بعدی، وانادیوم می تواند حالت اکسیداسیون +3 را نشان دهد. با این حال، او تنها نیست. در مجموع چهار مقدار ممکن وجود دارد:

علاوه بر این، وانادیوم یک عنصر شیمیایی است که ظرفیت آن نیز دو شاخص دارد: IV و V. به همین دلیل است که این اتم ترکیبات زیادی دارد و همه آنها رنگ زیبایی دارند. کمپلکس های آبی و نمک های فلزی از این جهت معروف هستند.

وانادیوم: عنصر شیمیایی. تاریخچه نام

اگر درباره تاریخچه کشف این فلز صحبت کنیم، باید به آغاز قرن هجدهم بپردازیم. در این دوره در سال 1801 بود که دل ریو مکزیکی توانست عنصری ناشناخته را در ترکیب سنگ سرب کشف کند که نمونه ای از آن را بررسی کرد. پس از انجام یک سری آزمایش، دل ریو چندین نمک فلزی رنگارنگ به دست آورد. او نام آن را «اریترون» گذاشت، اما بعداً آن را با نمک‌های کروم اشتباه گرفت، بنابراین در این کشف نخل را دریافت نکرد.

بعدها دانشمند دیگری به نام سفستروم سوئدی توانست این فلز را با جداسازی از سنگ آهن به دست آورد. این شیمیدان شک نداشت که این عنصر جدید و ناشناخته است. بنابراین، او کاشف است. او به همراه ینس برزلیوس نام عنصر کشف شده - وانادیوم را گذاشت.

چرا دقیقا این؟ در اساطیر اسکاندیناوی قدیم، یک الهه وجود دارد که مظهر عشق، استقامت، وفاداری و فداکاری است. او الهه زیبایی است. اسمش ونادیس بود. پس از اینکه دانشمندان خواص ترکیبات این عنصر را مطالعه کردند، برای آنها کاملاً آشکار شد که آنها بسیار زیبا و رنگارنگ هستند. و افزودن فلز به آلیاژها به طور چشمگیری کیفیت، استحکام و پایداری آنها را افزایش می دهد. بنابراین، به افتخار الهه وانادیس، نام فلزی غیر معمول و مهم داده شد.

وانادیوم یک عنصر شیمیایی است که حتی بعدها به شکل یک ماده ساده به دست آمد. تنها در سال 1869، شیمیدان انگلیسی G. Roscoe توانست فلز را به صورت آزاد از سنگ جدا کند. دانشمند دیگری F. Weller ثابت کرد که "کروم" که زمانی توسط دل ریو کشف شد وانادیوم است. با این حال، مکزیکی تا این روز زنده نماند و هرگز از کشف خود مطلع نشد. نام عنصر به لطف G.I. Hess به روسیه آمد.

ماده ساده وانادیوم

به عنوان یک ماده ساده، اتم مورد بحث یک فلز است. دارای تعدادی خواص فیزیکی است.

1. رنگ: نقره ای-سفید، براق.
2. شکننده، سخت، سنگین، زیرا چگالی آن 6.11 گرم بر سانتی متر مکعب است.
3. نقطه ذوب 1920 0 C است که به آن اجازه می دهد تا به عنوان یک فلز نسوز طبقه بندی شود.
4. در هوا اکسید نمی شود.

از آنجایی که یافتن آن به صورت آزاد در طبیعت غیرممکن است، مردم باید آن را از کانی ها و سنگ های مختلف جدا کنند.

وانادیوم یک عنصر فلزی شیمیایی است که هنگام گرم شدن و تحت شرایط خاص فعالیت شیمیایی نسبتاً بالایی از خود نشان می دهد. اگر در مورد پارامترهای استاندارد صحبت کنیم محیط، پس فقط با اسیدهای غلیظ، aqua regia قادر به واکنش می باشد.

این ترکیبات دوتایی را با برخی از غیر فلزات تشکیل می دهد و واکنش ها در دماهای بالا انجام می شود. در مذاب های قلیایی حل می شود و مجتمع هایی را تشکیل می دهد - وانادات. اکسیژن به عنوان یک عامل اکسید کننده قوی در وانادیوم حل می شود و هر چه دمای مخلوط بالاتر باشد، بیشتر حل می شود.

وقوع در طبیعت و ایزوتوپ ها

اگر در مورد شیوع اتم مورد بحث در طبیعت صحبت کنیم، وانادیوم یک عنصر شیمیایی است که به عنوان پراکنده طبقه بندی می شود. تقریباً بخشی از تمام سنگ‌ها، سنگ‌ها و کانی‌های بزرگ است. اما هیچ جا بیشتر از 2 درصد نیست.

اینها نژادهایی مانند:

• وانادینیت;
• حمایت می کند؛
• کارنوتیت؛
• سرماخوردگی

همچنین می توانید فلز مورد نظر را در ترکیب پیدا کنید:

• خاکستر گیاه؛
• آب اقیانوس؛
• بدن آسیدین ها، هولوتوریان ها؛
• ارگانیسم ها گیاهان زمینیو حیوانات

اگر در مورد ایزوتوپ های وانادیوم صحبت کنیم، تنها دو مورد از آنها وجود دارد: با عدد جرمی 51، که اکثریت قریب به اتفاق آن 99.77٪ است و با عدد جرمی 50، که پرتوزا است و در مقادیر ناچیز رخ می دهد.

