Ванадий металл или неметалл

Обновлено: 09.05.2024

Удивительный металл, который неизвестно зачем накапливают асцидии и мухоморы. Ванадия много в морской и минеральной воде. А источники горы Фудзиямы содержат рекордное (до 54 микрограмм на литр) количество металла. Отчего природа так распорядилась своим богатством, еще предстоит выяснить ученым.

История ⌛

Ванадий — металл, который открыли два раза.

Первый раз это было, когда минералог дель-Рио исследовал свинцовые руды из Мексики.

«Сводил» руду с разными веществами и получал соли и окислы неведомого металла. Ученого очаровали цвета соединений, потому он и назвал новый металл панхромием (многоцветный). Правда, потом он переименовал новый элемент в эритроний (красный). Этот цвет имеют один из окислов ванадия и некоторые его соли.

Дель-Рио сообщил ученому миру об открытии, и ревнивые химики ринулись перепроверять опыты. То же проделал и минералог. То ли он разочаровался в открытии, то ли что-то еще, но от открытия он отказался.

«Второе пришествие» нового элемента состоялось через 30 лет. Химик Сефстрем исследует шведскую руду, и находит отвергнутый элемент. Сефстрему повезло — он работал с Берцелиусом, а его авторитет в мире химии не подвергался сомнению. Так что металл признали, а открыватели нового элемента дали ему название ванадий.

Имя дали в честь прекрасной скандинавской богини любви и войны Фрейи, или Ванадис.

Свойства ?

Простое вещество расположено в V группе четвертого периода таблицы Менделеева.

Только характеристиками сильно отличается.

Химические свойства ванадия:

При нагреве до 200-300 градусов образует с галогенами соединения (йодид, бромид, фторид).
Нагрейте металл до 700 градусов, и он прореагирует с азотом; получится нитрид 2VN.
В реакции с кислородом дает несколько разновалентных окислов. Известны модификации окисла ванадия V2O5, существующие при высоких давлениях.
С водородом образует твердые растворы.

Известны следующие оксиды ванадия:

Систематическоенаименование	Хим. формула	Плотность, г/см³	Температура плавления, °C	Температура кипения, °C	Молярная масса, г/моль	Цвет
Оксид ванадия(II)	VO	5,76	~1830	3100	66,94	Чёрный
Оксид ванадия(III)	V2O3	4,87	1967	3000	149,88	Чёрный
Оксид ванадия(IV)	VO2	4,571 г/см³	1542	2700	82,94	Тёмно-голубой
Оксид ванадия(V)	V2O5	3,357	670	2030	181,88	Красно-жёлтый

Растворяется в смеси HF + HNO3.

Со щелочами не реагирует. С металлами образует сплавы.

Свойства атома
Название, символ, номер	Вана́дий / Vanadium (V), 23
Атомная масса (молярная масса)	50,9415(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d3 4s2
Радиус атома	134 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	122 пм
Радиус иона	(+5e)59 (+3e)74 пм
Электроотрицательность	1,63 (шкала Полинга)
Электродный потенциал
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[2] 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[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём	8,35 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки	3,024 Å[2]
Температура Дебая	390 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 30,7 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-62-2

Вот такой тяжелый характер у металла.

Добыча: из руды, асцидий и мухоморов ⛏️

Основными месторождениями владеют:

Лидером в производстве ванадия является Китай, он и диктует цены на металл.

Интересно: японцы ярко продемонстрировали русскую пословицу «голь на выдумки хитра». Изобретательные жители Страны восходящего солнца на специальных морских плантациях разводят асцидий (морские хордовые). Эти животные содержат ванадия больше, чем многие его руды. А несчастных асцидий сжигают и из пепла извлекают лакомый металл.

Некоторые мухоморы тоже очень богаты ванадием. Так что и в наших лесах можно открывать добычу ценного элемента.

Наш пострел везде поспел ⚙️

Применение ванадия и его соединений ограничивается довольно высокой ценой. Но во многих случаях эти вещества просто необходимы.

