Vanad - Vanadium

Vanad,  ₂₃ V.

Vanadium
Výslovnost	/ V ə n eɪ d jsem ə m / ( və- NAY -dee-əm )
Vzhled	modro-stříbrošedý kov
Standardní atomová hmotnost A r, std (V)	50,9415 (1)
Vanad v periodické tabulce
Vodík Hélium Lithium Beryllium Boron Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon Draslík Vápník Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Tellurium Jód Xenon Cesium Baryum Lanthan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Merkur (prvek) Thallium Vést Vizmut Polonium Astat Radon Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Kalifornie Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson - ↑ V ↓ Pozn titan ← vanad → chrom
Atomové číslo ( Z )	23
Skupina	skupina 5
Doba	období 4
Blok	d-blok
Konfigurace elektronů	[ Ar ] 3d 3 4s 2
Elektrony na skořápku	2, 8, 11, 2
Fyzikální vlastnosti
Fáze na  STP	pevný
Bod tání	2183  K (1910 ° C, 3470 ° F)
Bod varu	3680 K (3407 ° C, 6165 ° F)
Hustota (blízko  rt )	6,11 g / cm 3
při kapalině (při  mp )	5,5 g / cm 3
Teplo fúze	21,5  kJ/mol
Teplo odpařování	444 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	24,89 J/(mol · K)
Tlak páry P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k v  T  (K) 2101 2289 2523 2814 3187 3679
Atomové vlastnosti
Oxidační stavy	−3, −1, 0, +1, +2 , +3 , +4 , +5 (  amfoterní oxid)
Elektronegativita	Paulingova stupnice: 1,63
Ionizační energie
Atomový poloměr	empirické: 134  hod
Kovalentní poloměr	153 ± 20 hodin
Spektrální linie vanadu
Další vlastnosti
Přirozený výskyt	prvotní
Krystalická struktura	tělo-krychlový (BCC)
Rychlost zvuku tenký prut	4560 m/s (při 20 ° C)
Teplotní roztažnost	8,4 µm/(m⋅K) (při 25 ° C)
Tepelná vodivost	30,7 W/(m⋅K)
Elektrický odpor	197 nΩ⋅m (při 20 ° C)
Magnetické uspořádání	paramagnetický
Molární magnetická citlivost	+255,0 × 10 −6  cm 3 /mol (298 K)
Youngův modul	128 GPa
Tažný modul	47 GPa
Hromadný modul	160 GPa
Poissonův poměr	0,37
Mohsova tvrdost	6.7
Vickersova tvrdost	628–640 MPa
Tvrdost podle Brinella	600–742 MPa
Číslo CAS	7440-62-2
Dějiny
Objev	Nils Gabriel Sefström (1830)
První izolace	Henry Enfield Roscoe (1867)
Pojmenoval	Nils Gabriel Sefström (1830)
Hlavní izotopy vanadu
Izotop Hojnost Poločas rozpadu ( t 1/2 ) Režim rozpadu Produkt 48 V. syn 16 d β + 48 Ti 49 V. syn 330 d ε 49 Ti 50 V. 0,25% 1,5 x 10 17  y ε 50 Ti β - 50 kr 51 V. 99,75% stabilní
Kategorie: Vanad Pohled mluvit Upravit | Reference

Vanad je chemický prvek se symbolem V a atomovým číslem 23. Je to tvrdý, stříbřitě šedý, tvárný přechodný kov . Elementární kov se v přírodě vyskytuje jen zřídka, ale jakmile je izolován uměle, tvorba vrstvy oxidu ( pasivace ) poněkud stabilizuje volný kov proti další oxidaci .

Andrés Manuel del Río objevil v roce 1801 v Mexiku sloučeniny vanadu analýzou nového minerálu nesoucího olovo, kterému říkal „hnědé olovo“. Ačkoli zpočátku předpokládal, že jeho vlastnosti jsou způsobeny přítomností nového prvku, později byl francouzským chemikem Hippolyte Victorem Collet-Descotils chybně přesvědčen , že prvkem byl pouze chrom . Poté v roce 1830 Nils Gabriel Sefström vytvořil chloridy vanadu, čímž dokázal, že existuje nový prvek, a pojmenoval ho „vanadium“ podle skandinávské bohyně krásy a plodnosti Vanadís (Freyja). Název byl založen na široké škále barev nalezených ve sloučeninách vanadu. Minerál olova Del Rio byl nakonec pro svůj obsah vanadu pojmenován vanadinit . V roce 1867 získal Henry Enfield Roscoe čistý prvek.