ترکیبات وانادیوم

قبلاً در بالا اشاره کردیم که به عنوان یک عنصر شیمیایی، این فلز فعالیت کافی برای تشکیل تعداد زیادی از ترکیبات مختلف را از خود نشان می دهد. بنابراین، انواع زیر از مواد حاوی وانادیوم شناخته شده است.

1. اکسیدها
2. هیدروکسیدها
3. نمک های دوتایی (کلریدها، فلوریدها، برومیدها، سولفیدها، یدیدها).
4. ترکیبات اکسی (اکسی کلریدها، اکسی برومیدها، اکسی تری فلوریدها و غیره).
5. نمک های پیچیده

از آنجایی که ظرفیت یک عنصر بسیار متفاوت است، مواد زیادی به دست می آیند. خانه ویژگی متمایزهمه آنها رنگ آمیزی می کنند. وانادیوم یک عنصر شیمیایی است که ترکیبات آن نشان می دهد که رنگ آن می تواند از سفید و زرد تا قرمز و آبی شامل سایه های سبز، نارنجی، سیاه و بنفش متغیر باشد. این تا حدودی دلیل این است که آنها نام اتم را گذاشته اند، زیرا واقعاً بسیار زیبا به نظر می رسد.

با این حال، بسیاری از ترکیبات تنها در شرایط واکنش نسبتاً سخت به دست می آیند. علاوه بر این، بیشتر آنها مواد سمی هستند که برای انسان خطرناک هستند. وضعیت فیزیکی مواد می تواند بسیار متفاوت باشد. به عنوان مثال، کلریدها، برومیدها و فلورایدها اغلب کریستال های صورتی تیره، سبز یا سیاه هستند. و اکسیدها به صورت پودر هستند.

تولید و استفاده از فلز

وانادیوم از جداسازی آن از سنگ ها و سنگ معدن ها به دست می آید. علاوه بر این، آن دسته از مواد معدنی که حاوی حتی 1٪ فلز هستند، بسیار غنی از وانادیم در نظر گرفته می شوند. پس از جداسازی نمونه مخلوط آهن و وانادیوم به محلول غلیظ منتقل می شود. سدیم وانادات با اسیدی شدن از آن جدا می شود، که متعاقباً از آن یک نمونه بسیار غلیظ با محتوای فلز تا 90٪ به دست می آید.

این باقیمانده خشک شده سپس در یک کوره کلسینه می شود و وانادیوم به حالت فلزی خود کاهش می یابد. در این فرم مواد آماده استفاده است.

وانادیوم یک عنصر شیمیایی است که به طور گسترده در صنعت استفاده می شود. به خصوص در مهندسی مکانیک و ذوب آلیاژ فولاد. چندین کاربرد اصلی فلز را می توان شناسایی کرد.

1. صنعت نساجی.
2. شیشه سازی.
3. تولید سرامیک و لاستیک.
4. صنعت رنگ و لاک.
5. تهیه و سنتز مواد شیمیایی(تولید اسید سولفوریک).
6. ساخت راکتورهای هسته ای
7. هوانوردی و کشتی سازی، مهندسی مکانیک.

وانادیوم یک جزء آلیاژی بسیار مهم برای تولید آلیاژهای سبک، قوی و مقاوم در برابر خوردگی، عمدتاً فولاد است. بیهوده به آن "فلز خودرو" نمی گویند.

وانادیوم

وانادیوم-من؛ متر[لات. وانادیوم از Old Scand.] عنصر شیمیایی (V)، فلزی سخت به رنگ خاکستری روشن، که برای ساختن گریدهای با ارزش فولاد استفاده می شود. ● به دلیل رنگ زیبای نمک های آن، به نام الهه زیبایی اسکاندیناوی قدیم وانادیس نامگذاری شده است.

◁ وانادیوم، -آیا، -اوه. سنگ معدن دوم. فولاد دوم.

(lat. Vanadium)، عنصر شیمیایی گروه V جدول تناوبی. این نام از الهه زیبایی اسکاندیناوی قدیمی وانادیس گرفته شده است. فلز خاکستری فولادی سخت. چگالی 6.11 گرم بر سانتی متر 3 تی pl 1920 درجه سانتی گراد. در برابر آب و بسیاری از اسیدها مقاوم است. که در پوسته زمینپراکنده، اغلب همراه با آهن است (سنگ آهن منبع مهم صنعتی وانادیوم است). جزء آلیاژی فولادهای ساختاری و آلیاژهای مورد استفاده در فناوری هوانوردی و فضایی، کشتی سازی دریایی، جزء آلیاژهای ابررسانا. از ترکیبات وانادیوم در صنایع نساجی، رنگ و لاک و شیشه استفاده می شود.