Почти весь ванадий (по разным данным от 87% до 90%) использует черная и цветная металлургия.

По статистике ванадий лидер среди легирующих металлов. Используется для придания сплавам требуемых свойств.

Ванадиевая лигатура придает сплавам износоустойчивость, хорошо повышает вязкость и прочность сплавов.

Все свойства ценного металла еще не исследованы; металлурги и ученые находят все больше привлекательных характеристик металла Ванадис.

Интересно: «Если бы не было ванадия — не было бы автомобиля». Г. Форд, «папа» автомобильной промышленности США. Кстати, человек умнейший и нестандартного мышления. Это он изрек гениальную фразу «»Помни, что Бог создал человека без запасных частей».

Оставшиеся проценты используют:

автомобильная промышленность;
электроника;
производители серной кислоты (в качестве катализатора вместо очень дорогой платины);
в литиевых аккумуляторах и батареях;
при крекинге нефти;
производство красок и керамики.

Соединения ванадия использует атомно-водородная энергетика.

Бруски ванадия 99,95 % чистоты, полученные переплавкой в электронном пучке. Поверхность брусков протравлена для проявления структуры

Многоцветьем соединений ванадия пользуются в производстве тканей для их окраски.

Война требует порох, а для его производства нужна серная кислота.

Купить металл богини Ванадис ?

Металл продают в виде порошка и слитков. Желающие могут купить прокат ванадия: проволоку, прутки, листы, полосы, трубчатый профиль.

Ванадий — удовольствие не дешевое. Посмотрите цены и убедитесь.

Продукция	Цена в рублях за килограмм
Лист	От 20 000
Пруток	От 30 000
Проволока	От 45 000

Однако металл богини Ванадис того стоит.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Ванадий

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. erythrós — 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 VCl₂ 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. (см. Ванадиевые руды). 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). См. также Ванадаты природные.

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 V₂O₅, 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 V₂O₃ (имеющие основной характер), VO₂ (амфотерный) и V₂O₅ (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 V₂O₅. Пятиокись В. растворяется в щелочах с образованием ванадатов (См. Ванадаты).

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% V₂O₅. Ванадиевые шлаки подвергают обжигу с поваренной солью. Обожжённый материал выщелачивают водой, а затем разбавленной серной кислотой. Из растворов выделяют V₂O₅. Последняя служит для выплавки феррованадия (См. Феррованадий) (сплавы железа с 35—70% В.) и получения металлического В. и его соединений. Ковкий металлический В. получают кальциетермическим восстановлением чистой V₂O₅ или V₂O₃; восстановлением V₂O₅ алюминием; вакуумным углетермическим восстановлением V₂O₃; магниетермическим восстановлением VC1₃; 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.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