Vanad se přirozeně vyskytuje v asi 65 minerálech a v ložiscích fosilních paliv . Vyrábí se v Číně a Rusku z oceli huti strusky . Jiné země jej vyrábějí buď přímo z magnetitu, kouřového prachu těžké ropy, nebo jako vedlejší produkt těžby uranu . Používá se hlavně k výrobě speciálních slitin oceli, jako jsou vysokorychlostní nástrojové oceli , a některých slitin hliníku . Nejdůležitější průmyslová sloučenina vanadu, oxid vanadičitý , se používá jako katalyzátor pro výrobu kyseliny sírové . Vanadu Redox baterie pro akumulaci energie může být důležitým aplikací v budoucnu.

Velké množství vanadových iontů se nachází v několika organismech, pravděpodobně jako toxin . Oxid a některé další soli vanadu mají střední toxicitu. Zejména v oceánu, vanad je používán některými formami života jako aktivní centrum enzymů , jako je vanad bromoperoxidáza některých oceánských řas .

Dějiny

Vanadium objevil v roce 1801 španělský mineralog Andrés Manuel del Río . Del Río extrahoval prvek ze vzorku mexické rudy „hnědého olova“, později pojmenovaného vanadinit . Zjistil, že jeho soli vykazují širokou škálu barev, a v důsledku toho pojmenoval prvek panchromium (Řek: παγχρώμιο „všechny barvy“). Později Del Río přejmenoval prvek na erythronium (řecky: ερυθρός „červený“), protože většina solí po zahřátí zčervenala. V roce 1805 francouzský chemik Hippolyte Victor Collet-Descotils , podporovaný del Ríovým přítelem baronem Alexandrem von Humboldtem , nesprávně prohlásil, že del Ríovým novým prvkem je nečistý vzorek chromu . Del Río přijal prohlášení Collet-Descotils a vzal svůj nárok zpět.

V roce 1831 švédský chemik Nils Gabriel Sefström znovu objevil prvek v novém oxidu, který našel při práci se železnými rudami . Později téhož roku Friedrich Wöhler potvrdil del Ríovu dřívější práci. Sefström vybral jméno začínající na V, které ještě nebylo přiřazeno žádnému prvku. Prvek nazval vanadium podle staré norštiny Vanadís (jiný název pro severskou bohyni Vanr Freyja , mezi jejíž atributy patří krása a plodnost), kvůli mnoha krásně barevným chemickým sloučeninám, které produkuje. V roce 1831 geolog George William Featherstonhaugh navrhl, aby byl vanad po del Río přejmenován na „ rionium “, ale tento návrh nebyl dodržen.

Izolace vanadového kovu byla obtížná. V roce 1831 oznámil Berzelius výrobu kovu, ale Henry Enfield Roscoe ukázal, že Berzelius vyrobil nitrid, nitrid vanadu (VN). Roscoe nakonec vyrobil kov v roce 1867 redukcí chloridu vanaditého, VCl ₂ , vodíkem . V roce 1927, čistý vanadu se vyrábějí redukcí oxid vanadičný s vápníkem .

První rozsáhlé průmyslové použití vanadu bylo v podvozku z ocelové slitiny Ford Model T , inspirovaném francouzskými závodními vozy. Vanadová ocel umožnila snížení hmotnosti a zároveň zvýšila pevnost v tahu (asi 1905). V prvním desetiletí 20. století těžila většinu vanadové rudy společnost American Vanadium Company z Minas Ragra v Peru. Později vzrostla poptávka po uranu, což vedlo ke zvýšené těžbě rud tohoto kovu. Jednou z hlavních uranových rud byla karnotit , který také obsahuje vanad. Vanad se tak stal dostupný jako vedlejší produkt výroby uranu. Nakonec těžba uranu začala dodávat velkou část poptávky po vanadu.

V roce 1911 německý chemik Martin Henze objevil vanad v hemovanadinových proteinech nacházejících se v krevních buňkách (nebo coelomických buňkách) Ascidiacea (mořské stříkance ).