VANADIUM (لات. Vanadium)، V (بخوانید "وانادیوم")، عنصر شیمیایی با عدد اتمی 23، وزن اتمی 50.9415. وانادیم طبیعی مخلوطی از دو نوکلید است (سانتی متر. NUCLIDE): پایدار 51 ولت (99.76 درصد جرم) و ضعیف رادیواکتیو 52 ولت (نیمه عمر بیش از 3.9 10 17 سال). پیکربندی دو لایه الکترونیکی بیرونی 3 س 2 پ 6 د 3 4س 2 . در جدول تناوبی مندلیف در دوره چهارم در گروه VB قرار دارد. وانادیوم در حالت های اکسیداسیون از 2+ تا 5+ (ظرفیت از II تا V) ترکیباتی را تشکیل می دهد.
شعاع اتم وانادیوم خنثی 0.134 نانومتر، شعاع یونهای V2+ 0.093 نانومتر، V3+ 0.078 نانومتر، V4+ 0.067-0.086 نانومتر، V5+ 0.050-0.068 نانومتر است. انرژی های یونیزاسیون متوالی اتم وانادیوم 6.74، 14.65، 29.31، 48.6 و 65.2 eV است. بر اساس مقیاس پالینگ، الکترونگاتیوی وانادیوم 1.63 است.
در شکل آزاد آن یک فلز خاکستری نقره ای براق است.
تاریخچه کشف
وانادیوم در سال 1801 توسط کانی شناس مکزیکی A. M. del Rio به عنوان ناخالصی در سنگ سرب از معدنی در Zimapan کشف شد. دل ریو عنصر جدید را اریترونیوم (از یونانی erythros - قرمز) به دلیل رنگ قرمز ترکیبات آن نامگذاری کرد. با این حال، او پس از آن تصمیم گرفت که کشف نکرده است عنصر جدید، اما انواع کروم، چهار سال قبل کشف شده و هنوز تقریباً مطالعه نشده است. در سال 1830، شیمیدان آلمانی F. Wöhler کانی مکزیکی را مورد مطالعه قرار داد. (سانتی متر. WELER Friedrich)با این حال، پس از مسموم شدن توسط هیدروژن فلوراید، او تحقیقات را برای چند ماه متوقف کرد. در همان سال شیمیدان سوئدی N. Sefström (سانتی متر. SEFStröm Nils Gabriel)توجه را به حضور در سنگ آهنناخالصی که همراه با عناصر شناخته شده، ماده جدیدی در آن وجود داشت. در نتیجه تجزیه و تحلیل در آزمایشگاه J. Berzelius (سانتی متر.برزلیوس ینس جیکوب)ثابت شد که عنصر جدیدی کشف شده است. این عنصر ترکیباتی را با رنگ های زیبا تشکیل می دهد، از این رو نام عنصر، با نام الهه زیبایی اسکاندیناوی وانادیس مرتبط است. در سال 1831، ولر هویت اریترونیوم و وانادیوم را ثابت کرد، اما این عنصر نامی را که سفستروم و برزلیوس به آن داده بودند حفظ کرد.
بودن در طبیعت
وانادیوم به شکل آزاد در طبیعت وجود ندارد و به عنوان یک عنصر کمیاب طبقه بندی می شود. (سانتی متر.عناصر کمیاب). محتوای وانادیوم در پوسته زمین 1.6 10 - 2٪ جرم، در آب اقیانوس 3.10 - 7٪ است. مهم ترین کانی ها: پاترونیت V(S 2) 2، وانادینیت Pb 5 (VO 4) 3 Cl و برخی دیگر. منبع اصلی وانادیم سنگ آهن است که حاوی وانادیم به عنوان ناخالصی است.
اعلام وصول
در صنعت، هنگام به دست آوردن وانادیم از سنگ آهن با مخلوط آن، ابتدا کنسانتره ای تهیه می شود که محتوای وانادیم در آن به 8-16٪ می رسد. سپس، با عملیات اکسیداتیو، وانادیم به تبدیل می شود بالاترین درجهاکسیداسیون +5 و سدیم وانادات NaVO 3 که به راحتی در آب حل می شود، جدا می شود. هنگامی که محلول با اسید سولفوریک اسیدی می شود، رسوبی تشکیل می شود که پس از خشک شدن حاوی بیش از 90٪ وانادیم است.
کنسانتره اولیه در کوره‌های بلند کاهش می‌یابد و کنسانتره وانادیوم به دست می‌آید که سپس در ذوب آلیاژی از وانادیوم و آهن - به اصطلاح فرووانادیوم (حاوی 35 تا 70 درصد وانادیم) استفاده می‌شود. وانادیم فلزی را می توان با احیای کلرید وانادیم با هیدروژن، احیای حرارتی کلسیم اکسیدهای وانادیوم (V 2 O 5 یا V 2 O 3 )، تفکیک حرارتی VI 2 و روش های دیگر تهیه کرد.
خواص فیزیکی و شیمیایی
وانادیوم از نظر ظاهری شبیه به فولاد است؛ این فلز بسیار سخت، اما در عین حال انعطاف پذیر است. نقطه ذوب 1920 درجه سانتی گراد، نقطه جوش حدود 3400 درجه سانتی گراد، چگالی 6.11 گرم بر سانتی متر مکعب. سلول کریستالیمکعب محور، پارامتر a = 0.3024 نانومتر.
از نظر شیمیایی، وانادیوم کاملا بی اثر است. در برابر آب دریا، محلول های رقیق اسیدهای هیدروکلریک، نیتریک و سولفوریک و قلیاها مقاوم است. وانادیم با اکسیژن چندین اکسید تشکیل می دهد: VO، V 2 O 3، V 3 O 5، VO 2، V 2 O 5. نارنجی V 2 O 5 یک اکسید اسیدی است، آبی تیره VO 2 آمفوتریک است، اکسیدهای وانادیوم باقی مانده بازی هستند. با هالوژن ها، وانادیم هالیدهای ترکیبات VX 2 (X = F، Cl، Br، I)، VX 3، VX 4 (X = F، Cl، Br)، VF 5 و چندین اگزوهالید (VOCl، VOCl2، VOF) را تشکیل می دهد. 3 و غیره).
ترکیبات وانادیوم در حالت اکسیداسیون 2+ و 3+ عوامل کاهنده قوی هستند و در حالت اکسیداسیون +5 خواص اکسید کننده را از خود نشان می دهند. کاربید وانادیوم نسوز VC (t pl = 2800 درجه سانتی گراد)، نیترید وانادیم VN، سولفید وانادیم V 2 S 5، سیلیسید وانادیم V 3 Si و سایر ترکیبات وانادیوم شناخته شده است.
هنگامی که V 2 O 5 با اکسیدهای اساسی برهمکنش می کند، وانادات ها تشکیل می شوند (سانتی متر.وانادات ها)- نمکهای اسید وانادیک با ترکیب احتمالی H 2 .
کاربرد
وانادیوم عمدتاً به عنوان یک افزودنی آلیاژی در تولید آلیاژهای مقاوم در برابر سایش، مقاوم در برابر حرارت و مقاوم در برابر خوردگی (عمدتا فولادهای ویژه) و به عنوان جزئی در تولید آهنربا استفاده می شود. اکسید وانادیوم V 2 O 5 به عنوان یک کاتالیزور موثر عمل می کند، به عنوان مثال، در اکسیداسیون دی اکسید گوگرد SO 2 به گاز گوگرد SO 3 در تولید اسید سولفوریک. ترکیبات وانادیوم کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف (نساجی، شیشه، رنگ و لاک و غیره) پیدا می کنند.
نقش بیولوژیکی
وانادیم به طور مداوم در بافت های همه موجودات در مقادیر بسیار کم وجود دارد. در گیاهان محتوای آن (0.1-0.2٪) به طور قابل توجهی بیشتر از حیوانات است (1·10-5 -1·10-4٪). برخی از موجودات دریایی - bryozoans، نرم تنان و، به ویژه، ascidians - قادر به تمرکز وانادیم در مقادیر قابل توجهی هستند (در آسیدین ها، وانادیم در پلاسمای خون یا سلول های خاص - وانادوسیت ها یافت می شود). ظاهراً وانادیم در برخی از فرآیندهای اکسیداتیو در بافت ها نقش دارد. بافت عضلانی انسان حاوی 2·10 - 6٪ وانادیوم، بافت استخوان - 0.35 · 10 - 6٪، در خون - کمتر از 2 · 10 - 4٪ میلی گرم در لیتر است. در کل، یک فرد متوسط ​​(وزن بدن 70 کیلوگرم) حاوی 0.11 میلی گرم وانادیم است. وانادیم و ترکیبات آن سمی هستند. دوز سمی برای انسان 0.25 میلی گرم، دوز کشنده 2-4 میلی گرم است. برای V 2 O 5 حداکثر غلظت مجاز در هوا 0.1-0.5 mg/m 3 است.

