До средата на 20-ти век в химическата наука се появява термин - метали със стратегическо значение. Това означава група елементи, чиито физикохимични свойства позволяват използването им в производството на военно-промишления комплекс. Говорим за метали като хром, тантал, ниобий, молибден и волфрам. Ванадий, чиито свойства ще разгледаме в тази статия, също с право заема едно от централните места сред металите, използвани в съвременното машиностроене, черната металургия, инструменталното и химическото производство. Металът образува четири оксида с кислород, показвайки в тях валентност от 2, 3, 4 и 5. 5, което ще проучим по-подробно.
Запознайте се с ванадий
В химическата наука има отдавна установеноправилото, според което характеристиката на химичен елемент трябва да започне с неговата позиция в периодичната система на D. I. Менделеев. Химическата формула на ванадия като просто вещество е V, серийният номер е 23, атомната маса е 50, 9414. Намира се в четвърти период, пета група и заедно с ниобий и тантал е типичен представител на огнеупорни метали. Пробите от чисто вещество са пластмасови и имат сребристо-сив цвят. Ванадиевият атом е d-елемент, той има два s-електрона на последното енергийно ниво, но тези отрицателни частици, които се намират на d-подниво на същото четвърто ниво, също ще бъдат валентни.
Къде е намерен металът и какви са неговите физически свойства
Самият елемент не може да се намери в чистата му форма в природата. Но присъства като задължителен компонент в полиметалните и железните руди. По-рано говорихме за пластичността и ковкостта на простото вещество, сега ще добавим, че важните физични свойства на ванадия са високите точки на кипене и топене, равни съответно на 3400 ° C и 1920 ° C. Подобно на титана, той драстично влошава своите физични и химични параметри, когато е замърсен с примеси като азот, водород или кислород. По-специално, неговата пластичност и механична якост намаляват и ванадий става крехък.
Специални химически свойства
Металът е способен на пасивиране, т.е. има уникална способност да издържа на действието на агресивни химически среди: разтвори на киселини, основи и соли, образуващи защитен филм върху повърхността си -ванадиев оксид. Кристалната решетка на елемента има кубична структура. Трябва също да се отбележи, че устойчивостта на корозия на стоманите, съдържащи елемента, е много висока, което им позволява да се използват като носещи крепежни елементи за опори на мостове и офшорни нефтени сондажни платформи. Невъзможно е да си представим съвременното производство на инструменти без ванадий-съдържащи стомани. Заедно с ниобий, хром и титан, елементът се използва за легиране на специални сплави, използвани в ракетната наука и космическата индустрия. Въпреки това, концентрирани нитратни и сулфатни киселини, разтвор на флуороводород във вода и смес от хлоридни и нитратни киселини, наречена царска вода, лесно взаимодействат с метала. Елементът ванадий като просто вещество може да реагира с хлор, бром, сяра и се образуват съответните соли. С кислород той дава няколко оксида, които се различават значително по своите химични свойства. Разгледайте ги допълнително.
Основни и амфотерни оксиди
Металът образува два оксида, VO и V2O3, които проявяват типични основни свойства. В лабораторията моноксидът се добива чрез реакцията на редукция V2O5 фин ванадиев прах. Основните оксиди реагират с киселинни разтвори, за да образуват съответните соли. И вече могат да се получат хидроксиди от тях чрез провеждане на обменна реакция с алкали. Ванадиевият (III) оксид се намира като компонент на минерала карелианит и се получава в лабораторията чрез нагряване на V2O5 със сяра, въглища или водород. И двата основни оксида имат силно изразени редуциращи свойства. Оксид VO2 е типично амфотерно съединение, което реагира както с киселини, така и с основи. В разтвор, чието pH е по-малко от 7, се откриват положително заредени ванадилови йони VO2+, което придава на разтвора светлосин цвят и в алкална среда се образуват соли на поливанадинова киселина. Ванадиевият (IV) оксид привлича вода, т.е. е хигроскопично вещество, в реакции се държи като редуциращ агент.
Ванадиев хемипентоксид
Съединение, чиято формула е V2O5, е най-важният метален оксид. Това е водоразтворимо оранжево кристално вещество, което реагира с алкали, за да образува ванадати - соли на метаванадинова киселина HVO3. Той се използва широко като катализатор при окисляването на серен диоксид до серен анхидрид в промишленото производство на сулфатна киселина. Ванадиевият пентоксид има ромбична кристална решетка и признаци на амфотерност с преобладаване на свойствата на киселинния оксид. В реакции се държи като силен окислител. Съединението се използва в технологиите за стъкло, медицината и органичния синтез.
Методи за извличане на ванадий от неговите съединения
Споменахме по-рано, че металът е компонент на желязната руда. При доменното производство елементът, заедно с въглеродни и фосфорни примеси, преминава в чугун. Когато стоманата се топи, ванадиевият оксид 5 се утаява в състава на шлаката, където съдържанието му може да достигне 16%. Добавяне към негоготварска сол и изпичане на сместа в пещи, се получава продукт, който допълнително се разтваря във вода. Полученият воден концентрат се обработва със сулфатна киселина и от нея се изолира V2O5. За да изолирате чист ванадий от оксид, можете да използвате метода на калциева термия - редукция на метали с метален калций. За намаляване на технологичните разходи при реакцията с ванадиев пентоксид често се използва алуминий вместо калций. Металът може да бъде получен и чрез редуциране на тривалентен ванадиев оксид с въглища.
Биологична роля
Ванадий присъства в живите организми като микроелемент, който е част от междуклетъчната течност на морските бодлокожи. При холотурите и морските таралежи се свързва с протеини, които изпълняват функцията за транспортиране на кислород до клетките и отстраняване на въглеродния диоксид. Съдържанието на елемента е незначително в организмите на топлокръвни животни и хора, където е в състава на панкреатичните ензими, в невроглиите и нефроните. При растенията микроелементът участва като ензим в тъмната фаза на фотосинтезата и влияе върху нивото на хлорофилния пигмент, намиращ се в хлоропластите. Намира се и в нодулните бактерии, които са азотфиксатори, в тъканите на висшите гъби. Като част от чернозема, заедно със съединения на бор, мед, цинк и манган, ванадиевият оксид влияе върху плодородието на почвата.
В нашата статия проучихме основните свойства на ванадия и неговите оксиди, а също така разгледахме използването на неговите съединения виндустрия.
