Vanadiumoxid: formler, egenskaber

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 05:21

I midten af det 20. århundrede dukkede et begreb op i kemividenskaben - metaller af strategisk betydning. Det betød en gruppe af grundstoffer, hvis fysisk-kemiske egenskaber gjorde det muligt at bruge dem i produktionen af det militær-industrielle kompleks. Vi taler om metaller som chrom, tantal, niobium, molybdæn og wolfram. Vanadium, hvis egenskaber vi vil overveje i denne artikel, indtager også med rette et af de centrale steder blandt de metaller, der bruges i moderne maskinteknik, jernmetallurgi, værktøj og kemisk produktion. Metallet danner fire oxider med oxygen, som viser en valens på 2, 3, 4 og 5. 5_{, som vi vil studere nærmere.}

Mød vanadium

Inden for kemisk videnskab er der en lang etableretreglen om, at karakteriseringen af et kemisk grundstof skal begynde med dets position i det periodiske system af D. I. Mendeleev. Den kemiske formel for vanadium som et simpelt stof er V, serienummeret er 23, atommassen er 50, 9414. Det er placeret i den fjerde periode, den femte gruppe og er sammen med niob og tantal en typisk repræsentant for ildfaste metaller. Prøver af et rent stof er plastik og har en sølvgrå farve. Vanadiumatomet er et d-element, det har to s-elektroner på det sidste energiniveau, men de negative partikler, der er placeret på d-underniveauet på det samme fjerde niveau, vil også være valens.

Hvor er metallet fundet, og hvad er dets fysiske egenskaber

Selve grundstoffet kan ikke findes i sin rene form i naturen. Men det er til stede som en obligatorisk komponent i polymetalliske og jernmalme. Tidligere t alte vi om plasticiteten og formbarheden af et simpelt stof, nu vil vi tilføje, at de vigtige fysiske egenskaber ved vanadium er høje koge- og smeltepunkter, svarende til henholdsvis 3400 ° C og 1920 ° C. Ligesom titanium forringer det drastisk sine fysiske og kemiske parametre, når det er forurenet med urenheder som nitrogen, brint eller oxygen. Især dets duktilitet og mekaniske styrke reduceres, og vanadium bliver skørt.

Specialkemiske egenskaber

Metal er i stand til passivering, dvs. har en unik evne til at modstå virkningen af aggressive kemiske miljøer: opløsninger af syrer, alkalier og s alte, der danner en beskyttende film på overfladen -vanadiumoxid. Elementets krystalgitter har en kubisk struktur. Det skal også bemærkes, at korrosionsbestandigheden af stål, der indeholder elementet, er meget høj, hvilket gør det muligt at bruge dem som bærende fastgørelseselementer til brostøtter og offshore olieborerigge. Det er umuligt at forestille sig moderne værktøjsproduktion uden vanadiumholdigt stål. Sammen med niobium, krom og titanium bruges grundstoffet til at legere specielle legeringer, der bruges i raketvidenskab og rumindustrien. Imidlertid interagerer koncentrerede nitrat- og sulfatsyrer, en opløsning af hydrogenfluorid i vand og en blanding af chlorid- og nitratsyrer, kaldet aqua regia, let med metallet. Grundstoffet vanadium kan som et simpelt stof reagere med klor, brom, svovl, og de tilsvarende s alte dannes. Med oxygen giver det flere oxider, der adskiller sig meget i deres kemiske egenskaber. Overvej dem nærmere.

Basis- og amfotere oxider

Metallet danner to oxider, VO og V₂O₃, som udviser typiske grundlæggende egenskaber. I laboratoriet udvindes monoxid ved reduktionsreaktionen V₂O₅ fint vanadiumpulver. Basiske oxider reagerer med sure opløsninger for at danne de tilsvarende s alte. Og allerede hydroxider kan opnås fra dem ved at udføre en udvekslingsreaktion med alkalier. Vanadium(III)oxid findes som en bestanddel af mineralet karelianit og opnås i laboratoriet ved at opvarme V₂O₅ med svovl, kul eller brint. Begge basiske oxider har stærkt udt alte reducerende egenskaber. Oxid VO₂ er en typisk amfoter forbindelse, der reagerer med både syrer og baser. I en opløsning, hvis pH er mindre end 7, findes positivt ladede vanadylioner VO²⁺, hvilket giver opløsningen en lyseblå farve, og polyvanadinsyres alte dannes i et alkalisk medium. Vanadium(IV)oxid tiltrækker vand, dvs. er et hygroskopisk stof, i reaktioner opfører det sig som et reduktionsmiddel.

Vanadium hemipentoxide

Forbindelse, hvis formel er V₂O_5, er det vigtigste metaloxid. Det er et vandopløseligt orange krystallinsk stof, der reagerer med alkalier og danner vanadater - s alte af metavanadinsyre HVO₃. Det er meget udbredt som en katalysator i oxidationen af svovldioxid til svovlsyreanhydrid i den industrielle produktion af sulfatsyre. Vanadiumpentoxid har et rombisk krystalgitter og tegn på amfotericitet med en overvægt af sure oxidegenskaber. I reaktioner opfører det sig som et stærkt oxidationsmiddel. Forbindelsen bruges i glasteknologi, medicin og organisk syntese.

Metoder til udvinding af vanadium fra dets forbindelser

Vi nævnte tidligere, at metallet er en bestanddel af jernmalm. Ved højovnsproduktion går grundstoffet sammen med urenheder af kulstof og fosfor over i støbejern. Når stål smeltes, udfældes vanadiumoxid 5 i slaggesammensætningen, hvor indholdet kan nå op på 16%. Tilføjer til detbords alt og ristning af blandingen i ovne, opnås et produkt, som yderligere opløses i vand. Det resulterende vandige koncentrat behandles med sulfatsyre, og V₂O₅ isoleres fra det. For at isolere rent vanadium fra oxid kan du bruge calciumtermimetoden - reduktion af metaller ved hjælp af metallisk calcium. For at reducere teknologiske omkostninger i reaktionen med vanadiumpentoxid anvendes aluminium ofte i stedet for calcium. Metallet kan også opnås ved at reducere trivalent vanadiumoxid med kul.

Biologisk rolle

Vanadium er til stede i levende organismer som et sporstof, som er en del af den intercellulære væske i marine pighuder. Hos holothurier og søpindsvin er det forbundet med proteiner, der udfører funktionen med at transportere ilt til celler og fjerne kuldioxid. Indholdet af grundstoffet er ubetydeligt i organismer af varmblodede dyr og mennesker, hvor det er i sammensætningen af bugspytkirtelenzymer, i neuroglia og nefroner. Hos planter er sporstoffet involveret som et enzym i den mørke fase af fotosyntesen og påvirker niveauet af klorofylpigmentet i kloroplaster. Det findes også i knudebakterier, som er nitrogenfiksere, i vævene hos højere svampe. Som en del af chernozem, sammen med forbindelser af bor, kobber, zink og mangan, påvirker vanadiumoxid jordens frugtbarhed.