Большая энциклопедия нефти и газа.

Cтраница 1

Валентность ванадия, ниобия и тантала в соединениях бывает II, III, IV и V. Валентность V в обычных условиях наиболее стабильна.  

Валентность ванадия в соединениях, входящих в состав пород вторичного происхождения, вроде глин, известняков, песчаников, углей и железных руд, пока еще точно не установлена. Гиллебранд одно время считал, что ванадий в этих породах находится в пятивалентном состоянии, однако исследование некоторых содержащих ванадий песчаников2 Западного Колорадо, в которых ванадий оказался трехвалентным, показало несостоятельность этого взгляда.  

Валентность ванадия в окиснованадиевых работающих катализаторах зависит обычно не от состава, взятого для приготовления окисла (V.2 O5, V2O4, V2O3), а от состава реакционной смеси и условий протекания процесса. При катализе водородо-кислородной смеси окислы ванадия окисляются до V2O6, независимо от их первоначального состава.  

Валентность ванадия в соединениях, входящих в состав пород вторичного происхождения, вроде глин, известняков, песчаников, углей и железных руд, пока еще точно не установлена. Гиллебранд одно время считал, что ванадий в этих породах находится в пятивалентном состоянии, однако исследование некоторых содержащих ванадий песчаников 2 Западного Колорадо, в которых ванадий оказался трехвалентный, показало несостоятельность этого взгляда.  

Обусловленное понижением валентности ванадия последовательное изменение окраски наглядно выявляется при действии Zn на солянокислый раствор NHUVOs. Пятивалентный ниобий восстанавливается цинком в кислой среде до МЬ 3, тогда как Та 5 совсем не восстанавливается.  

Следует, однако, подчеркнуть, что валентность ванадия (и титана), определяемая в продуктах взаимодействия между компонентами катализатора методом окислительно-гидролитического титрования, во многих случаях в значительной степени занижена.  

Такая близость ьеличин нормальных потенциалов высших степеней валентности ванадия и хрома обусловливает большое сходство окислительно-восстановительных реакций этих элементов.  

Наиболее широко изученные хорошие катализаторы состоят из соединений ванадия (валентность ванадия - три или выше) и алкилпроизодных алюминия. В состав одного из компонентов должен входить галоген. Раздельное введение компонентов каталитической системы в реакционную смесь в присутствии мономера предпочтительно. Средняя продолжительность жизни активного катализатора невелика и составляет при 30 С приблизительно 5 - 10 мин.  

Таким образом, при возникновении 1 моль А1 (С2Н5) 2С1 валентность ванадия понижается на одну единицу, а при образовании 1 моль А1 (С2Н5) 2ОС2Н5 - на две единицы. При значении исходного молярного соотношения А1 (С2Н5) 3: VOC13 более 2 содержание хлора в растворе возрастает. Это объясняется трудностью восстановления ванадия до одновалентной формы и установлением равновесия.  

Таким образом, при возникновении 1 моль А1 (С2Н5) 2С1 валентность ванадия понижается на одну единицу, а при образовании 1 моль А1 (С2Н5) 2ОС2Н5 - на две единицы. При значении исходного молярного соотношения А1 (С2Н5) 3: VOCl3 более 2 содержание хлора в растворе возрастает. Это объясняется трудностью восстановления ванадия до одновалентной формы и установлением равновесия.  

Оксиды ванадия более низкой валентности характеризуются более высокими температурами плавления, поэтому поддержание низкой валентности ванадия может способствовать снижению деструкции цеолита.  

Таким образом, по этому механизму окисление металла протекает под воздействием кислорода из-за изменения валентности ванадия.  

Из приведенных схем видно, что при образовании 1 моля А1 (С2Н5) 2С1 валентность ванадия понижается на одну единицу, а при образовании 1 моля (С2Н5) 2АЮСгН5 - на две единицы. В дальнейшем было установлено , что взаимодействие А1 (С2Н8) 3 с VOC13 на первой стадии протекает исключительно по связи ванадий - кислород, а в случае RA1 (OR) G1 - по связи ванадий - хлор.  

Обнаруженные в работе Бобо пять химических соединений по своим свойствам распадаются на две группы в зависимости от валентности ванадия. Первые легко растворяются в разбавленных кислотах, вторые - только в концентрированных. Наиболее трудно растворим UVO5, он растворяется только в концентрированной горячей серной кислоте. Соединения первой группы термически нестабильны, они плавятся или разлагаются при температурах, близких к температуре плавления VaO5 - UVOs5 плавится с разложением при 750 С, при этом образуется пористый препарат, содержащий UsOs с немного измененными параметрами. Соединения второй группы термически более устойчивы. С, выше которой он разлагается на окисел урана и двуокись ванадия. С разлагается на UVOS и V2O5 в соответствии с валентностью ванадия в исходном соединении.  

Цредполагали, что первичные активные центры могут спонтанно переходить во вторичные / менее активные / по мономолекулярному механизму, принимать участие в реакция роста полимерной цепи или дезакти-визироваться с понижением валентности ванадия. Эта последняя реакция, по-видимому, бимолекулярна и может протекать с участием затоми нигалкила.  