فرهنگ لغت دایره المعارفی . 2009 .

ببینید "وانادیوم" در سایر لغت نامه ها چیست:

- (لات وانادیوم). فلزی شکننده به رنگ سفید که در سال 1830 کشف شد و به نام خدای اسکاندیناویایی وانادیوم نامگذاری شد. فرهنگ لغت کلمات خارجی، در زبان روسی گنجانده شده است. Chudinov A.N.، 1910. VANADIUM lat. وانادیوم، به نام وانادیا،... ... فرهنگ لغت کلمات خارجی زبان روسی

- (مقدار شیمیایی V وزن اتمی 51) عنصر شیمیایی مشابه ترکیبات دارای فسفر و نیتروژن. ترکیبات V. اغلب، اگرچه در مقادیر ناچیز، در سنگ معدن آهن و برخی از خاک رس یافت می شود. پیش فرآوری سنگ آهن وانادیک قسمت پنجم... ... دایره المعارف بروکهاوس و افرون

وناد فرهنگ مترادف روسی. اسم وانادیوم، تعداد مترادف ها: 2 عنصر وانادیوم (1) ... فرهنگ لغت مترادف

وانادیوم- وانادیوم، شیمیایی. علامت V، در. V. 51.0، فلز سخت، الاستیک رنگ فولادی، نقطه ذوب 1715 درجه، sp. وزن 5.688. ترکیبات V. در طبیعت گسترده هستند. این ترکیبات سمی هستند که از نظر قدرت نسبت به آرسنیک کمتر نیستند. آنها دارند... ... دایره المعارف بزرگ پزشکی

- (وانادیوم)، V، عنصر شیمیایی گروه V سیستم تناوبی، عدد اتمی 23، جرم اتمی 50.9415; فلز، نقطه ذوب 1920 درجه سانتیگراد. مورد استفاده برای آلیاژسازی فولاد و چدن، به عنوان جزئی از آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت، سخت و مقاوم در برابر خوردگی، به عنوان... دایره المعارف مدرن

- (lat. Vanadium) V، عنصر شیمیایی گروه V سیستم تناوبی، عدد اتمی 23، جرم اتمی 50.9415. این نام از الهه زیبایی اسکاندیناوی قدیمی وانادیس گرفته شده است. فلز خاکستری فولادی سخت. چگالی 6.11 g/cm³، نقطه ذوب 1920 C.…… فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

- (نماد V)، عنصر انتقال، کشف شده در سال 1801. فلز نقره ای-سفید، چکش خوار، سخت. در سنگ معدن آهن، سرب و اورانیوم و همچنین در زغال سنگ و نفت یافت می شود. مورد استفاده در آلیاژهای فولادی برای افزایش استحکام و مقاومت در برابر حرارت. فرهنگ دانشنامه علمی و فنی دانشنامه فیزیکی

وانادیم- V عنصر گروه V دوره ای. سیستم های؛ در n 23، در. متر 50.942; فلز خاکستری فولادی Natural V از دو ایزوتوپ تشکیل شده است: 51V (99.75%) و 50V (0.25%). V در سال 1801 مکزیک افتتاح شد. کانی شناس A. M. del Rio. در پارتی. مقیاس V...... راهنمای مترجم فنی

تعریف

وانادیومدر دوره چهارم گروه V از زیر گروه ثانویه (B) جدول تناوبی قرار دارد.