(Vanadium), V (a. vanadium; н. Vanadin; ф. vanadium; и. vanadio ), - хим. элемент V группы периодич. системы Mенделеева, ат. н. 23, ат. масса 50,94. B природе известны два стабильных изотопа B. 50 V (0,25%) и 51 V (99,75%). Oткрыт мекс. минералогом A. M. дель Pио в 1801. B. - металл серебристо-серого цвета, ковкий в чистом виде. Имеет объёмноцентрированную кубич. решётку c периодом a = 3,0282Е. Плотность 6110 кг/м 3 ; tna 1900±25°C; tкип 3400°C; удельная теплоёмкость 0,5 кДж/кг · K (при 0-100°C); удельное электрич. сопротивление (при 20°C) 24,8 * 10 -8 ом · м, температурный коэфф. электросопротивления (0-100°C) 2,8 * 10 -3 град -1 . Oбладает парамагнитными свойствами. Cверхпроводник при темп-pe ниже -268,7°C. Cтепени окисления +2, +3, +4, +5. Cоединения V 2+ и V 3+ неустойчивы и являются сильными восстановителями. Hаиболее характерны соединения V 5+ . Пятиокись B. легко растворяется в щелочах c образованием ванадатов (известны орто-, пиро- и метаванадаты). B. отличается стойкостью к водным растворам минеральных солей, растворяется в плавиковой кислоте, царской водке, a при нагревании - в концентрированных азотной и серной кислотах. Порошок B. при нагревании энергично соединяется c кислородом, серой и хлором. Cоединения B. токсичны.
Cp. содержание в земной коре 0,02% по массе. B. - довольно распространённый, но рассеянный в породах и минералах элемент. Cреди изверженных пород наибольшие концентрации B. отмечены в габброидах, среди осадочных - в глинистых образованиях. Известно ок. 80 минералов B. - Ванадатов природных. Большинство из них экзогенного происхождения. Oсн. минералы: ванадинит, карнотит, деклуазит. B виде примеси B. содержится во мн. минералах, гл. обр. в окислах и силикатах. B. имеет геохим. Cродство c Fe, a также c Mn, Cr, Al, Ti. Широкому рассеянию B. в эндогенных образованиях способствует близость кристаллохим. Cвойств V 3+ и Fe 3+ . B экзогенных образованиях B. содержится преим. в виде V 5+ . Большую роль в миграции B. в минерализованных водах и гидротермальных растворах играет устойчивость его комплексных соединений. Xарактерна способность B. осаждаться на разл. геохим. барьерах. Oб осн. генетич. типах м-ний и методах извлечения из руд см. в ст. Ванадиевые руды. Mеталлич. B. (95-99% V) получают карбо-, кальцие- и магниетермич. восстановлением техн. V₂0₅ или термич. диссоциацией иодида B. Для получения B. высокой чистоты применяется его рафинирование: электролиз расплавленных галогенидов B., простая и зонная индукционная, дуговая и электроннолучевая плавка в вакууме. Oколо 90% B. потребляет чёрная металлургия, где он используется в качестве легирующей добавки к стали и чугуну. Ha основе B. создаются также разл. сплавы, к-рые наряду c металлич. B. применяются как конструкционный материал в ядерных реакторах, a сплавы на основе Ti c присадками B. - в авиац. и ракетной технике. B хим. пром-сти соединения B. используются как катализаторы при контактном произ-ве серной кислоты; применяются в лакокрасочном, резиновом, текстильном, керамич. и др. произ-вах.

Литература : Eфимов Ю. B., Барон B. B., Cавицкий E. M., Bанадий и его сплавы, M., 1969; Борисенко Л. Ф., Bанадий, M., 1973; Aналитическая химия ванадия, M., 1981.

Л. Ф. Борисенко.

Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984—1991 .

Полезное

Смотреть что такое "Ванадий" в других словарях:

ВАНАДИЙ — (лат. vanadium). Хрупкий металл, белого цвета, открыт в 1830 г. и назван по имени скандинавского божества Ванадия. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ВАНАДИЙ лат. vanadium, по имени Ванадия,… … Словарь иностранных слов русского языка

Ванадий — (хим. зн. V, атомн. вес 51) химический элемент, сходный посоединениям с фосфором и азотом. Соединения В. нередко встречаются, хотяи в ничтожно малых количествах, в железных рудах и некоторых глинах; приобработке ванадистых руд железа, В. частью… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

ванадий — ванад Словарь русских синонимов. ванадий сущ., кол во синонимов: 2 • ванад (1) • элемент … Словарь синонимов

ВАНАДИЙ — ВАНАДИЙ, хим. знак V, ат. в. 51,0, твердый, упругий металл цвета стали, t° плавления 1715°, уд. вес 5,688. Соединения В. широко распространены в природе. Соединения эти яды, по силе не уступающие мышьяковой к те; они обладают… … Большая медицинская энциклопедия

ВАНАДИЙ — (Vanadium), V, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 23, атомная масса 50,9415; металл, tпл 1920шC. Используют для легирования стали и чугуна, как компонент жаропрочных, твердых и коррозионно стойких сплавов, в качестве … Современная энциклопедия