Charakteristika

Vanad je průměrně tvrdý, tvárný , ocelově modrý kov. Je elektricky vodivý a tepelně izolační . Některé zdroje popisují vanad jako „měkký“, možná proto, že je tvárný, tvárný a není křehký . Vanad je tvrdší než většina kovů a ocelí (viz Tvrdosti prvků (datová stránka) a železa ). Má dobrou odolnost proti korozi a je stabilní vůči zásadám a kyselinám sírovým a chlorovodíkovým . Je oxiduje na vzduchu při teplotě asi 933  K (660 ° C, 1220 ° F), ačkoliv oxid pasivační vrstva se tvoří již při teplotě místnosti.

Izotopy

Přirozeně se vyskytující vanad se skládá z jednoho stabilního izotopu , ⁵¹ V, a jednoho radioaktivního izotopu, ⁵⁰ V. Ten má poločas rozpadu 1,5 × 10 ¹⁷ let a přirozené množství 0,25%. ⁵¹ V má jaderný spin z 7 / 2 , což je užitečné pro NMR spektroskopii . Bylo charakterizováno dvacet čtyři umělých radioizotopů , jejichž hmotnost se pohybovala od 40 do 65. Nejstabilnější z těchto izotopů je ⁴⁹ V s poločasem 330 dnů a ⁴⁸ V s poločasem 16,0 dnů. Zbývající radioaktivní izotopy mají poločasy kratší než hodinu, většinou pod 10 sekund. Nejméně čtyři izotopy mají metastabilní excitované stavy . Zachycování elektronů je hlavním režimem rozpadu u izotopů lehčích než ⁵¹ V. U těžších je nejběžnějším režimem beta rozpad . Reakce elektronového záchytu vedou k tvorbě izotopů prvku 22 ( titan ), zatímco rozpad beta vede k izotopům prvku 24 ( chrom ).

Sloučeniny

Chemie vanadu je pozoruhodná pro přístupnost čtyř sousedních oxidačních stavů 2–5. Ve vodném roztoku vanad vytváří kovové aquo komplexy, jejichž barvy jsou šeřík [V (H ₂ O) ₆ ] ²⁺ , zelená [V (H ₂ O) ₆ ] ³⁺ , modrá [VO (H ₂ O) ₅ ] ²⁺ , žlutooranžové oxidy, jejichž vzorec závisí na pH. Sloučeniny vanadu (II) jsou redukční činidla a sloučeniny vanadu (V) jsou oxidační činidla. Sloučeniny vanadu (IV) často existují jako deriváty vanadylu , které obsahují centrum VO ²⁺ .

Vanadičnanu amonného (V), (NH ₄ VO ₃ ) může být postupně redukován elementárního zinku k získání různých barev vanadu v těchto čtyřech oxidačních stavech. Nižší oxidační stavy se vyskytují ve sloučeninách, jako je V (CO) ₆ , [V (CO)
₆]^-
a substituované deriváty.

Oxid vanadičitý je komerčně důležitým katalyzátorem pro výrobu kyseliny sírové, což je reakce, která využívá schopnosti oxidů vanadu podstoupit redoxní reakce.

Vanad redox baterie využívá všechny čtyři oxidační stavy: jedna elektroda používá + 5 / + 4 pár i pro jiná použití na + 3 / + 2 pár. Konverzi těchto oxidačních stavů ilustruje redukce silně kyselého roztoku sloučeniny vanadu (V) zinkovým prachem nebo amalgámem. Počáteční žlutá barva charakteristická pro pervanadylový ion [VO ₂ (H ₂ O) ₄ ] ⁺ je nahrazena modrou barvou [VO (H ₂ O) ₅ ] ²⁺ , následovanou zelenou barvou [V (H ₂ O) ₆ ] ³⁺ a poté fialová barva [V (H ₂ O) ₆ ] ²⁺ .

Oxyanionty

Ve vodném roztoku tvoří vanad (V) rozsáhlou rodinu oxyaniontů, jak bylo stanoveno ⁵¹ V NMR spektroskopií . Vzájemné vztahy v této rodině jsou popsány diagramem převahy , který ukazuje nejméně 11 druhů, v závislosti na pH a koncentraci. Tetrahedrální orthovanadátový ion, VO^3-
₄, je hlavním druhem přítomným při pH 12–14. Vanad (V) má podobnou velikost a náboj jako fosfor (V) a je rovnoběžný se svou chemií a krystalografií. Orthovanadate V O^3-
₄se používá v proteinové krystalografii ke studiu biochemie fosfátu. Tetrathiovanadát [VS ₄ ] ³⁻ je analogický s orthovanadátovým iontem.