به عناصر خانواده d اشاره دارد. فلز. نامگذاری - V. شماره سریال - 23. جرم اتمی نسبی - 50.941 amu.

ساختار الکترونیکی اتم وانادیوم

اتم وانادیوم از یک هسته با بار مثبت (+23) تشکیل شده است که در داخل آن 23 پروتون و 28 نوترون وجود دارد و 23 الکترون در چهار مدار به دور آن حرکت می کنند.

عکس. 1. ساختار شماتیک اتم وانادیوم.

توزیع الکترون ها در بین اوربیتال ها به شرح زیر است:

1س 2 2س 2 2پ 6 3س 2 3پ 6 3د 3 4س 2 .

سطح انرژی بیرونی اتم وانادیوم حاوی 5 الکترون است که الکترون های ظرفیتی هستند. حالت اکسیداسیون کلسیم 5+ است. نمودار انرژی حالت پایه به شکل زیر است:

بر اساس نمودار، می توان استدلال کرد که وانادیوم نیز دارای حالت اکسیداسیون +3 است.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

توضیحات و خواص وانادیوم

وانادیوم در اصل توسط مکزیکی A.M کشف شد. دل ریو در سنگ معدن قهوه ای حاوی سرب که وقتی گرم می شد رنگ مایل به قرمز می داد.

اما این عنصر بعداً به رسمیت شناخته شد، زمانی که توسط یک شیمیدان از سوئد N.G. Sefstrom در حین مطالعه سنگ آهن از یک کانسار محلی کشف شد و نام وانادیوم را به آن داد، همخوان با نام Vanadis، که توسط الهه زیبایی یونان باستان یدک می‌شد. .

از نظر ظاهری، این فلز با رنگ خاکستری نقره ای خود شبیه فولاد است. اما اینجاست که شباهت ها به پایان می رسد. ساختار وانادیوم: شبکه مکعبی بدنه محور با پارامترهای a=3.024A و z=2. چگالی 6.11 گرم بر سانتی متر مکعب است.

در دمای 1920 درجه سانتیگراد ذوب می شود و در دمای 3400 درجه سانتیگراد شروع به جوشیدن می کند. اما حرارت دادن در هوای آزاد تا دمای بالای 300 درجه سانتیگراد خواص پلاستیکی فلز را کاهش می دهد و آن را شکننده می کند و در عین حال سختی آن را افزایش می دهد. ساختار اتم فلز به ما در درک این رفتار کمک می کند.

عنصر وانادیوم،با عدد اتمی 23 و جرم اتمی 50.942، به گروه V از دوره چهارم سیستم D تعلق دارد. و این به این معنی است اتم وانادیماز 23 پروتون، 23 الکترون و 28 نوترون تشکیل شده است.

با وجود این واقعیت که این یک عنصر گروه V است، ظرفیت وانادیومهمیشه برابر با 5 نیست. می تواند 2، 3، 4 و 5 با علامت مثبت باشد. معانی مختلفظرفیت ها با گزینه های مختلف پر کردن توضیح داده می شوند پوسته های الکترونی، که در آن آنها به یک وضعیت پایدار می رسند.

مشخص است که مقدار مثبت ظرفیت با تعداد الکترون های اهدایی یک اتم یک عنصر شیمیایی تعیین می شود و مقدار منفی با تعداد الکترون هایی که به سطح انرژی خارجی متصل شده اند تا پایداری آن را تشکیل دهند تعیین می شود. فرمول الکترونیکی وانادیوم- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 .

به راحتی می تواند دو الکترون از سطح فرعی چهارم اهدا کند، در حالی که حالت اکسیداسیون آن به دلیل تجلی مثبت 2 ظرفیتی است. اما یک اتم از این عنصر قادر است 3 الکترون دیگر را از مدار قبل از سطح فرعی بیرونی اهدا کند و حداکثر حالت اکسیداسیون 5+ را نشان دهد.

اکسیدهای این عنصر با ظرفیت 2 تا 5 از نظر تظاهرات شیمیایی متفاوت هستند. اکسیدهای VO و V 2 O 3 در طبیعت بازی هستند، VO 2 آمفوتریک و V 2 O 5 اسیدی هستند.

فلز خالص به دلیل شکل پذیری آن متمایز می شود و بنابراین می توان آن را به راحتی با مهر زنی، فشار دادن و نورد کردن پردازش کرد. جوش و برش باید در یک محیط بی اثر انجام شود، زیرا شکل پذیری هنگام گرم شدن از بین می رود.

در طول پردازش، فلز عملاً در معرض سخت شدن کار نیست و می تواند بارهای سنگین را در هنگام فشرده سازی سرد بدون بازپخت میانی تحمل کند. در برابر خوردگی مقاوم است و تحت تاثیر آب از جمله آب دریا و همچنین محلول های ضعیف برخی از اسیدها، نمک ها و قلیاها تغییر نمی کند.

ذخایر وانادیوم و استخراج معادن

عنصر شیمیایی وانادیوم، در سنگ های زمینی کاملاً رایج است، اما به صورت خالص وجود ندارد و در کانی ها به صورت پراکنده وجود دارد. تجمع آن در سنگ ها بسیار نادر است. این یک فلز کمیاب است. سنگ معدن با محتوای 1٪ ماده خالصمتعلق به دسته ثروتمندان است.