Ванадий (vanadium), v, химический элемент v группы периодической системы Менделеева; атомный номер 23, атомная масса 50,942; металл серо-стального цвета. Природный В. состоит из двух изотопов: 51 v (99,75%) и 50 v (0,25%); последний слабо радиоактивен (период полураспада Т 1/2 = 10 14 лет). В. был открыт в 1801 мексиканским минералогом А. М. дель Рио в мексиканской бурой свинцовой руде и назван по красивому красному цвету нагретых солей эритронием (от греч. erythr o s - красный). В 1830 шведский химик Н. Г. Сефстрём обнаружил новый элемент в железной руде из Таберга (Швеция) и назвал его В. в честь древнескандинавской богини красоты Ванадис. Английский химик Г. Роско в 1869 получил порошкообразный металлический В. восстановлением vcl 2 водородом. В промышленном масштабе В. добывается с начала 20 в.

Содержание В. в земной коре составляет 1,5-10 -2 % по массе, это довольно распространённый, но рассеянный в породах и минералах элемент. Из большого числа минералов В. промышленное значение имеют патронит, роскоэлит, деклуазит, карнотит, ванадинит и некоторые др. Важным источником В. служат титаномагнетитовые и осадочные (фосфористые) железные руды, а также окисленные медно-свинцово-цинковые руды. В. извлекают как побочный продукт при переработке уранового сырья, фосфоритов, бокситов и различных органических отложений (асфальтиты, горючие сланцы).

Физические и химические свойства. В. имеет объёмноцентрированную кубическую решётку с периодом a = 3,0282 å. В чистом состоянии В. ковок, легко поддаётся обработке давлением. Плотность 6,11 г / см 3 , t пл 1900 ± 25°С, t кип 3400°С; удельная теплоёмкость (при 20-100°С) 0,120 кал / гград ; термический коэффициент линейного расширения (при 20-1000°С) 10,6·10 -6 град -1 , удельное электрическое сопротивление при 20 °С 24,8·10 -8 ом · м (24,8·10 -6 ом · см ), ниже 4,5 К В. переходит в состояние сверхпроводимости. Механические свойства В. высокой чистоты после отжига: модуль упругости 135,25 н / м 2 (13520 кгс / мм 2), предел прочности 120 нм / м 2 (12 кгс / мм 2), относительное удлинение 17%, твердость по Бринеллю 700 мн / м 2 (70 кгс / мм 2). Примеси газов резко снижают пластичность В., повышают его твёрдость и хрупкость.

При обычной температуре В. не подвержен действию воздуха, морской воды и растворов щелочей; устойчив к неокисляющим кислотам, за исключением плавиковой. По коррозионной стойкости в соляной и серной кислотах В. значительно превосходит титан и нержавеющую сталь. При нагревании на воздухе выше 300°С В. поглощает кислород и становится хрупким. При 600-700°С В. интенсивно окисляется с образованием пятиокиси v 2 o 5 , а также и низших окислов. При нагревании В. выше 700°С в токе азота образуется нитрид vn (t пл 2050°С), устойчивый в воде и кислотах. С углеродом В. взаимодействует при высокой температуре, давая тугоплавкий карбид vc (t пл 2800°С), обладающий высокой твёрдостью.

В. даёт соединения, отвечающие валентностям 2, 3, 4 и 5; соответственно этому известны окислы: vo и v 2 o 3 (имеющие основной характер), vo 2 (амфотерный) и v 2 o 5 (кислотный). Соединения 2- и 3-валентного В. неустойчивы и являются сильными восстановителями. Практическое значение имеют соединения высших валентностей. Склонность В. к образованию соединений различной валентности используется в аналитической химии, а также обусловливает каталитические свойства v 2 o 5 . Пятиокись В. растворяется в щелочах с образованием ванадатов .

Получение и применение. Для извлечения В. применяют: непосредственное выщелачивание руды или рудного концентрата растворами кислот и щелочей; обжиг исходного сырья (часто с добавками nacl) с последующим выщелачиванием продукта обжига водой или разбавленными кислотами. Из растворов методом гидролиза (при рН = 1-3) выделяют гидратированную пятиокись В. При плавке ванадийсодержащих железных руд в домне В. переходит в чугун, при переработке которого в сталь получают шлаки, содержащие 10-16% v 2 o 5 . Ванадиевые шлаки подвергают обжигу с поваренной солью. Обожжённый материал выщелачивают водой, а затем разбавленной серной кислотой. Из растворов выделяют v 2 o 5 . Последняя служит для выплавки феррованадия (сплавы железа с 35-70% В.) и получения металлического В. и его соединений. Ковкий металлический В. получают кальциетермическим восстановлением чистой v 2 o 5 или v 2 o 3 ; восстановлением v 2 o 5 алюминием; вакуумным углетермическим восстановлением v 2 o 3 ; магниетермическим восстановлением vc1 3 ; термической диссоциацией йодида В. Плавят В. в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом и в электроннолучевых печах.