ВАНАДИЙ — (лат. Vanadium) V, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 23, атомная масса 50,9415. Название от имени древнескандинавской богини красоты Ванадис. Серо стальной твердый металл. Плотность 6,11 г/см³, tпл 1920 .C.… … Большой Энциклопедический словарь

ВАНАДИЙ — (символ V), ПЕРЕХОДНОЙ ЭЛЕМЕНТ, открытый в 1801 г. Серебристо белый, ковкий, вязкий металл. Обнаружен в ЖЕЛЕЗНЫХ, СВИНЦОВЫХ И УРАНОВЫХ рудах, а также в угле и нефти. Используется в стальных сплавах для повышения прочности и жароустойчивости.… … Научно-технический энциклопедический словарь

ВАНАДИЙ — или ванад муж. весьма редкий металл, похожий на серебро, и открытый в некоторых свинцовых рудах. Ванадокислый хим. содержащий ванадовую кислоту. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля

ВАНАДИЙ — (лат. Vanadium), V, хим. элемент V группы периодич. системы элементов, ат. номер 23, ат. масса 50,9415. Природный В. состоит из 2 изотопов 30V (0,25%) и 51V (99,75%). 50V слабо радиоактивен (К захват, Т 1/2=6*1015 лет). В качестве радиоактивного… … Физическая энциклопедия

ванадий — V Элемент V группы Периодич. системы; ат. н. 23, ат. м. 50,942; металл серо стального цвета. Природный V состоит из двух изотопов: 51V (99,75 %) и 50V (0,25 %). V был открыт в 1801 г. мекс. минералогом А. М. дель Рио. В пром. масштабе V… … Справочник технического переводчика

Пластичный металл серебристо-серого цвета

Вана́дий / Vanadium (V), 23

1,63 (шкала Полинга)

Вана́дий — элемент побочной подгруппы пятой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 23. Обозначается символом V (лат. Vanadium ). Простое вещество ванадий (CAS-номер: 7440-62-2) — пластичный металл серебристо-серого цвета.

Содержание

История

Ванадий был открыт в 1801 г. профессором минералогии из Мехико Андресом Мануэлем Дель Рио в свинцовых рудах. Он обнаружил новый металл и предложил для него название «панхромий» из-за широкого диапазона цвета его соединений, сменив затем название на «эритроний». Дель Рио не имел авторитета в научном мире Европы, и европейские химики усомнились в его результатах. Затем и сам Дель Рио потерял уверенность в своём открытии и заявил, что открыл всего лишь хромат свинца.

В 1830 году ванадий был открыт заново шведским химиком Нильсом Сефстрёмом в железной руде. Новому элементу название дали Берцелиус и Сефстрём.

Шанс открыть ванадий был у Фридриха Вёлера, исследовавшего мексиканскую руду, но он серьёзно отравился фтороводородом незадолго до открытия Сефстрёма и не смог продолжить исследования. Однако Вёлер довёл до конца исследование руды и окончательно доказал, что в ней содержится именно ванадий, а не хром.

Происхождение названия

Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именем скандинавской богини любви и красоты Фрейи (др.-исл. Vanadís — дочь Ванов; Ванадис).

Нахождение в природе

Ванадий относится к рассеянным элементам и в природе в свободном виде не встречается. 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(S₂)₂, ванадинит Pb₅(VO₄)₃Cl и некоторые другие. Основной источник получения ванадия — железные руды, содержащие ванадий как примесь.

Месторождения

Известны месторождения в Перу, Колорадо, США, ЮАР, Финляндии, Австралии, Армении, России [2] .

Получение

Первичный концентрат восстанавливают в доменных печах и получают концентрат ванадия, который далее используют при выплавке сплава ванадия и железа — так называемого феррованадия (содержит от 35 до 80 % ванадия). Металлический ванадий можно приготовить восстановлением хлорида ванадия водородом (H), термическим восстановлением оксидов ванадия (V₂O₅ или V₂O₃) кальцием, термической диссоциацией VI₂ и другими методами.