این صنعت حتی از سنگ معدن های حاوی 0.1 درصد عنصر کمیاب نیز غافل نمی شود. در غلظت های کم در بیش از چهل ماده معدنی یافت می شود. مواد مهم برای صنعت عبارتند از roscoelite به نام وانادیم میکا که حاوی حداکثر 29٪ V 2 O 5 پنتوکسید، کارنویت (میکا اورانیوم)، حاوی 20٪ V 2 O 5، و وانادینیت حاوی 19٪ V 2 O 5 است.

ذخایر بزرگ سنگ معدن حاوی این فلز در آمریکا، آفریقای جنوبی، روسیه، فنلاند و استرالیا قرار دارد. ذخایر بزرگی در کوه‌های پرو وجود دارد که در آن توسط patronite V 2 S 5 حاوی گوگرد نشان داده شده است. هنگام پختن، کنسانتره ای تشکیل می شود که حاوی حداکثر 30٪ V 2 O 5 است.

این ماده معدنی در قرقیزستان و قزاقستان یافت شد. میدان معروف Kyzylorda یکی از بزرگترین میدان ها است. در روسیه به طور عمده استخراج می شود منطقه کراسنودار(کانسار کرچ) و در اورال (کانسار تیتانومغناطیس گوسووگورسک).

تکنولوژی استخراج فلز به الزامات خلوص و منطقه استفاده آن بستگی دارد. روشهای اصلی مورد استفاده در فناوری تولید آن عبارتند از: یدید، کلسیترمیک، آلومینوترمیک، کربن حرارتی در خلاء و کلرید.

تکنولوژی روش یدید بر اساس تفکیک حرارتی یدید است. به دست آوردن فلز با کاهش V 2 O 5 با روش حرارتی با استفاده از کلسیم یا آلومینیوم معمول است.

در این حالت، واکنشی بر اساس فرمول: V 2 O 5 + 5Ca = 2V + 5CaC + 1460 کیلوژول با آزاد شدن گرما رخ می دهد که برای ذوب V حاصل کافی است و به آن اجازه تخلیه و جمع آوری به شکل جامد را می دهد. . خلوص فلز به دست آمده از این طریق به 99.5 درصد می رسد.

روش مدرناستخراج V عبارت است از احیای اکسیدها در شرایط خلاء با کربن در دمای 1250 درجه سانتیگراد تا 1700 درجه سانتیگراد. روش استخراج کلرید شامل احیای VCl 3 با منیزیم مایع است.

کاربردهای وانادیوم

یکی از کاربردهای اصلی این فلز به عنوان یک افزودنی آلیاژی - فرووانادیوم برای بهبود کیفیت فولادها بود. افزودن وانادیم پارامترهای استحکام فولاد و همچنین چقرمگی، مقاومت در برابر سایش و سایر ویژگی‌های آن را افزایش می‌دهد.

در این مورد، افزودنی هم به عنوان یک اکسید زدا و هم یک جزء تشکیل دهنده کاربید عمل می کند. کاربیدها به طور مساوی در آلیاژ توزیع می شوند و از رشد ساختاری دانه های فولادی هنگام گرم شدن جلوگیری می کنند. چدن آلیاژ شده با وانادیوم نیز به بهبود کیفیت آن کمک می کند.

وانادیوم استفاده می شودبرای بهبود آلیاژهای مبتنی بر تیتانیوم تیتانیوم وجود دارد که حاوی 13 درصد از این افزودنی آلیاژی است. وانادیم همچنین در آلیاژهای نیوبیم، تانتالیوم و کروم مورد استفاده در صنعت هوانوردی و همچنین آلومینیوم، تیتانیوم و سایر مواد برای هوانوردی و موشک وجود دارد.

منحصر به فرد بودن عنصر اجازه می دهد تا در صنعت هسته ای در تولید لوله های کانالی برای میله های سوخت نیروگاه های هسته ای استفاده شود، زیرا مانند زیرکونیوم دارای خاصیت جذب عرضی کم نوترون های حرارتی است که در طول هسته ای مهم است. واکنش ها در فناوری هیدروژن اتمی، کلرید وانادیم برای برهمکنش ترموشیمیایی با آب استفاده می شود.

وانادیوم در صنایع شیمیایی و کشاورزی، پزشکی، تولید شیشه، منسوجات، تولید رنگ و لاک و ساخت باتری استفاده می شود. ابزار دستی و آلیاژی گسترده کروم وانادیوم،با دوام آنها متمایز می شوند.

یکی از جدیدترین حوزه ها الکترونیک است. به ویژه جالب و امیدوار کننده ماده ای است که بر پایه دی اکسیدها است. تیتانیوم و وانادیوم. آنها با ترکیبی خاص، سیستمی را ایجاد می کنند که توانایی افزایش چشمگیر حافظه و سرعت رایانه ها و سایر وسایل الکترونیکی را دارد.

قیمت وانادیوم

به عنوان یک ماده خام تمام شده وانادیوم آزاد می شودبه شکل میله ها، دایره ها و همچنین اکسیدها. مجموعه بسیاری از شرکت های فعال در تولید این فلز نسوز شامل آلیاژهای درجات مختلف است. قیمت تا حد زیادی به هدف، خلوص فلز، روش تولید و همچنین نوع محصول بستگی دارد.