Při nižších hodnotách pH se tvoří monomer [HVO ₄ ] ²⁻ a dimer [V ₂ O ₇ ] ⁴⁻ , přičemž monomer převládá při koncentraci vanadu menší než c. 10 ⁻² M (pV> 2, kde pV se rovná minusové hodnotě logaritmu celkové koncentrace vanadu/M). Tvorba divanadátového iontu je analogická tvorbě dichromanového iontu. Jak se hodnota pH sníží, dále protonace a kondenzaci polyvanadates nastat: při pH 4-6 [H ₂ VO ₄ ] ^- je převládající v pV větší než ca. 4, zatímco při vyšších koncentracích se tvoří trimery a tetramery. Mezi pH 2-4 převažuje dekanvanadát , jeho tvorba z orthovanadátu je reprezentována touto kondenzační reakcí:

10 [VO ₄ ] ³⁻ + 24 H ⁺ → [V ₁₀ O ₂₈ ] ⁶⁻ + 12 H ₂ O

V dekanvanadátu je každé centrum V (V) obklopeno šesti oxidovými ligandy . Kyselina vanadová, H ₃ VO ₄ existuje pouze ve velmi nízkých koncentracích, protože protonace tetraedrických druhů [H ₂ VO ₄ ] ^- vede k preferenční tvorbě oktaedrických [VO ₂ (H ₂ O) ₄ ] ⁺ druhů. V silně kyselých roztocích je převládajícím druhem pH <2, [VO ₂ (H ₂ O) ₄ ] ⁺ , zatímco oxid V ₂ O _{5 se} sráží z roztoku ve vysokých koncentracích. Oxid je formálně anhydrid kyseliny kyseliny vanadové. Struktury mnoha vanadičitanových sloučenin byly určeny rentgenovou krystalografií.

Vanad (V) tvoří různé peroxo komplexy, zejména v aktivním místě vanad obsahujících bromoperoxidázových enzymů. Druh VO (O) ₂ (H ₂ O) ₄ ⁺ je stabilní v kyselých roztocích. V alkalických roztocích jsou známy druhy se 2, 3 a 4 peroxidovými skupinami; poslední tvoří fialové soli se vzorcem M ₃ V (O ₂ ) ₄ nH ₂ O (M = Li, Na atd.), ve kterém má vanad 8-souřadnicovou dodekahedrální strukturu.

Halogenidové deriváty

Je známo dvanáct binárních halogenidů , sloučenin vzorce VX _n (n = 2..5). VI ₄ , VCl ₅ , VBr ₅ a VI ₅ neexistují nebo jsou extrémně nestabilní. V kombinaci s jinými činidly se VCI ₄ používá jako katalyzátor pro polymeraci dienů . Stejně jako všechny binární halogenidy jsou i vanadové Lewisovými kyselinami , zejména těmi z V (IV) a V (V). Mnoho halogenidů tvoří oktaedrální komplexy se vzorcem VX _n L _{6− n} (X = halogenid; L = jiný ligand).

Je známo mnoho vanadových oxyhalogenidů (vzorec VO _m X _n ). Nejvíce se studuje oxytrichlorid a oxytrifluorid ( VOCl ₃ a VOF ₃ ). Podobně jako POCl ₃ jsou těkavé, přijímají čtyřstěnné struktury v plynné fázi a jsou Lewisovy kyseliny.

Koordinační sloučeniny

Komplexy vanadu (II) a (III) jsou relativně výměnné, inertní a redukující. Ty z V (IV) a V (V) jsou oxidanty. Vanadový ion je poměrně velký a některé komplexy dosahují koordinačních čísel větších než 6, jako je tomu v [V (CN) ₇ ] ⁴⁻ . Oxovanadium (V) také tvoří 7 koordinačních koordinačních komplexů s tetradentátovými ligandy a peroxidy a tyto komplexy se používají pro oxidační bromace a thioetherové oxidace. Koordinační chemii V ⁴⁺ dominuje vanadylové centrum, VO ²⁺ , které váže další čtyři ligandy silně a jeden slabě (ten trans na vanadylové centrum). Příkladem je vanadyl acetylacetonát (V (O) (O ₂ C ₅ H ₇ ) ₂ ). V tomto komplexu je vanad 5-souřadnicový, čtvercový pyramidový, což znamená, že může být připojen šestý ligand, jako je pyridin, ačkoli asociační konstanta tohoto procesu je malá. Mnoho vanadylových komplexů s 5 souřadnicemi má trigonální bipyramidovou geometrii, například VOCl ₂ (NMe ₃ ) ₂ . Koordinační chemii V ⁵⁺ dominují relativně stabilní dioxovanadiové koordinační komplexy, které jsou často tvořeny vzdušnou oxidací prekurzorů vanadu (IV) indikující stabilitu oxidačního stavu +5 a snadnou interkonverzi mezi +4 a +5 státy.