Физические свойства

Бруски ванадия 99,95 % чистоты, полученные переплавкой в электронном пучке. Поверхность брусков протравлена для проявления структуры.

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 [1] .

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, V₂O₃, VO₂,V₂O₅. Оранжевый V₂O₅ — кислотный оксид, темно-синий VO₂ — амфотерный, остальные оксиды ванадия — основные. Галогениды ванадия гидролизуются. С галогенами ванадий образует довольно летучие галогениды составов VX₂ (X = F, Cl, Br, I), VX₃, VX₄ (X = F, Cl, Br), VF₅ и несколько оксогалогенидов (VOCl, VOCl₂, VOF₃ и др.). 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)	V₂O₃	4,87 г/см³	1967 °C	3000 °C	Черный
Оксид ванадия(IV)	VO₂	4,65 г/см³	1542 °C	2700 °C	Темно-голубой
Оксид ванадия(V)	V₂O₅	3,357 г/см³	670 °C	2030 °C	Красно-желтый

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 V₂S₅, силицид ванадия V₃Si и другие соединения ванадия.

При взаимодействии V₂O₅ с основными оксидами образуются ванадаты — соли ванадиевой кислоты вероятного состава HVO₃.

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

Химические источники тока

Пентаоксид ванадия широко применяется в качестве положительного электрода (анода) в мощных литиевых батареях и аккумуляторах. Ванадат серебра в резервных батареях в качестве катода.

В производстве серной кислоты

Оксид ванадия(V) используется как катализатор на стадии превращения сернистого ангидрида в серный.

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 коферментов 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 %. 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.

Изотопы

Природный ванадий состоит из двух изотопов: слаборадиоактивного 50 V (изотопная распространённость 0,250 %) и стабильного 51 V (99,750 %). Период полураспада ванадия-50 равен 1,5·10 17 лет, т. е. для всех практических целей его можно считать стабильным; этот изотоп в 83 % случаев посредством электронного захвата превращается в бета-минус-распад, превращаясь в массовым числом от 40 до 65 (а также 5 метастабильных состояний). Из них наиболее стабильны 49 V (T_1/2=337 дней) и 48 V (T_1/2=15,974 дня).

Ванадий — химический элемент с атомным номером 23. Принадлежит к 5-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к побочной подгруппе V группы, или к группе VB), находится в четвёртом периоде таблицы. Атомная масса элемента 50,9415(1) а. е. м. Обозначается символом V (от лат. Vanadium ). Простое вещество ванадий — пластичный металл серебристо-серого цвета.

1 История
2 Названия

3 Нахождение в природе

3.1 Месторождения

5.1 Изотопы

Ванадий был открыт в 1801 году профессором минералогии из Мехико Андресом Мануэлем Дель Рио в свинцовых рудах. Он обнаружил новый металл и предложил для него название «панхромий» из-за широкого диапазона цвета его соединений, сменив затем название на «эритроний». Дель Рио не имел авторитета в научном мире Европы, и европейские химики усомнились в его результатах. Затем и сам Дель Рио потерял уверенность в своём открытии и заявил, что открыл всего лишь хромат свинца.

Названия

Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именем скандинавской богини любви и красоты Фрейи (др.-сканд. Vanadís — дочь Ванов; Ванадис). В 1831 году геолог Шаблон:Iwq предложил переименовать ванадий в «риониум», но это предложение не было поддержано.

Ванадий является 20-м наиболее распространённым элементом в земной коре. Он относится к рассеянным элементам и в природе в свободном виде не встречается. 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(S₂)₂, ванадинит Pb₅(VO₄)₃Cl и некоторые другие. Основной источник получения ванадия — железные руды, содержащие ванадий как примесь.

Ванадил ион () в изобилии находится в морской воде, имеющий среднюю концентрацию 30 нМа. Некоторые источники минеральной воды также содержат ион в высоких концентрациях. Например, источники около горы Фудзи содержат до 54 мкг на литр.

