De vanadium Het is het derde overgangsmetaal in het periodiek systeem, weergegeven door het chemische symbool V. Het is niet zo populair als andere metalen, maar degenen die staal en titanium begrijpen, zullen ervan hebben gehoord als een additief voor de versterking ervan in legeringen of gereedschappen. Fysiek is het synoniem met hardheid en chemisch met kleuren.
Sommige scheikundigen durven het te omschrijven als een kameleonmetaal, dat in staat is om een breed scala aan kleuren in zijn verbindingen aan te nemen; elektronische eigenschap die lijkt op die van de metalen mangaan en chroom. In zijn oorspronkelijke en pure staat ziet het er hetzelfde uit als andere metalen: zilver, maar met blauwachtige tinten. Eenmaal verroest, ziet het eruit zoals hieronder weergegeven.
In deze afbeelding is de irisatie van het oxide nauwelijks te onderscheiden, wat afhangt van de afwerkingen of het oppervlak van de metallische kristallen. Deze oxidelaag beschermt het tegen verdere oxidatie en dus corrosie.
Een dergelijke weerstand tegen corrosie, evenals thermisch kraken, wordt aan legeringen verschaft wanneer er V-atomen aan worden toegevoegd. Dit alles, zonder het gewicht al te zwaar te verhogen, aangezien vanadium geen zwaar metaal is, maar een licht metaal; in tegenstelling tot wat velen misschien denken.
De naam is afgeleid van de Noorse godin Vanadís, uit Scandinavië; het werd echter in Mexico ontdekt als onderdeel van het vanadinietmineraal, Pb5[VO43Cl, van roodachtige kristallen. Het probleem was dat om het uit dit mineraal en vele andere te verkrijgen, vanadium moest worden omgezet in een verbinding die gemakkelijker te verminderen was dan zijn oxide, VtweeOF5 (die wordt verminderd door calcium).
Andere bronnen van vanadium liggen in zee-wezens, of in ruwe olie, "opgesloten" in de petroporfyrines..
In oplossing zijn de kleuren die de verbindingen kunnen hebben, afhankelijk van hun oxidatietoestand, geel, blauw, donkergroen of violet. Vanadium valt niet alleen op door deze aantallen of oxidatietoestanden (van -1 tot +5), maar ook door zijn vermogen om op verschillende manieren te coördineren met biologische omgevingen.
De chemie van vanadium is overvloedig, mysterieus en vergeleken met andere metalen is er nog steeds veel licht dat erop moet worden geworpen om het goed te begrijpen..
Artikel index
Mexico heeft de eer het land te zijn waar dit element werd ontdekt. De mineraloog Andrés Manuel del Río analyseerde in 1801 een roodachtig mineraal dat hij zelf bruin lood noemde (vanadiniet, Pb5[VO43Cl), werden enkele metaaloxiden geëxtraheerd waarvan de kenmerken niet overeenkwamen met die van enig element dat op dat moment bekend was.
Daarom doopte hij dit element eerst met de naam 'Pancromo' vanwege de rijke verscheidenheid aan kleuren van de verbindingen; daarna noemde hij het 'Erythrono', van het Griekse woord erythronium, wat rood betekent.
Vier jaar later slaagde de Franse chemicus Hippolyte Victor Collet Descotils erin Del Río ertoe te brengen zijn beweringen in te trekken door te suggereren dat erythron geen nieuw element was, maar chroomverontreinigingen. En het duurde meer dan twintig jaar voordat er iets bekend werd over dit vergeten element dat in Mexicaanse bodems werd ontdekt..
In 1830 ontdekte de Zwitserse chemicus Nils Gabriel Sefström een ander nieuw element in ijzerertsen, dat hij vanadium noemde; naam die is afgeleid van de Noorse godin Vanadís, in vergelijking met zijn schoonheid met de schitterende kleuren van de verbindingen van dit metaal.
Datzelfde jaar wees de Duitse geoloog George William Featherstonhaugh erop dat vanadium en erythron eigenlijk hetzelfde element waren; En hoewel hij wilde dat de naam van de rivier zegevierde door hem 'Rionio' te noemen, werd zijn voorstel niet geaccepteerd.
Om vanadium te isoleren was het nodig om het uit zijn mineralen te halen, en net als scandium en titanium was deze taak niet gemakkelijk vanwege zijn hardnekkige affiniteit voor zuurstof. Het moest eerst worden omgevormd tot soorten die relatief gemakkelijk te verkleinen waren; daarbij verkreeg Berzelius in 1831 vanadiumnitride, dat hij aanzag voor het oorspronkelijke metaal.