Organokovové sloučeniny

Organokovová chemie vanadu je dobře rozvinutá, i když má hlavně pouze akademický význam. Vanadocen dichlorid je univerzální výchozí činidlo a má aplikace v organické chemii. Vanadový karbonyl , V (CO) ₆ , je vzácným příkladem paramagnetického kovového karbonylu . Výtěžky redukce V (CO)^-
₆( isoelektronický s Cr (CO) ₆ ), který lze dále redukovat sodíkem v kapalném amoniaku za vzniku V (CO)^3-
₅(isoelektronický s Fe (CO) ₅ ).

Výskyt

Vesmír

Kosmický hojnost vanadu ve vesmíru je 0,0001%, což je prvek, téměř tak běžné jako měď nebo zinek . Vanad je detekován spektroskopicky ve světle ze Slunce a někdy ve světle z jiných hvězd .

zemská kůra

Vanad je 20. nejhojnějším prvkem v zemské kůře; kovový vanad je v přírodě vzácný (známý jako nativní vanad ), ale sloučeniny vanadu se přirozeně vyskytují asi v 65 různých minerálech .

Na počátku 20. století bylo objeveno velké ložisko vanadové rudy, vanadový důl Minas Ragra poblíž Junín, Cerro de Pasco , Peru . Toto naleziště patrónitu (VS ₄ ) bylo po několik let ekonomicky významným zdrojem vanadové rudy. V roce 1920 dodaly doly v Peru zhruba dvě třetiny celosvětové produkce. S produkcí uranu v 19. a 20. letech minulého století z karnotitu ( K ₂ (UO ₂ ) ₂ (VO ₄ ) ₂ · 3H ₂ O ) byl vanad k dispozici jako vedlejší produkt výroby uranu. Vanadinit ( Pb ₅ (VO ₄ ) ₃ Cl ) a další vanadové minerály se těží jen výjimečně. S rostoucí poptávkou nyní velká část světové produkce vanadu pochází z magnetitu s obsahem vanadu, který se nachází v ultramafických tělech gabra . Pokud se tento titanomagnetit používá k výrobě železa, většina vanadu jde do strusky a získává se z ní.

Vanad se těží převážně v Jižní Africe , severozápadní Číně a východním Rusku . V roce 2013 tyto tři země vytěžily více než 97% ze 79 000 tun vyrobeného vanadu.

Vanad je také přítomen v bauxitu a v ložiscích ropy , uhlí , ropných břidlic a dehtových písků . V ropě byly zaznamenány koncentrace až 1200 ppm. Při spalování takových ropných produktů mohou stopy vanadu způsobit korozi v motorech a kotlích. Odhadem 110 000 tun vanadu ročně se uvolní do atmosféry spalováním fosilních paliv. Černé břidlice jsou také potenciálním zdrojem vanadu. Během druhé světové války byl nějaký vanad extrahován z kamenců z kamence na jihu Švédska.

Voda

Vanadyl iont je bohatý na mořské vodě , který má průměrnou koncentraci 30 nM (1,5 mg / m ³ ). Některé minerální prameny také obsahují ion ve vysokých koncentracích. Například prameny poblíž hory Fuji obsahují až 54 μg na litr .

Výroba

Vanad kov se získá vícestupňový proces, který začíná na pečení drcené rudy NaCl nebo Na ₂ CO _3, při teplotě asi 850 ° C, čímž se získá metavanadičnan sodný (NAVO ₃ ). Vodný extrakt této pevné látky se okyselí za vzniku „červeného koláče“, polyvanadátové soli, která se redukuje kovem vápenatým . Jako alternativa k malosériové výrobě je oxid vanadičitý redukován vodíkem nebo hořčíkem . Používá se také mnoho dalších metod, ve všech se vanad vyrábí jako vedlejší produkt jiných procesů. Čištění vanadu je možné pomocí procesu krystalových tyčí, který vyvinuli Anton Eduard van Arkel a Jan Hendrik de Boer v roce 1925. Zahrnuje tvorbu jodidu kovu, v tomto případě jodidu vanadičného a následný rozklad za vzniku čistého kovu :

2 V + 3 I ₂ ⇌ 2 VI ₃

Většina vanadu se používá jako slitina oceli zvaná ferovanad . Ferrovanadium se vyrábí přímo redukcí směsi oxidu vanadu, oxidů železa a železa v elektrické peci. Vanad končí v surovém železe vyrobeném z magnetitu nesoucího vanad. V závislosti na použité rudě obsahuje struska až 25% vanadu.