Чёрная металлургия - основной потребитель В. (до 95% всего производимого металла). В. входит в состав быстрорежущей стали, её заменителей, малолегированных инструментальных и некоторых конструкционных сталей. При введении 0,15-0,25% В. резко повышаются прочность, вязкость, сопротивление усталости и износоустойчивость стали. В., введённый в сталь, является одновременно раскисляющим и карбидообразующим элементом. Карбиды В., распределяясь в виде дисперсных включений, препятствуют росту зерна при нагреве стали. В. в сталь вводят в форме лигатурного сплава - феррованадия. Применяют В. и для легирования чугуна. Новым потребителем В. выступает быстро развивающаяся промышленность титановых сплавов; некоторые титановые сплавы содержат до 13% В. В авиационной, ракетной и др. областях техники нашли применение сплавы на основе ниобия, хрома и тантала, содержащие присадки В. Разрабатываются различные по составу жаропрочные и коррозионностойкие сплавы на основе В. с добавлением ti, nb, w, zr и al, применение которых ожидается в авиационной, ракетной и атомной технике. Интересны сверхпроводящие сплавы и соединения В. с ga, si и ti.

Чистый металлический В. используют в атомной энергетике (оболочки для тепловыделяющих элементов, трубы) и в производстве электронных приборов.

Соединения В. применяют в химической промышленности как катализаторы, в сельском хозяйстве и медицине, в текстильной, лакокрасочной, резиновой, керамической, стекольной, фото и кинопромышленности.

Соединения В. ядовиты. Отравление возможно при вдыхании пыли, содержащей соединения В. Они вызывают раздражение дыхательных путей, лёгочные кровотечения, головокружения, нарушения деятельности сердца, почек и т.п.

В. в организме. В. - постоянная составная часть растительных и животных организмов. Источником В. служат изверженные породы и сланцы (содержат около 0,013% В.), а также песчаники и известняки (около 0,002% В.). В почвах В. около 0,01% (в основном в гумусе); в пресных и морских водах 1·10 7 -2·10 7 %. В наземных и водных растениях содержание В. значительно выше (0,16-0,2%), чем в наземных и морских животных (1,5·10 -5 -2·10 -4 %). Концентраторами В. являются: мшанка plumatella, моллюск pleurobranchus plumula, голотурия stichopus mobii, некоторые асцидии, из плесеней - чёрный аспергилл, из грибов - поганка (amanita muscaria). Биологическая роль В. изучена на асцидиях, в кровяных клетках которых В. находится в 3- и 4-валентном состоянии, то есть существует динамическое равновесие.

Физиологическая роль В. у асцидии связана не с дыхательным переносом кислорода и углекислого газа, а с окислительно-восстановительными процессами - переносом электронов при помощи так называемой ванадиевой системы, вероятно имеющей физиологическое значение и у др. организмов.

Лит.: Меерсон Г. А., Зеликман А. Н., Металлургия редких металлов, М., 1955; Поляков А. Ю., Основы металлургии ванадия, М., 1959; Ростокер У., Металлургия ванадия, пер. с англ., М., 1959; Киффер p., Браун Х., Ванадий, ниобий, тантал, пер. с нем., М., 1968; Справочник по редким металлам, [пер. с англ.], М., 1965, с. 98-121; Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, М., 1967, с. 47-55, 130-32; Ковальский В. В., Резаева Л. Т., Биологическая роль ванадия у асцидии, «Успехи современной биологии», 1965, т. 60, в. 1(4); Воwen Н. j. М., trace elements in biochemistry, l. - n. y., 1966.

И. Романьков. В. В. Ковальский.

← Ванадий → Хром

V
↓
Nb Внешний вид простого вещества Свойства атома Название, символ, номер Вана́дий / Vanadium (V), 23 Атомная масса
(молярная масса) 50,9415(1) а. е. м. ( /моль) Электронная конфигурация 3d 3 4s 2 Радиус атома 134 пм Химические свойства Ковалентный радиус 122 пм Радиус иона (+5e)59 (+3e)74 пм Электроотрицательность 1,63 (шкала Полинга) Электродный потенциал 0 Степени окисления 5, 4, 3, 2, 0 Энергия ионизации
(первый электрон) 650,1 (6,74) кДж /моль (эВ) Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) 6,11 г/см³ Температура плавления 2160 К (1887 °C) Температура кипения 3650 К (3377 °C) Уд. теплота плавления 17,5 кДж/моль Уд. теплота испарения 460 кДж/моль Молярная теплоёмкость 24,95 Дж/(K·моль) Молярный объём 8,35 см ³/моль Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки кубическая
объёмноцентрированная Параметры решётки 3,024 Å Температура Дебая 390 Прочие характеристики Теплопроводность (300 K) 30,7 Вт/(м·К) Номер CAS 7440-62-2

История

Химические свойства

Химически ванадий довольно инертен. Он стоек к действию морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот, щелочей.