به عنوان مثال، شرکت NPK "متالورژی ویژه" یکاترینبورگ شمش را به قیمت 7 هزار در کیلوگرم، با قیمت 440 تا 500 هزار در تن، شمش های درجه VNM-1 را به قیمت 500 هزار تن به فروش می رساند. قیمت نیز ممکن است بسته به شرایط بازار و تقاضا برای محصولات تغییر کند.

وانادیوم(وانادیوم)، V، عنصر شیمیایی گروه V سیستم تناوبی مندلیف. عدد اتمی 23، جرم اتمی 50.942; رنگ خاکستری فلزی استیل. وانادیم طبیعی از دو ایزوتوپ تشکیل شده است: 51 ولت (99.75%) و 50 ولت (0.25%). دومی ضعیف رادیواکتیو است (نیمه عمر T ½ = 10 14 سال). وانادیوم در سال 1801 توسط کانی شناس مکزیکی A. M. del Rio در سنگ سرب قهوه ای مکزیکی کشف شد و به دلیل رنگ قرمز زیبای نمک های گرم شده اریترونیوم (از یونانی erythros - قرمز) نامگذاری شد. در سال 1830، شیمیدان سوئدی N. G. Sefström عنصر جدیدی را در سنگ آهن از Taberg (سوئد) کشف کرد و نام آن را Vanadium به افتخار الهه زیبایی اسکاندیناوی قدیمی Vanadis گذاشت. در سال 1869، شیمیدان انگلیسی G. Roscoe با کاهش VCl 2 با هیدروژن، وانادیوم فلزی پودر شده را به دست آورد. وانادیوم از ابتدای قرن بیستم در مقیاس صنعتی استخراج شده است.

محتوای وانادیوم در پوسته زمین 1.5 × 10-2 درصد جرمی است؛ این عنصر نسبتاً رایج است، اما در سنگ ها و مواد معدنی پراکنده است. از جانب تعداد زیادیکانی های وانادیوم با اهمیت صنعتی عبارتند از پاترونیت، روسکوئلیت، دکلوزیت، کارنوتیت، وانادینیت و برخی دیگر. منبع مهم وانادیوم تیتانومغناطیس و سنگ‌های آهن رسوبی (فسفر) و همچنین سنگ‌های اکسید شده مس-سرب-روی است. وانادیم به عنوان یک محصول جانبی در طی فرآوری مواد خام اورانیوم، فسفریت ها، بوکسیت ها و ذخایر آلی مختلف (آسفالتیت ها، شیل نفتی) استخراج می شود.

خواص فیزیکی وانادیوموانادیوم دارای یک شبکه مکعبی بدنه محور با پریود a=3.0282Å است. وانادیوم در حالت خالص، چکش خوار است و به راحتی می توان آن را با فشار کار کرد. چگالی 6.11 گرم بر سانتی متر مکعب; دمای ذوب 1900 درجه سانتی گراد، دمای جوش 3400 درجه سانتی گراد. ظرفیت گرمایی ویژه (در 20-100 درجه سانتیگراد) 0.120 کالری بر گرم درجه سانتیگراد. ضریب حرارتی انبساط خطی (در 20-1000 درجه سانتیگراد) 10.6·10 -6 درجه -1. خاص مقاومت الکتریکیدر 20 درجه سانتی گراد 24.8·10 -8 اهم· متر (24.8·10 -6 اهم· سانتی متر); وانادیوم زیر 4.5 K به حالت ابررسانایی می رود. خواص مکانیکی وانادیم با خلوص بالا پس از بازپخت: مدول الاستیک 135.25 n/m2 (13520 kgf/mm2)، استحکام کششی 120 n/m2 (12 kgf/mm2)، ازدیاد طول 17%، سختی برینل 700 mn/m2 (70 kgf) میلی متر 2). ناخالصی های گاز به شدت شکل پذیری وانادیوم را کاهش می دهد و سختی و شکنندگی آن را افزایش می دهد.

خواص شیمیایی وانادیومدر دماهای معمولی، وانادیوم تحت تأثیر هوا، آب دریا و محلول های قلیایی قرار نمی گیرد. مقاوم در برابر اسیدهای غیر اکسید کننده، به استثنای اسید هیدروفلوریک. از نظر مقاومت در برابر خوردگی در اسیدهای هیدروکلریک و سولفوریک، وانادیوم به طور قابل توجهی برتر از تیتانیوم و فولاد ضد زنگ است. هنگامی که در هوای بالای 300 درجه سانتیگراد گرم می شود، وانادیوم اکسیژن را جذب کرده و شکننده می شود. در دمای 600-700 درجه سانتیگراد وانادیوم به شدت اکسید می شود تا اکسید V 2 O 5 و همچنین اکسیدهای کمتری تشکیل شود. هنگامی که وانادیم در دمای بالای 700 درجه سانتیگراد در جریان نیتروژن گرم می شود، نیترید VN (bp 2050 درجه سانتیگراد) تشکیل می شود که در آب و اسیدها پایدار است. وانادیم در دماهای بالا با کربن واکنش می دهد و کاربید نسوز VC (mp 2800 درجه سانتی گراد) تولید می کند که سختی بالایی دارد.

وانادیوم ترکیبات مربوط به ظرفیت های 2، 3، 4 و 5 را می دهد. بر این اساس، اکسیدهای زیر شناخته شده اند: VO و V 2 O 3 (در طبیعت پایه)، VO 2 (آمفوتریک) و V 2 O 5 (اسیدی). ترکیبات وانادیوم 2 و 3 ظرفیتی ناپایدار بوده و عوامل احیا کننده قوی هستند. اهمیت عملیدارای ترکیباتی با ظرفیت بالاتر تمایل وانادیوم به تشکیل ترکیباتی با ظرفیت های مختلف در شیمی تجزیه، و همچنین خواص کاتالیزوری V 2 O 5 را تعیین می کند. اکسید وانادیوم (V) در قلیاها حل می شود و وانادات تشکیل می دهد.