Čína je největším světovým výrobcem vanadu.

Aplikace

Slitiny

Přibližně 85% vyrobeného vanadu se používá jako ferovanad nebo jako přísada do oceli . Značný nárůst pevnosti v oceli obsahující malé množství vanadu byl objeven na počátku 20. století. Vanad tvoří stabilní nitridy a karbidy, což má za následek výrazné zvýšení pevnosti oceli. Od té doby byla vanadová ocel používána pro aplikace v nápravách , rámech kol, klikových hřídelích , ozubených kolech a dalších kritických součástech. Existují dvě skupiny slitin vanadové oceli. Vanadové vysoce uhlíkové slitiny oceli obsahují 0,15% až 0,25% vanadu a vysokorychlostní nástrojové oceli (HSS) mají obsah vanadu 1% až 5%. U vysokorychlostních nástrojových ocelí lze dosáhnout tvrdosti nad HRC 60. HSS ocel se používá v chirurgických nástrojích a nástrojích . Práškově metalurgické slitiny obsahují až 18% procent vanadu. Vysoký obsah karbidů vanadu v těchto slitinách výrazně zvyšuje odolnost proti opotřebení. Jednou aplikací pro tyto slitiny jsou nástroje a nože.

Vanad stabilizuje beta formu titanu a zvyšuje pevnost a teplotní stabilitu titanu. Směs s hliníkem v titanových slitinách se používá v proudových motorech , vysokorychlostních drakech a zubních implantátech . Nejběžnější slitinou pro bezešvé trubky je titan 3/2,5 obsahující 2,5% vanadu, titanová slitina volby v leteckém, obranném a cyklistickém průmyslu. Další běžnou slitinou, primárně vyráběnou v listech, je Titanium 6AL-4V , slitina titanu se 6% hliníku a 4% vanadu.

Několik slitin vanadu vykazuje supravodivé chování. Prvním supravodičem fáze A15 byla sloučenina vanadu V ₃ Si, která byla objevena v roce 1952. V supravodivých magnetech se používá páska vanad-gallium (17,5 tesla nebo 175 000 gaussů ). Struktura supravodivé fáze A15 V ₃ Ga je podobná struktuře běžnějších Nb ₃ Sn a Nb ₃ Ti .

Bylo zjištěno, že malé množství, 40 až 270 ppm, vanadu ve Wootzově oceli významně zlepšilo pevnost výrobku a dodalo mu charakteristické vzorování. Zdroj vanadu v původních Wootzových ocelových slitcích zůstává neznámý.

Vanad lze použít jako náhražku molybdenu v pancéřové oceli, ačkoli vyrobená slitina je mnohem křehčí a náchylnější k odlupování při nepronikajících nárazech. Třetí říše byla jedním z nejvýznamnějších uživatelů těchto slitin v obrněných vozidlech jako Tiger II nebo Jagdtiger .

Katalyzátory

Sloučeniny vanadu se široce používají jako katalyzátory; Oxid vanadičitý V ₂ O ₅ se používá jako katalyzátor při výrobě kyseliny sírové kontaktním procesem V tomto procesu se používá oxid siřičitý ( SO
₂) se oxiduje na oxid oxidu ( SO
₃): Při této redoxní reakci se síra oxiduje z +4 na +6 a vanad se redukuje z +5 na +4:

V ₂ O ₅ + SO ₂ → 2 VO ₂ + SO ₃

Katalyzátor se regeneruje oxidací vzduchem:

4 VO ₂ + O ₂ → 2 V ₂ O ₅

Podobné oxidace se používají při výrobě anhydridu kyseliny maleinové :

C ₄ H ₁₀ + 3,5 O ₂ → C ₄ H ₂ O ₃ + 4 H ₂ O

Anhydrid kyseliny ftalové a několik dalších sypkých organických sloučenin se vyrábějí podobně. Tyto zelené chemické procesy přeměňují levné suroviny na vysoce funkcionalizované, všestranné meziprodukty.