С кислородом ванадий образует несколько оксидов : VO, V 2 O 3 , VO 2 ,V 2 O 5 . Оранжевый V 2 O 5 - кислотный оксид, темно-синий VO 2 - амфотерный, остальные оксиды ванадия - основные.

Известны следующие оксиды ванадия:

Название	Формула	Плотность	Температура плавления	Температура кипения	Цвет
Оксид ванадия(II)	VO	5,76 г/см³	~1830 °C	3100 °C	Черный
Оксид ванадия(III)	V 2 O 3	4,87 г/см³	1967 °C	3000 °C	Черный
Оксид ванадия(IV)	VO 2	4,65 г/см³	1542 °C	2700 °C	Темно-голубой
Оксид ванадия(V)	V 2 O 5	3,357 г/см³	670 °C	2030 °C	Красно-желтый

Галогениды ванадия гидролизуются. С галогенами ванадий образует довольно летучие галогениды составов VX 2 (X = , , , ), VX 3 , VX 4 (X = , , ), VF 5 и несколько оксогалогенидов (VOCl, VOCl 2 , VOF 3 и др.).

Соединения ванадия в степенях окисления +2 и +3 - сильные восстановители, в степени окисления +5 проявляют свойства окислителей. Известны тугоплавкий карбид ванадия VC (t пл =2800 °C), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия V 2 S 5 , силицид ванадия V 3 Si и другие соединения ванадия.

При взаимодействии V 2 O 5 с осно́вными оксидами образуются ванадаты - соли ванадиевой кислоты вероятного состава HVO 3 .

Применение

80 % [ ] всего производимого ванадия находит применение в сплавах, в основном для нержавеющих и инструментальных сталей.

Атомно-водородная энергетика

Хлорид ванадия применяется при термохимическом разложении воды в атомно-водородной энергетике (ванадий-хлоридный цикл «Дженерал Моторс», США). В металлургии ванадий обозначается буквой Ф.

В производстве серной кислоты Металлургия

Применяется (особенно эффективно совместно с молибденом и никелем) в качестве легирующей добавки при производстве стали, при производстве биметаллов.

Автомобильная промышленность

Ванадий используется в деталях, требующих очень высокой прочности, таких как поршни автомобильных двигателей. Американский промышленник Генри Форд отмечал важную роль ванадия в автомобильной промышленности. «Если бы не было ванадия - не было бы автомобиля». - Говорил Форд .

Электроника

Материал на основе диоксидов ванадия и титана используют при создании компьютеров и другой электроники .

Нефтедобыча

Ванадиевая сталь используется при создании погружных буровых платформ для бурения нефтяных скважин .

Сувенирная продукция

Производство

Биологическая роль и воздействие

Ванадий и все его соединения токсичны . Наиболее токсичны соединения пятивалентного ванадия. Чрезвычайно ядовит его оксид(V) (ядовит при попадании внутрь организма и при вдыхании, поражает дыхательную систему). Смертельная доза ЛД50 оксида ванадия(V) для крыс орально составляет 10 мг/кг.

Ванадий и его соединения очень токсичны для водных организмов (окружающей среды).

Установлено, что ванадий может тормозить синтез жирных кислот , подавлять образование холестерина . Ванадий ингибирует ряд ферментных систем [ ] , тормозит фосфорилирование и синтез АТФ , снижает уровень коферментов А и , стимулирует активность моноаминоксидазы и окислительное фосфорилирование. Известно также, что при шизофрении содержание ванадия в крови значительно повышается [ ] .

Избыточное поступление ванадия в организм обычно связано с экологическими и производственными факторами. При остром воздействии токсических доз ванадия у рабочих отмечаются местные воспалительные реакции кожи и слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей, скопление слизи в бронхах и альвеолах. Возникают и системные аллергические реакции типа астмы и экземы ; а также лейкопения и анемия , которые сопровождаются нарушениями основных биохимических параметров организма.

При введении ванадия животным (в дозах 25-50 мкг/кг), отмечается замедление роста, диарея и увеличение смертности.

Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза - 2-4 мг.

Ванадий - элемент побочной подгруппы пятой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 23. Обозначается символом V (лат. Vanadium ).

История открытия ванадия

В начале XIX в. в Швеции были найдены новые богатые месторождения железной руды. Одна за другой сооружались доменные печи. Но что примечательно: при одинаковых условиях некоторые из них давали железо удивительной ковкости, в то время как из других получался более хрупкий металл. После многих безуспешных попыток наладить процесс выплавки высококачественного металла в «плохих» домнах металлурги обратились за помощью к химикам, и в 1830 г. Нильсу Сефстрему удалось выделить из шлака «лучших» домен неизвестный черный порошок. Сефстрем сделал вывод, что изумительную ковкость металлу придает присутствие в руде какого-то неизвестного элемента, содержащегося в черном порошке.

Этот новый элемент Сефстрем назвал ванадием в честь легендарной Ванадис – богини красоты древних скандинавов.