تهیه وانادیومبرای استخراج وانادیم از موارد زیر استفاده می شود: شستشوی مستقیم سنگ معدن یا کنسانتره سنگ معدن با محلول های اسیدها و قلیاها. برشته کردن مواد اولیه (اغلب با افزودنی های NaCl) به دنبال شسته شدن محصول بو دادن با آب یا اسیدهای رقیق. اکسید وانادیوم هیدراته (V) از محلول ها با هیدرولیز (در pH = 1-3) جدا می شود. هنگامی که سنگ آهن حاوی وانادیوم در کوره بلند ذوب می شود، وانادیوم به چدن تبدیل می شود و هنگامی که به فولاد پردازش می شود، سرباره حاوی 10-16٪ V 2 O 5 به دست می آید. سرباره های وانادیوم با نمک خوراکی برشته می شوند. مواد سوخته با آب و سپس با اسید سولفوریک رقیق شسته می شود. V 2 O 5 از محلول ها جدا می شود. دومی برای ذوب فرووانادیوم (آلیاژهای آهن با 70-35 درصد وانادیوم) و به دست آوردن وانادیم فلزی و ترکیبات آن استفاده می شود. فلز چکش خوار وانادیوم از احیای حرارتی کلسیم V 2 O 5 خالص یا V 2 O 3 به دست می آید. کاهش V 2 O 5 با آلومینیوم. خلاء کاهش کربن حرارتی V2O3. کاهش حرارتی منیزیم VCl 3 . تفکیک حرارتی یدید وانادیم وانادیم در کوره های قوس خلاء با الکترود مصرفی و در کوره های پرتو الکترونی ذوب می شود.

کاربرد وانادیوممتالورژی آهنی مصرف کننده اصلی وانادیوم است (تا 95 درصد کل فلزات تولید شده). وانادیوم بخشی از فولاد پرسرعت، جایگزین های آن، فولادهای ابزار کم آلیاژ و برخی از فولادهای ساختاری است. با معرفی 0.15-0.25٪ وانادیوم، استحکام، چقرمگی، مقاومت در برابر خستگی و مقاومت در برابر سایش فولاد به شدت افزایش می یابد. وانادیوم وارد شده به فولاد هم یک عنصر اکسید زدا و هم کاربید ساز است. کاربیدهای وانادیوم که به شکل اجزای پراکنده توزیع می شوند، هنگام گرم شدن فولاد از رشد دانه جلوگیری می کنند. وانادیوم به شکل یک آلیاژ اصلی - فرووانادیوم به فولاد وارد می شود. از وانادیوم برای آلیاژسازی چدن نیز استفاده می شود. مصرف کننده وانادیوم صنعت آلیاژ تیتانیوم است. برخی از آلیاژهای تیتانیوم تا 13 درصد وانادیوم دارند. آلیاژهای مبتنی بر نیوبیم، کروم و تانتالیوم حاوی افزودنی‌های وانادیوم در هوانوردی، موشک و سایر زمینه‌های فناوری کاربرد پیدا کرده‌اند. ترکیبات مختلفی از آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و مقاوم در برابر خوردگی مبتنی بر وانادیوم با افزودن Ti، Nb، W، Zr و Al برای استفاده در هوانوردی، موشک و فناوری هسته‌ای در حال توسعه هستند. آلیاژهای ابررسانا و ترکیبات وانادیوم با Ga، Si و Ti مورد توجه هستند.

وانادیوم فلزی خالص در انرژی هسته ای (پوسته برای عناصر سوخت، لوله ها) و در تولید دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود. از ترکیبات وانادیوم در صنایع شیمیایی به عنوان کاتالیزور استفاده می شود کشاورزیو پزشکی، در صنایع نساجی، رنگ و لاک، لاستیک، سرامیک، شیشه، عکس و فیلم.

ترکیبات وانادیوم سمی هستند. مسمومیت با استنشاق گرد و غبار حاوی ترکیبات ونادیز امکان پذیر است که باعث تحریک مجاری تنفسی، خونریزی های ریوی، سرگیجه، اختلال در عملکرد قلب، کلیه ها و ... می شوند.

وانادیوم در بدنوانادیوم - ثابت جزءموجودات گیاهی و جانوری. منشأ وانادیوم سنگ‌ها و شیل‌های آذرین (حاوی 013/0 درصد وانادیوم) و نیز ماسه‌سنگ‌ها و آهک‌ها (حدود 002/0 درصد وانادیوم) است. در خاک، وانادیم حدود 0.01٪ (عمدتا در هوموس) است. در آبهای شیرین و دریا 1·10 -7 -2·10 -7%. در گیاهان خشکی‌زی و آبزی، محتوای وانادیم بسیار بیشتر است (0.16-0.2%) نسبت به حیوانات خشکی‌زی و دریایی (1.5·10 -5 - 2·10 -4%). متمرکز کننده های وانادیوم عبارتند از: bryozoan Plumatella، نرم تنان Pleurobranchus plumula، خیار دریایی Stichopus mobii، برخی از آسیدین ها، از کپک ها - آسپرژیلوس سیاه، از قارچ ها - وزغ (Amanita muscaria).