In 1867 bereikte de Engelse chemicus Henry Enfield Roscoe de reductie van vanadium (II) chloride, VCltwee, tot metallisch vanadium met behulp van waterstofgas. Het geproduceerde metaal was echter onzuiver.
Ten slotte, het begin van de technologische geschiedenis van vanadium, werd een monster van hoge zuiverheid verkregen door de V te verlagentweeOF5 met metallisch calcium. Een van de eerste prominente toepassingen was om het chassis van de Ford Model T-auto te maken..
In zijn pure vorm is het een grijsachtig metaal met een blauwachtige ondertoon, zacht en taai. Wanneer het echter bedekt is met een oxidelaag (vooral het product van een aansteker), krijgt het opvallende kleuren alsof het een kristallen kameleon is..
50,9415 g / mol
1910 ° C
3407 ° C
-6,0 g / ml, bij kamertemperatuur
-5,5 g / ml, op het smeltpunt, dat wil zeggen, het smelt nauwelijks.
21,5 kJ / mol
444 kJ / mol
Molaire warmtecapaciteit
24,89 J / (mol K)
1 Pa bij 2101 K (praktisch te verwaarlozen, zelfs bij hoge temperaturen).
1,63 op de schaal van Pauling.
Ten eerste: 650,9 kJ / mol (V.+ gasvormig)
Ten tweede: 1414 kJ / mol (V.twee+ gasvormig)
Ten derde: 2830 kJ / mol (V.3+ gasvormig)
6.7
Bij verhitting kan het giftige dampen afgeven van VtweeOF5.
Een van de belangrijkste en opvallende kenmerken van vanadium zijn de kleuren van de verbindingen. Wanneer sommige ervan worden opgelost in zure media, vertonen de (meestal waterige) oplossingen kleuren die het mogelijk maken het ene nummer of de oxidatietoestand van een ander te onderscheiden..
De afbeelding hierboven toont bijvoorbeeld vier reageerbuizen met vanadium in verschillende oxidatietoestanden. Die aan de linkerkant, geel, komt overeen met V5+, specifiek als kation VOtwee+. Vervolgens wordt het gevolgd door het kation VOtwee+, met V4+, de kleur blauw; kation V3+, donkergroen; en Vtwee+, paars of mauve.
Als een oplossing bestaat uit een mengsel van verbindingen met V4+ en V5+, een heldergroene kleur wordt verkregen (product van geel met blauw).
De V-laagtweeOF5 op vanadium beschermt het tegen reactie met sterke zuren, zoals zwavelzuur of zoutzuur, sterke basen, en naast corrosie veroorzaakt door verhoogde oxidatie.
Bij verhitting boven 660 ° C oxideert vanadium volledig en ziet het eruit als een gele vaste stof met een iriserende glans (afhankelijk van de hoeken van het oppervlak). Dit oranjegele oxide kan worden opgelost door salpeterzuur toe te voegen, waardoor het vanadium weer zijn zilverkleur krijgt..
Bijna alle vanadiumatomen in het heelal (99,75% daarvan) zijn ongeveer de isotoop 51V, terwijl een heel klein deel (0,25%) overeenkomt met de isotoop vijftigV. Daarom is het niet verwonderlijk dat het atoomgewicht van vanadium 50,9415 u is (dichter bij 51 dan 50).
De andere isotopen zijn radioactief en synthetisch, met halfwaardetijden (t1/2) variërend van 330 dagen (49V), 16 dagen (48V), een paar uur of 10 seconden.
Vanadiumatomen, V, zijn gerangschikt in een op het lichaam gecentreerde kubische (bcc) kristalstructuur, het product van hun metallische binding. Van de structuren is dit de minst dichte, met zijn vijf valentie-elektronen die deelnemen aan de "zee van elektronen", volgens de elektronische configuratie:
[Ar] 3d3 4stwee
Dus de drie elektronen van de 3d-orbitaal, en de twee van de 4s-orbitaal, verenigen zich om een band te passeren die wordt gevormd door de overlapping van de valentie-orbitalen van alle V-atomen van het kristal; duidelijk, uitleg op basis van bandtheorie.
Omdat de V-atomen iets kleiner zijn dan de metalen links van hen (scandium en titanium) in het periodiek systeem, en gezien hun elektronische kenmerken, is hun metallische binding sterker; een feit dat tot uiting komt in het hoogste smeltpunt en dus met zijn meer samenhangende atomen.
Volgens computationele studies is de bcc-structuur van vanadium stabiel, zelfs onder enorme drukken van 60 GPa. Zodra deze druk wordt overschreden, ondergaat het kristal een overgang naar de rhombohedrale fase, die stabiel blijft tot 434 GPa; wanneer de bcc-structuur weer verschijnt.