В течение первого десятилетия XX века большая часть ванадиевой руды добывалась американской компанией Vanadium из Минас-Рагра в Перу. Позднее увеличение спроса на уран привело к увеличению добычи руды этого металла. Одной из основных урановых руд был карнотит, который также содержит ванадий. Таким образом, ванадий стал доступным как побочный продукт производства урана. Со временем добыча урана стала обеспечивать большую долю спроса на ванадий.

Известны месторождения в Перу, США, ЮАР, Финляндии, Австралии, Армении, России, Турции, Англии.

В промышленности при получении ванадия из железных руд с его примесью сначала готовят концентрат, в котором содержание ванадия достигает 8—16 %. Далее окислительной обработкой ванадий переводят в высшую степень окисления +5 и отделяют легко растворимый в воде ванадат натрия (Na) NaVO₃. При подкислении раствора серной кислотой выпадает осадок, который после высушивания содержит более 90 % ванадия.

Некоторые из разновидностей асцидий обладают уникальной особенностью: в их крови содержится ванадий. Асцидии поглощают его из воды.

В Японии разводят асцидий на подводных плантациях, собирают урожай, сжигают и получают золу, в которой ванадий содержится в более высокой концентрации, чем в руде многих его месторождений.

Изотопы

Природный ванадий состоит из двух изотопов: слаборадиоактивного 50 V (изотопная распространённость 0,250 %) и стабильного 51 V (99,750 %). Период полураспада ванадия-50 равен 1,5⋅10 17 лет, то есть для всех практических целей его можно считать стабильным; этот изотоп в 83 % случаев посредством электронного захвата превращается в 50 Ti, а в 17 % случаев испытывает бета-минус-распад, превращаясь в 50 Cr.

Известны 24 искусственных радиоактивных изотопа ванадия с массовым числом от 40 до 65 (а также 5 метастабильных состояний). Из них наиболее стабильны 49 V ( T_1/2 =337 дней) и 48 V ( T_1/2 =15,974 дня).

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

С кислородом ванадий образует несколько оксидов : VO, V₂O₃, VO₂,V₂O₅. Оранжевый V₂O₅ — кислотный оксид, тёмно-синий VO₂ — 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	Чёрный
Оксид ванадия (III)	V₂O₃	4,87 г/см³	1967 °C	3000 °C	Чёрный
Оксид ванадия (IV)	VO₂	4,65 г/см³	1542 °C	2700 °C	Тёмно-голубой
Оксид ванадия (V)	V₂O₅	3,357 г/см³	670 °C	2030 °C	Красно-жёлтый

Галогениды ванадия гидролизуются. С галогенами ванадий образует довольно летучие галогениды составов VX₂ (X = F, Cl, Br, I), VX₃, VX₄ (X = F, Cl, Br), VF₅ и несколько оксогалогенидов (VOCl, VOCl₂, VOF₃ и др.).

При взаимодействии V₂O₅ с осно́вными оксидами образуются ванадаты — соли ванадиевой кислоты вероятного состава HVO₃.

Взаимодействует с кислотами.

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

Химические источники тока

В производстве серной кислоты

Свыше 90 % всего производимого ванадия находит применение в качестве легирующей добавки в сталях, главным образом, высокопрочных низколегированных, в меньшей степени, нержавеющих и инструментальных, а также в производстве высокопрочных титановых сплавов, основанных на системе Ti-6Al-4V (в российской классификации — ВТ6, содержит около 4 % ванадия). В сталях ванадий образует мелкодисперсные карбиды VC, что повышает механические свойства и стабильность структуры. Его применение особенно эффективно совместно с вольфрамом, молибденом и никелем. В конструкционных сталях содержание ванадия не превышает, как правило, 0,25 %, в инструментальных и быстрорежущих доходит до 4 %. В российской номенклатуре сталей ванадий обозначается буквой Ф.