Vanad je důležitou složkou směsných katalyzátorů oxidů kovů používaných při oxidaci propanu a propylenu na akrolein, kyselinu akrylovou nebo ammoxidaci propylenu na akrylonitril. V provozu se oxidační stav vanadu dynamicky a reverzibilně mění s obsahem kyslíku a páry v reagující krmné směsi.

Nátěry na sklo a keramiku

Další oxid vanadu, oxid vanadičitý VO ₂ , se používá při výrobě skleněných povlaků, které při konkrétní teplotě blokují infračervené záření (a nikoli viditelné světlo). Oxid vanadu lze použít k vyvolání barevných center v korundu k vytvoření simulovaných alexandritových šperků, ačkoli alexandrit v přírodě je chrysoberyl . Oxid vanadičitý se používá v keramice .

Jiné použití

Vanad redox baterie , což je typ toku baterie , je elektrochemický článek skládající se z vodných iontů vanadu v různých oxidačních stavech. Baterie tohoto typu byly poprvé navrženy ve třicátých letech minulého století a komerčně se vyvíjely od osmdesátých let minulého století. Buňky používají +5 a +2 formální ionty oxidačního stavu. Vanadové redoxní baterie se komerčně používají pro skladování energie v síti .

Vanadate lze použít k ochraně oceli proti rzi a korozi konverzním nátěrem . Vanadová fólie se používá k opláštění titanu na ocel, protože je kompatibilní se železem i titanem. Mírný tepelný průřez zachycující neutrony a krátký poločas izotopů produkovaných neutronovým záchytem činí z vanadu vhodný materiál pro vnitřní strukturu fúzního reaktoru .

Navrženo

Oxid lithno -vanadový byl navržen pro použití jako anoda s vysokou hustotou energie pro lithium -iontové baterie při 745 Wh/L při spárování s katodou lithium -kobaltového oxidu . Vanadové fosfáty byly navrženy jako katoda v lithium-vanadové fosfátové baterii , jiném typu lithium-iontové baterie.

Biologická role

Vanad je v mořském prostředí důležitější než pozemský.

Vanadoenzymy

Řada druhů mořských řas produkuje vanadiumbromperoxidázu a také blízkou příbuznou chloroperoxidázu (která může používat hem nebo vanadový kofaktor) a jodoperoxidázy . Odhaduje se, že bromoperoxidáza produkuje 1–2 miliony tun bromoformu a 56 000 tun brommethanu ročně. Tento enzym produkuje většinu přirozeně se vyskytujících organobrominových sloučenin , které katalyzují následující reakci (RH je uhlovodíkový substrát):

RH + Br ^- + H ₂ O ₂ → R-Br + H ₂ O + OH ^-

Nitrogenase vanadium je používán některými dusík, kterým se mikroorganismy, jako jsou například Azotobacter . V této roli vanad nahrazuje běžnější molybden nebo železo a dává dusičnanu mírně odlišné vlastnosti.

Akumulace vanadu v pláštěncích

Vanad je nezbytný pro pláště , kde je uložen ve vysoce okyselených vakuolách určitých typů krevních buněk, označovaných jako vanadocyty . Vanabiny (proteiny vázající vanad) byly identifikovány v cytoplazmě takových buněk. Koncentrace vanadu v krvi ascidických pláštěnců je až deset milionůkrát vyšší než okolní mořská voda, která normálně obsahuje 1 až 2 µg/l. Funkce tohoto systému koncentrace vanadu a těchto proteinů nesoucích vanad je stále neznámá, ale vanadocyty jsou později uloženy těsně pod vnějším povrchem tuniky, kde mohou odradit predaci .

Houby

Amanita muscaria a příbuzné druhy makrofungů akumulují vanad (až 500 mg/kg v sušině). Vanad je přítomen v koordinačním komplexu amavadinu v houbových ovocných tělech. Biologický význam akumulace není znám. Byly navrženy funkcetoxických nebo peroxidázových enzymů.