Открытие нового элемента всегда было большой честью для ученого. Поэтому можно представить себе огорчение мексиканского минералога Андреса Мануэля дель Рио, который еще в 1801 г. обнаружил в свинцовой руде никогда не встречавшийся прежде элемент и назвал его эритронием. Но, усомнившись в собственных выводах, дель Рио отказался от своего открытия, решив, что встретился с недавно открытым хромом.

Еще большее разочарование постигло блестящего немецкого химика Фридриха Вёлера. В те же годы, что и Сефстрему, ему довелось исследовать железные руды, привезенные из Мексики Л. Гумбольдтом. Те самые, что исследовал дель Рио. Вёлер тоже нашел в них что-то необычное, но его исследования прервала болезнь. Когда он возобновил работу, было уже поздно – Сефстрем обнародовал свое открытие. Свойства нового элемента совпадали с теми, что были занесены в один из лабораторных журналов Вёлера.

И только в 1869 г., спустя 39 лет после открытия Сефстрем а, элемент №23 впервые был выделен в относительно чистом виде. Английский химик Г. Роско, действуя водородом на хлористый ванадий, получил элементарный ванадий чистотой около 96%.

Нахождение ванадия в природе

В природе ванадий в свободном виде не встречается, относится к рассеянным элементам. Содержание ванадия в земной коре 1,6·10 -2 % по массе, в воде океанов 3·10 -7 %.

Наиболее высокие средние содержания ванадия в магматических породах отмечаются в габбро и базальтах (230 – 290 г/т). В осадочных породах значительное накопление ванадия происходит в биолитах (асфальтитах, углях, битуминозных фосфатах), битуминозных сланцах, бокситах, а также в оолитовых и кремнистых железных рудах. Близость ионных радиусов ванадия и широко распространённых в магматических породах железа и титана приводит к тому, что ванадий в гипогенных процессах целиком находится в рассеянном состоянии и не образует собственных минералов. Его носителями являются многочисленные минералы титана (титаномагнетит, сфен, рутил, ильменит), слюды, пироксены и гранаты, обладающие повышенной изоморфной ёмкостью по отношению к ванадию. Важнейшие минералы: патронит V(S 2) 2 , ванадинит Pb 5 (VO 4) 3 Cl и некоторые другие. Основной источник получения ванадия - железные руды, содержащие ванадий как примесь.

В 1902 г. в Испании было открыто первое месторождение ванадинита Рb 5 (VO 4) 3 Сl. В 1925 г. ванадинит обнаружили в Южной Африке. Он встречается также в Чили, Аргентине, Мексике, Австралии, США. Исключительны по своему значению месторождения ванадия в Перу. Они находятся в горах, на высоте 4700 метров над уровнем моря. Главное богатство перуанских месторождений – минерал патронит – простое соединение ванадия с серой V 2 S 5 . При обжиге патронита получаются концентраты с очень высоким содержанием пятиокиси ванадия – до 20...30%.

Запасы ванадия в России

В России ванадий впервые был найден в Ферганской долине у перевала Тюя-Муюн (в переводе с киргизского – Верблюжий горб). Из этих руд «Ферганское общество по добыче редких металлов» извлекало в небольших количествах соединения ванадия и урана и продавало их за границу. Большую же часть ценных компонентов руды, в том числе радий, извлекать не умели. Только после установления Советской власти богатства Тюя-Муюна стали использоваться комплексно.

Позднее ванадий обнаружили в керченских железных рудах, и было налажено производство отечественного феррованадия. Богатейшими источниками ванадия оказались уральские титаномагнетиты. Вместе с керченской рудой они освободили нашу промышленность от необходимости ввоза ванадия из-за рубежа. В 1927 г. ванадий был обнаружен в Сулейман-Сае, около нынешнего г. Джамбула. В наши дни поставщиками ванадия стали также месторождения центрального Казахстана, Киргизии, Красноярского края, Оренбургской области. В горе Качканар на Урале заключено 8 млрд т железной руды, и разработка ее началась лишь в 60-е годы. Руда эта беднее, и... ценнее руд всемирно известных железных гор – Высокой и Благодати, потому что из недр Качканара добывается не только железо, но и ванадий

Получение ванадия

Из ванадийсодержащих руд (или их концентратов) ванадий извлекают либо непосредственным выщелачиванием растворами кислот и щелочей, либо выщелачиванием продукта окислительного обжига (в смеси с поваренной солью) водой или разбавленными кислотами. Из растворов путем гидролиза выделяют оксид ванадия (V) V 2 O 5 , который используют для выплавки феррованадия, а также производства металлического ванадия.

Металлический ванадий получают либо непосредственным восстановлением оксида (V), либо в две стадии, т. е. сначала восстанавливают оксиды (V) до низшего оксида с использованием одного восстановителя, а затем низший оксид - до металла другим восстановителем.

Разработан ряд методов получения металлического ванадия: кальциетермический, при котором ковкий ванадий получают методом восстановления оксидов ванадия кальцием; алюминотермический, когда основным восстановителем металла является алюминий; метод вакуумного углетермического восстановления оксидов ванадия (использование углерода наиболее перспективно); хлоридный, при котором хлорид ванадия (VCl 3) восстанавливается жидким магнием.

Существует также йодидный метод, заключающийся в диссоциации йодида (VI 2) и обеспечивающий получение ванадия наиболее высокой чистоты, однако этот метод пока может быть использован лишь для получения небольших количеств высокочистого металла.

Каждый из рассмотренных методов имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбор того или иного метода определяется задачами в отношении качества конечного продукта, а также экономическими соображениями и возможностями осуществления самого процесса.

Черновой металл рафинируют электролизом в соляной ванне, переплавкой в индукционных, дуговых и электронно-лучевых печах, зонной плавкой в высоком вакууме (до чистоты 99,8-99,9%).

Ванадий металлический в кусках, получаемый алюминотермическим методом, по ТУ 48-4-520-90 должен содержать ≥95,0 + 0,5% V, ≤2,0% Al и ≤0,3% Fe.

Ванадий в слитках выпускают по ТУ 48-4-272-73 двух марок ВнМ-1 и ВнМ-2 в случаях цилиндрической формы длиной 200-800 мм и диаметром 80, 100, 120, 150 мм, массой от8 до 80 кг. Химический состав и твердость ванадия марок ВнМ-1 и ВнМ-2:

								Твердость НВ, МПа (не более)

Порошкообразный ванадий, получаемый методом электролитического рафинирования алюминотермического ванадия, выпускается трех марок; их химический состав, %:

	V, %, не менее	Примеси, %, не более

Физические свойства ванадия

Ванадий имеет объемноцентрированную кубическую решетку с периодом а=3,0282Å. В чистом состоянии Ванадий ковок, легко поддается обработке давлением. Плотность 6,11 г/см 3 ; t пл 1900°С, t кип 3400°С; удельная теплоемкость (при 20-100°С) 0,120 кал/г·град; термический коэффициент линейного расширения (при 20-1000°С) 10,6·10 -6 град -1 ; удельное электрическое сопротивление при 20°С 24,8·10 -8 ом·м (24,8·10 -6 ом·см); ниже 4,5 К Ванадий переходит в состояние сверхпроводимости. Механические свойства Ванадия высокой чистоты после отжига: модуль упругости 135,25 н/м 2 (13520 кгс/мм 2), предел прочности 120 мн/м 2 (12 кгс/мм 2), относительное удлинение 17%, твердость по Бринеллю 700 мн/м 2 (70 кгс/мм 2). Примеси газов резко снижают пластичность Ванадия, повышают его твердость и хрупкость.

Ванадий - пластичный металл серебристо-серого цвета, по внешнему виду похож на сталь. Кристаллическая решётка кубическая объёмноцентрированная, 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 выше 300 °C ванадий становится хрупким. Примеси кислорода, водорода и азота резко снижают пластичность ванадия и повышают его твёрдость и хрупкость.

Химические свойства ванадия

Химически ванадий довольно инертен. Он стоек к действию морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот, щелочей.

При обычной температуре Ванадия не подвержен действию воздуха, морской воды и растворов щелочей; устойчив к неокисляющим кислотам, за исключением плавиковой. По коррозионной стойкости в соляной и серной кислотах Ванадий значительно превосходит титан и нержавеющую сталь. При нагревании на воздухе выше 300°С Ванадий поглощает кислород и становится хрупким. При 600-700°С Ванадий интенсивно окисляется с образованием оксида V 2 O 5 , а также и низших окислов. При нагревании Ванадия выше 700°С в токе азота образуется нитрид VN (t кип 2050°С), устойчивый в воде и кислотах. С углеродом Ванадий взаимодействует при высокой температуре, давая тугоплавкий карбид VC (t пл 2800°С), обладающий высокой твердостью.

С кислородом ванадий образует несколько оксидов: VO, V 2 O 3 , VO 2 ,V 2 O 5 . Оранжевый V 2 O 5 - кислотный оксид, темно-синий VO 2 - амфотерный, остальные оксиды ванадия - основные. Галогениды ванадия гидролизуются. С галогенами ванадий образует довольно летучие галогениды составов VX 2 (X = F, Cl, Br, I), VX 3 , VX 4 (X = F, Cl, Br), VF 5 и несколько оксогалогенидов (VOCl, VOCl 2 , VOF 3 и др.). Известны следующие оксиды ванадия:

Соединения ванадия в степенях окисления +2 и +3 - сильные восстановители, в степени окисления +5 проявляют свойства окислителей. Известны тугоплавкий карбид ванадия VC (t пл =2800 °C), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия V 2 S 5 , силицид ванадия V 3 Si и другие соединения ванадия.

Ванадий дает соединения, отвечающие валентностям 2, 3, 4 и 5; соответственно этому известны оксиды: VO и V 2 O 3 (имеющие основной характер), VO 2 (амфотерный) и V 2 O 5 (кислотный). Соединения 2- и 3-валентного Ванадия неустойчивы и являются сильными восстановителями. Практическое значение имеют соединения высших валентностей. Склонность Ванадий к образованию соединений различной валентности используется в аналитической химии, а также обусловливает каталитические свойства V 2 О 5 . Оксид Ванадия (V) растворяется в щелочах с образованием ванадатов.

Применение ванадия

В основную химическую промышленность ванадий пришел не сразу. Его служба человечеству началась в производстве цветного стекла, красок и керамики. Изделия из фарфора и продукцию гончарных мастеров с помощью соединений ванадия покрывали золотистой глазурью, а стекло окрашивали солями ванадия в голубой или зеленый цвет.

Биологическая роль и воздействие

Установлено, что ванадий может тормозить синтез жирных кислот, подавлять образование холестерина. Ванадий ингибирует ряд ферментных систем, тормозит фосфорилирование и синтез АТФ, снижает уровень коэнзимов А и Q, стимулирует активность моноаминоксидазы и окислительное фосфорилирование. Известно также, что при шизофрении содержание ванадия в крови значительно повышается.

Избыточное поступление ванадия в организм обычно связано с экологическими и производственными факторами. При остром воздействии токсических доз ванадия у рабочих отмечаются местные воспалительные реакции кожи и слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей, скопление слизи в бронхах и альвеолах. Возникают и системные аллергические реакции типа астмы и экземы; а также лейкопения и анемия, которые сопровождаются нарушениями основных биохимических параметров организма.

При введении ванадия животным (в дозах 25-50 мкг/кг), отмечается замедление роста, диарея и увеличение смертности.

Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия. Ванадий и его соединения токсичны. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза - 2-4 мг.

Повышенное содержание белков и хрома в рационе снижает токсическое действие ванадия. Нормы потребления для этого минерального вещества не установлены.

Кроме того ванадий у некоторых организмов, например, у морских жителей дна голотурий и асцидий концентрируется в целомической жидкости/крови, причем его концентрации достигают 10%! То есть эти животные являются биологическим концентратором ванадия. Его функция в организме голотурий до конца не ясна, разные ученые считают его отвечающим либо за перенос кислорода в организме этих животных, либо за перенос питательных веществ. С точки зрения практического использования - возможна добыча ванадия из этих организмов, экономическая окупаемость таких "морских плантаций" на данный момент не ясна, но в Японии имеются пробные варианты.

Содержание ванадия в продуктах питания

Такие продукты, как творог, мясо, макароны, обработанные зерна, конфеты, шоколад, сливки, какао, ванадия не содержат.

Среди известных сегодня 115 химических элементов многие получали свое название в честь героев греческих мифов, богов. Другие называли по фамилии первооткрывателей и известных ученых. Третьи именовались по странам, городам, географическим объектам. Особенно интересна история названия такого элемента, как ванадий. Да и сам по себе этот металл достаточно важный и обладающий особыми характеристиками. Поэтому рассмотрим его подробнее.

Ванадий - химический элемент в таблице Менделеева

Если характеризовать данный элемент по положению в то можно выделить несколько основных пунктов.

1. Располагается в четвертом большом периоде, пятой группе, главной подгруппе.
2. Порядковый номер - 23.
3. Атомная масса элемента - 50,9415.
4. Химический символ - V.
5. Латинское название - vanadium.
6. Русское название - ванадий. Химический элемент в формулах читается как "ванадий".
7. Является типичным металлом, проявляет восстановительные свойства.

По положению в системе элементов очевидно, что как простое вещество данный элемент будет иметь свойства, схожие с таковыми у тантала и ниобия.

Особенности строения атома

Ванадий - химический элемент, которого выражается общей электронной формулой 3d 3 4s 2 . Очевидно, что благодаря такой конфигурации и валентности, и степени окисления могут проявлять неодинаковые значения.

Данная формула позволяет предсказать свойства ванадия как простого вещества - это типичный металл, образующий большое количество различных соединений, в том

Характерная валентность и степень окисления

Благодаря наличию трех неспаренных электронов на 3d подуровне ванадий может проявлять степень окисления +3. Однако она не единственная. Всего выделяют четыре возможные значения:

При этом ванадий - которого также имеет два показателя: IV и V. Именно поэтому соединений у данного атома просто множество, и все они имеют красивую цветную окраску. Особенно этим славятся водные комплексы и соли металла.

Ванадий: химический элемент. История названия

Если говорить об истории открытия данного металла, то следует обратиться к к началу XVIII века. Именно в этот период, в 1801 году, мексиканец дель Рио сумел обнаружить неизвестный ему элемент в составе свинцовой горной породы, образец которой он исследовал. Проведя ряд опытов, дель Рио получил несколько красиво окрашенных солей металла. Он дал ему название "эритрон", однако позже принял его за соли хрома, поэтому пальму первенства в открытии не получил.

Позже другой ученый, швед Сефстрем, сумел получить этот металл, выделив его из состава железной руды. У этого химика сомнений в том, что элемент новый и неизвестный, не было. Поэтому первооткрывателем является именно он. Вместе с Йенсом Берцелиусом он дал название открытому элементу - ванадий.