De elektronenconfiguratie van vanadium alleen geeft aan dat het atoom tot vijf elektronen kan verliezen. Wanneer dit het geval is, wordt het edelgas-argon iso-elektronisch en wordt het bestaan van het kation V verondersteld.5+.
Evenzo kan het verlies van elektronen geleidelijk zijn (afhankelijk van de soort waaraan het is gekoppeld), met positieve oxidatiegetallen die variëren van +1 tot +5; daarom wordt in hun verbindingen het bestaan van de respectieve kationen V aangenomen+, V.twee+ enzovoorts.
Vanadium kan ook elektronen winnen en transformeren in een metallisch anion. De negatieve oxidatiegetallen zijn: -1 (V.-) en -3 (V3-De elektronenconfiguratie van de V3- het is:
[Ar] 3d6 4stwee
Hoewel het vier elektronen mist om de vulling van de 3d orbitalen te voltooien, is V energetisch stabieler3- dat de V7-, die in theorie extreem elektropositieve soorten nodig zouden hebben (om het hun elektronen te geven).
Vanadium biedt mechanische, thermische en trillingsbestendigheid, evenals hardheid aan de legeringen waaraan het is toegevoegd. Als ferrovanadium (ijzer en vanadiumlegering) of vanadiumcarbide wordt het bijvoorbeeld samen met andere metalen in staal of in titaniumlegeringen toegevoegd.
Op deze manier worden zeer harde en tegelijkertijd lichte materialen gemaakt, nuttig om te worden gebruikt als gereedschap (boren en sleutels), tandwielen, auto- of vliegtuigonderdelen, turbines, fietsen, straalmotoren, messen, tandheelkundige implantaten, enz..
Ook zijn legeringen met gallium (V.3Ga) zijn supergeleidend en worden gebruikt om magneten te maken. En ook, gezien hun lage reactiviteit, worden vanadiumlegeringen gebruikt voor leidingen waar corrosieve chemische reagentia werken..
Vanadium maakt deel uit van redox-batterijen, VRB (voor de afkorting in het Engels: Vanadium Redox-batterijen). Deze kunnen worden gebruikt om de opwekking van elektriciteit uit zonne- en windenergie en batterijen in elektrische voertuigen te stimuleren.
De VtweeOF5 Het wordt gebruikt om glas en keramiek een gouden kleur te geven. Aan de andere kant maakt de aanwezigheid in sommige mineralen ze groenachtig, zoals gebeurt met smaragden (en ook dankzij andere metalen).
De VtweeOF5 Het is ook een katalysator die wordt gebruikt voor de synthese van zwavelzuur en maleïnezuuranhydridezuur. Gemengd met andere metaaloxiden, katalyseert het andere organische reacties, zoals de oxidatie van propaan en propyleen tot respectievelijk acroleïne en acrylzuur..
Geneesmiddelen bestaande uit vanadiumcomplexen werden beschouwd als mogelijke en potentiële kandidaten voor de behandeling van diabetes en kanker..
Het lijkt ironisch dat vanadium, omdat het zijn kleurrijke en giftige verbindingen is, zijn ionen (VO+, VOtwee+ en VO43-, meestal) in sporen zijn ze heilzaam en essentieel voor levende wezens; vooral die van mariene habitats.
De redenen zijn gecentreerd op de oxidatietoestanden, met hoeveel liganden in de biologische omgeving het coördineert (of interageert), in de analogie tussen het vanadaat- en fosfaatanion (VO43- en PO43-), en in andere factoren bestudeerd door bio-anorganische chemici.
Vanadiumatomen kunnen dan een interactie aangaan met die atomen die tot enzymen of eiwitten behoren, hetzij met vier (coördinatie-tetraëder), vijf (vierkante piramide of andere geometrieën) of zes. Als wanneer dit gebeurt, een gunstige reactie voor het lichaam wordt geactiveerd, wordt er gezegd dat vanadium farmacologische activiteit uitoefent.
Zo zijn er de haloperoxidasen: enzymen die vanadium als cofactor kunnen gebruiken. Er zijn ook vanabines (in de vanadocytcellen van manteldieren), fosforylasen, stikstofasen, transferines en serumalbumines (van zoogdieren) die in staat zijn om met dit metaal te interageren.
Een organisch molecuul of vanadiumcoördinatiecomplex genaamd amavadine, is aanwezig in de lichamen van bepaalde schimmels, zoals Amanita muscaria (onderste afbeelding).
En tot slot kan vanadium in sommige complexen in een heemgroep zitten, zoals het geval is met ijzer in hemoglobine..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.