Savci

Nedostatek vanadu má za následek snížený růst krys. Americký lékařský institut nepotvrdil, že je vanad nezbytnou živinou pro člověka, takže nebyl stanoven ani doporučený příjem, ani dostatečný příjem. Dietní příjem se odhaduje na 6 až 18 µg/den, přičemž se absorbuje méně než 5%. Tolerovatelného příjmu (UL) dietní vanadu, za které se mohou vyskytnou nepříznivé účinky, je nastaven na 1,8 mg / den.

Výzkum

Vanadyl sulfát jako doplněk stravy byl zkoumán jako prostředek ke zvýšení citlivosti na inzulín nebo jinak ke zlepšení kontroly glykémie u diabetiků. Některé ze studií měly významné léčebné účinky, ale byly považovány za studie se špatnou kvalitou. Množství vanadu použitého v těchto pokusech (30 až 150 mg) daleko překročilo bezpečnou horní hranici. Závěr systémového přehledu zněl: „Neexistují přísné důkazy o tom, že by orální suplementace vanadem zlepšila kontrolu glykémie u diabetu 2. typu. Rutinní používání vanadu pro tento účel nelze doporučit.“

V astrobiologii bylo navrženo, že diskrétní akumulace vanadu na Marsu by mohly být potenciální mikrobiální biosignaturou , pokud jsou použity ve spojení s Ramanovou spektroskopií a morfologií.

Bezpečnost

Všechny sloučeniny vanadu by měly být považovány za toxické. Čtyřmocného Voso ₄ bylo hlášeno, že je nejméně 5 krát více toxické než trojmocné V ₂ O ₃ . Úřad pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (OSHA) stanovil expoziční limit 0,05 mg/m ³ pro prach vanadičitého prachu a 0,1 mg/m ³ pro výpary vanadu v ovzduší na pracovišti na 8hodinový pracovní den, 40hodinový pracovní týden. Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví (NIOSH) doporučil, aby 35 mg / m ³ vanadu považují bezprostředně ohrožují život a zdraví, který je, pravděpodobně způsobí trvalé zdravotní problémy nebo smrt.

Sloučeniny vanadu jsou špatně absorbovány gastrointestinálním systémem. Vdechování vanadu a sloučenin vanadu má za následek především nepříznivé účinky na dýchací systém. Kvantitativní údaje však nejsou dostatečné k odvození subchronické nebo chronické inhalační referenční dávky. Další účinky byly hlášeny po orální nebo inhalační expozici krevním parametrům, játrům, neurologickému vývoji a dalším orgánům u potkanů.

Existuje jen málo důkazů, že vanad nebo sloučeniny vanadu jsou reprodukční toxiny nebo teratogeny . Oxid vanadičitý byl ve studii NTP hlášen jako karcinogenní u potkaních samců a samců a samic myší, ačkoli interpretace výsledků byla v poslední době sporná. Karcinogenita vanadu nebyla stanovena americkou agenturou pro ochranu životního prostředí .

Stopy vanadu v naftových palivech jsou hlavní složkou paliva při vysokoteplotní korozi . Během spalování vanad oxiduje a reaguje se sodíkem a sírou, čímž se získají sloučeniny vanadičnanu s teplotou tání až 530 ° C, které napadají pasivační vrstvu na oceli a činí ji náchylnou ke korozi. Pevné sloučeniny vanadu také obrušují součásti motoru.

Viz také

• Průtoková baterie
• Zelený obří důl
• Ukládání energie do sítě
• Karbid vanadu
• Vanadová redoxní baterie
• Chlorid vanaditý
• Oxid vanadu (V)
• Mezinárodní vanadské sympozium
• Vanadův cyklus

Reference

Další čtení

• Slebodnick, Carla; a kol. (1999). „Modelování biologické chemie vanadu: studie struktury a reaktivity objasňující biologickou funkci“ . V Hill, Hugh AO; a kol. (eds.). Kovová místa v proteinech a modelech: fosfatázy, Lewisovy kyseliny a vanad . Springer. ISBN 978-3-540-65553-4.

externí odkazy

Videa

• Vanadium v Periodické tabulce videí (University of Nottingham)

Výzkumné práce

• trvalé mrtvé spojení ] National Instrument Technická zprávaVanadium metody obnovy
• ATSDR - ToxFAQ: vanad
• Koncentrace vanadu v prostředí mořské vody a ústí se pohybuje kolem 1,5–3,3 ug/kg [1] .
• Specifikace vanadu a cyklování v pobřežních vodách [2]
• Oceánská anoxie a koncentrace molybdenu a vanadu v mořské vodě [3]