Почему именно такое? В древнескандинавской мифологии есть одна богиня, которая является олицетворением любви, стойкости, верности и преданности. Она же Ее имя было Ванадис. После того как учеными были изучены свойства соединений элемента, им стало совершенно очевидно, что они очень красивые, цветные. А добавка металла к сплавам резко повышает их качество и прочность и устойчивость. Поэтому в честь богини Ванадис и было дано название необычному и важному металлу.

Ванадий - химический элемент, который в виде был получен еще позже. Лишь в 1869 году английский химик Г. Роско сумел выделить металл в свободном виде из горной породы. Другим ученым Ф. Веллером было доказано, что обнаруженный когда-то дель Рио "хром" является ванадием. Однако мексиканец до этого дня не дожил и о своем открытии так и не узнал. В Россию название элемента пришло благодаря Г. И. Гессу.

Простое вещество ванадий

Как простое вещество рассматриваемый атом представляет собой металл. Он обладает рядом физических свойств.

1. Цвет: серебристо-белый, блестящий.
2. Хрупкий, твердый, тяжелый, так как плотность составляет 6,11 г/см 3 .
3. Температура плавления - 1920 0 С, что позволяет отнести его к тугоплавким металлам.
4. На воздухе не окисляется.

Так как в свободном виде встретить его в природе невозможно, то людям приходится выделять его из состава различных минералов и пород.

Ванадий - химический элемент-металл, который проявляет достаточно высокую химическую активность при нагревании и определенных условиях. Если же говорить о стандартных параметрах окружающей среды, то он способен реагировать лишь с концентрированными кислотами, царской водкой.

С некоторыми неметаллами формирует бинарные соединения, реакции проходят при больших температурах. В расплавах щелочей растворяется, формируя комплексы - ванадаты. Кислород как сильный окислитель растворяется в ванадии, причем тем больше, чем выше температура нагревания смеси.

Нахождение в природе и изотопы

Если говорить о распространенности рассматриваемого атома в природе, то ванадий - химический элемент, который относится к рассеянным. Он входит в состав практически всех крупных горных пород, руд и минералов. Но нигде его не бывает больше 2%.

Это такие породы, как:

• ванадинит;
• патронит;
• карнотит;
• чилеит.

Также можно встретить рассматриваемый металл в составе:

• золы растений;
• океанской воды;
• тел асцидий, голотурий;
• организмов наземных растений и животных.

Если говорить об изотопах ванадия, то их всего два: с массовым числом 51, которого подавляющее большинство - 99,77%, и с массовым числом 50, который является рассеянным радиоактивным и встречается в ничтожных количествах.

Соединения ванадия

Выше мы уже указывали на то, что как химический элемент данный металл проявляет достаточную активность, чтобы сформировать большое количество различных соединений. Так, известны следующие типы веществ с участием ванадия.

1. Оксиды.
2. Гидроксиды.
3. Бинарные соли (хлориды, фториды, бромиды, сульфиды, йодиды).
4. Оксисоединения (оксихлориды, оксибромиды, окситрифториды и прочие).
5. Комплексные соли.

Так как валентность элемента варьируется достаточно широко, то и веществ получается немало. Главная отличительная особенность всех их - это окраска. Ванадий - химический элемент, разбор соединений которого показывает, что цвет может колебаться от белого и желтого до красного и синего, включая оттенки зеленого, оранжевого, черного и фиолетового. Отчасти именно это послужило причиной, по которой дали название атому, ведь это действительно выглядит очень красиво.

Однако многие из соединений получаются лишь при достаточно жестких условиях проведения реакции. Кроме того, большинство из них - токсичные, опасные для человека вещества. Агрегатное состояние веществ может быть самым разным. Например, хлориды, бромиды и фториды - чаще всего темно-розовые, зеленые или черные кристаллы. А оксиды - в виде порошков.

Получение и применение металла

Получают ванадий, выделяя его из горных пород и руд. Причем те минералы, которые содержат даже 1% металла, считаются чрезвычайно богатыми на ванадий. После отделения образца смеси железа и ванадия его переводят в концентрированный раствор. Из него выделяют подкислением ванадат натрия, из которого в дальнейшем получают сильно концентрированный образец, с содержанием металла до 90%.

Затем этот высушенный осадок прокаливают в печи и восстанавливают ванадий до металлического состояния. В таком виде материал готов к использованию.

Ванадий - химический элемент, который находит достаточно широкое применение в промышленности. Особенно в машиностроении и выплавке сплавов из стали. Можно определить несколько основных областей использования металла.

1. Текстильная промышленность.
2. Стекловарение.
3. Производство керамики и резины.
4. Лакокрасочная промышленность.
5. Получение и синтез химических веществ (сернокислое производство).
6. Изготовление ядерных реакторов.
7. Авиационное и кораблестроение, машиностроение.

Ванадий - очень важный легирующий компонент для получения легких, прочных, устойчивых к коррозии сплавов, в основном стали. Не зря его называют "автомобильным металлом".