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. Ванадиевая сталь позволила уменьшить вес при увеличении прочности при растяжении

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

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

Частные компании США выпускают медали и коллекционные жетоны из чистого ванадия. Одна из ванадиевых медалей вышла в 2011 году.

Производство

Россия: Евраз Ванадий Тула, Чусовской металлургический завод
Чехия: Мнишек-под-Брди
США: Хот-Спрингс
ЮАР: Бритс

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).

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.

Кроме того, высокое содержание выявлено у некоторых морских беспозвоночных (голотурий и асцидий), у которых ванадий входит в состав белковых комплексов плазмы и форменных элементах крови и целомической жидкости. В клетках крови асцидий массовая доля ванадия может доходить до 8,75 %. Функция элемента в организме до конца не ясна, разные учёные 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.

Бромид ванадия (II) (VBr₂) Бромид ванадия (III) (VBr₃) Ванадат железа (III) (FeVO₄) Ванадиевая кислота (HVO₃) Галлид ванадия (V₃Ga) Гексакарбонилванадий (V(CO)₆) Гидроксид ванадия (II) (V(OH)₂) Гидроксид ванадия (III) (V(OH)₃) Диборид ванадия (VB₂) Диселенид ванадия (VSe₂) Дисилицид ванадия (VSi₂) Дисульфид ванадия (VS₂) Дифосфид ванадия (VP₂) Иодид ванадия (II) (VI₂) Иодид ванадия (III) (VI₃) Карбид ванадия (VC) Метаванадат аммония (NH₄VO₃) Метаванадат железа (III) (Fe(VO₃)₃) Метаванадат калия (KVO₃) Метаванадат кобальта(II) (Co(VO₃)₂) Метаванадат меди (II) (Cu(VO₃)₂) Метаванадат натрия (NaVO₃) Метаванадат свинца (II) (Pb(VO₃)₂) Нитрид ванадия (VN) Оксибромид ванадия(III) (VOBr) Оксид ванадия (II) (VO) Оксид ванадия (III) (V₂O₃) Оксид ванадия (IV) (VO₂) Оксид ванадия (V) (V₂O₅) Оксидибромид ванадия (IV) (VOBr₂) Оксидифторид ванадия (IV) (VOF₂) Оксидихлорид ванадия (IV) (VOCl₂) Оксибромид ванадия (III) (VOBr) Оксидибромид ванадия (IV) (VOBr₂) Окситрибромид ванадия (V) (VOBr₃) Окситрифторид ванадия (V) (VOF₃) Оксид-трихлорид ванадия (VOCl₃) Оксихлорид ванадия (III) (VOCl) Ортованадат натрия (Na₃VO₄) Пентаоксид триванадия (V₃O₅) Пированадиевая кислота (H₄V₂O₇) Селенид ванадия (II) (VSe) Селенид ванадия (III) (V₂Se₃) Силицид ванадия (V₂Si) Силицид триванадия (V₃Si) Сульфат ванадила (VOSO₄) Сульфат ванадия (II) (VSO₄) Сульфат ванадия (III) (V₂(SO₄)₃) Сульфат ванадия (III)-аммония (VNH₄(SO₄)₂) Сульфид ванадия (II) (VS) Сульфид ванадия (III) (V₂S₃) Сульфид ванадия(V) (V₂S₅) Тетрасульфид ванадия (VS₄) Триметаванадат аммония ((NH₄)₃V₃O₉) Фосфид ванадия (VP) Фосфид диванадия (V₂P) Фосфид триванадия (V₃P) Фторид ванадия (II) (VF₂) Фторид ванадия (III) (VF₃) Фторид ванадия (IV) (VF₄) Фторид ванадия (V) (VF₅) Хлорид гексаамминванадия(III) ([V(NH₃)₆]Cl₃) Хлорид ванадия (II) (VCl₂) Хлорид ванадия (III) (VCl₃) Хлорид ванадия (IV) (VCl₄) Хлорид диоксованадия (V) ((VO₂)Cl)

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Читайте также: