Vanadio | ||||||||||||||||||||||||||||
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← Titanio | cromo → | ||||||||||||||||||||||||||||
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Apariencia de una sustancia simple. | ||||||||||||||||||||||||||||
muestras de vanadio | ||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades del átomo | ||||||||||||||||||||||||||||
Nombre, símbolo, número | Vanadio / Vanadio (V), 23 | |||||||||||||||||||||||||||
Grupo , período , bloque |
15 (obsoleto 5), 4, elemento d |
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Masa atómica ( masa molar ) |
50.9415(1) [1] a. m.e. ( g / mol ) | |||||||||||||||||||||||||||
Configuración electrónica |
[Ar] 3d 3 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 |
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Radio del átomo | 134 horas | |||||||||||||||||||||||||||
Propiedades químicas | ||||||||||||||||||||||||||||
radio covalente | 122 p. m. | |||||||||||||||||||||||||||
Radio de iones | (+5e)59 (+3e)74 horas | |||||||||||||||||||||||||||
Electronegatividad | 1,63 (escala de Pauling) | |||||||||||||||||||||||||||
Potencial de electrodo | 0 | |||||||||||||||||||||||||||
Estados de oxidación | 0, +2, +3, +4, +5 | |||||||||||||||||||||||||||
Energía de ionización (primer electrón) |
650,1 (6,74) kJ / mol ( eV ) | |||||||||||||||||||||||||||
Propiedades termodinámicas de una sustancia simple. | ||||||||||||||||||||||||||||
Densidad (en n.a. ) | 6,11 [2] g/cm³ | |||||||||||||||||||||||||||
Temperatura de fusión | 2160 K (1887 °C) | |||||||||||||||||||||||||||
Temperatura de ebullición | 3650 K (3377 °C) | |||||||||||||||||||||||||||
Oud. calor de fusión | 17,5 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Oud. calor de evaporacion | 460 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Capacidad calorífica molar | 24,95 [2] J/(K mol) | |||||||||||||||||||||||||||
Volumen molar | 8,35 cm³ / mol | |||||||||||||||||||||||||||
La red cristalina de una sustancia simple. | ||||||||||||||||||||||||||||
Estructura de celosía |
cuerpo cúbico centrado |
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Parámetros de celosía | 3,024 Å [2] | |||||||||||||||||||||||||||
Debye temperatura | 390K _ | |||||||||||||||||||||||||||
Otras características | ||||||||||||||||||||||||||||
Conductividad térmica | (300 K) 30,7 W/(m·K) | |||||||||||||||||||||||||||
número CAS | 7440-62-2 | |||||||||||||||||||||||||||
isótopos de vida más larga | ||||||||||||||||||||||||||||
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23 | Vanadio |
V50.9415 | |
3d 3 4s 2 |
Vanadio ( símbolo químico - V, del lat . Vanadio ) - un elemento químico del grupo 15 (según la clasificación obsoleta - un subgrupo lateral del quinto grupo, VB), el cuarto período del sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev , con número atómico 23 y masa atómica 50.9415(1) [1] . El elemento es un metal de transición .
La sustancia simple vanadio es un metal gris plateado dúctil , cubierto al aire con una hermosa película de óxidos de vanadio , cuyos diferentes colores se deben al diferente espesor de la capa de óxido [3] .
El vanadio fue descubierto en 1801 por Andrés Manuel Del Río , profesor de mineralogía de la Ciudad de México , en minerales de plomo. Descubrió un nuevo metal y propuso el nombre de "pancromo" debido a la amplia gama de colores de sus compuestos, luego cambió el nombre a "eritronio". Del Rio no tenía autoridad en el mundo científico de Europa y los químicos europeos cuestionaron sus resultados. Luego, el propio Del Río perdió la confianza en su descubrimiento y declaró que solo había descubierto cromato de plomo.
En 1830, el químico sueco Nils Sefström redescubrió el vanadio en el mineral de hierro. El nombre fue dado al nuevo elemento por Berzelius y Sefström.
Friedrich Wöhler , que estaba explorando el mineral mexicano, tuvo la oportunidad de descubrir el vanadio , pero fue envenenado gravemente con fluoruro de hidrógeno poco antes del descubrimiento de Sefström y no pudo continuar con su investigación. Sin embargo, Wöhler completó el estudio del mineral y finalmente demostró que contenía vanadio y no cromo .
Este elemento forma compuestos con un hermoso color, de ahí el nombre del elemento, asociado al nombre de la diosa escandinava del amor y la belleza Freya ( Antiguo escandinavo Vanadís - hija de los Vans; Vanadis ) [4] . En 1831, el geólogo George William Featherstonhaugh propuso cambiar el nombre del vanadio a "rionio" (en honor a Del Río), pero esta propuesta no fue apoyada [5] .
El vanadio es el vigésimo elemento más abundante en la corteza terrestre [6] . Pertenece a los oligoelementos y no se encuentra en la naturaleza en forma libre. El contenido de vanadio en la corteza terrestre es 1.6⋅10 −2 % en masa, en el agua de los océanos 3⋅10 −7 %. Los contenidos promedio más altos de vanadio en rocas ígneas se observan en gabro y basaltos (230–290 ppm). En las rocas sedimentarias , se produce una importante acumulación de vanadio en biolitos (asfaltitas, carbones, fosfatos bituminosos), lutitas bituminosas, bauxitas , así como en minerales de hierro oolíticos y silíceos . La proximidad de los radios iónicos de vanadio y hierro y titanio , que están muy extendidos en las rocas ígneas , conduce al hecho de que el vanadio en los procesos hipógenos se encuentra completamente en un estado disperso y no forma sus propios minerales. Sus portadores son numerosos minerales de titanio (titanomagnetita, esfena , rutilo , ilmenita ), micas , piroxenos y granates , que tienen una mayor capacidad isomorfa con respecto al vanadio. Los minerales más importantes son patronita VS 4 , vanadinita Pb 5 (VO 4 ) 3 Cl y algunos otros. La principal fuente de vanadio son los minerales de hierro que contienen vanadio como impureza.
El ion vanadilo (VO 2+ ) se encuentra en abundancia en el agua de mar, con una concentración promedio de 30 nMa [7] . Algunas fuentes de agua mineral también contienen el ion en altas concentraciones. Por ejemplo, los manantiales cerca del monte Fuji contienen hasta 54 microgramos de vanadio por litro [7] .
Durante la primera década del siglo XX, la mayor parte del mineral de vanadio fue extraído por la empresa estadounidense Vanadium de Minas Ragra en Perú. Posteriormente, un aumento en la demanda de uranio provocó un aumento en la extracción de mineral de este metal. Uno de los principales minerales de uranio fue la carnotita , que también contiene vanadio. Así, el vanadio quedó disponible como subproducto de la producción de uranio. Con el tiempo, la extracción de uranio comenzó a satisfacer una gran parte de la demanda de vanadio [8] [9] .
Se conocen yacimientos en Perú, Estados Unidos, Sudáfrica, Finlandia, Australia, Armenia, Turquía, Inglaterra, Rusia [10] . Uno de los depósitos más grandes de vanadio se llama el depósito Chineyskoye en el Territorio Trans-Baikal [11] .
El vanadio es un metal gris plateado dúctil , similar en apariencia al acero. Forma cristales de sistema cúbico (red centrada en el cuerpo), grupo espacial Im 3 m , parámetros de celda a = 0.3024 nm , Z = 2 . Punto de fusión 1920 °C, punto de ebullición 3400 °C, densidad 6,11 g/cm³ . Cuando se calienta en aire por encima de los 300 °C, el vanadio se vuelve quebradizo. Las impurezas de oxígeno , hidrógeno y nitrógeno reducen drásticamente la plasticidad del vanadio y aumentan su dureza y fragilidad [2] .
El vanadio natural consta de dos isótopos : débilmente radiactivo 50 V (abundancia de isótopos 0,250%) y estable 51 V (99,750%). La vida media del vanadio-50 es de 1,5⋅10 17 años , es decir, a todos los efectos prácticos se puede considerar estable; este isótopo en el 83% de los casos se convierte en 50 Ti por captura de electrones , y en el 17% de los casos sufre una desintegración beta-menos , convirtiéndose en 50 Cr .
Hay 24 isótopos radiactivos artificiales conocidos de vanadio con números de masa que van desde 40 a 65 (así como 5 estados metaestables ). De estos, 49 V ( T 1/2 = 337 días) y 48 V ( T 1/2 = 15.974 días) son los más estables.
Químicamente, el vanadio es bastante inerte. Tiene buena resistencia a la corrosión, a la acción del agua de mar, soluciones diluidas de ácido clorhídrico, nítrico y sulfúrico, álcalis [12] .
Con el oxígeno, el vanadio forma varios óxidos : VO, V 2 O 3 , VO 2 , V 2 O 5 . El V 2 O 5 naranja es un óxido ácido, el VO 2 azul oscuro es anfótero, el resto de los óxidos de vanadio son básicos.
Se conocen los siguientes óxidos de vanadio:
Sistemático | química fórmula | Densidad , g/cm³ | Punto de fusión , °C | Punto de ebullición , °C | Masa molar , g/ mol | Color |
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Óxido de vanadio (II) | VO | 5.76 | 1830 | 3100 | 66.94 | El negro |
Óxido de vanadio (III) | V 2 O 3 | 4.87 | 1967 | 3000 | 149.88 | El negro |
Óxido de vanadio (IV) | VO2 _ | 4,571 g/cm³ | 1542 | 2700 | 82.94 | azul oscuro |
Óxido de vanadio (V) | V 2 O 5 | 3.357 | 670 | 2030 | 181.88 | rojo-amarillo |
Los haluros de vanadio se hidrolizan. Con halógenos, el vanadio forma haluros bastante volátiles de las composiciones VX 2 (X \ u003d F , Cl , Br , I ), VX 3 , VX 4 (X \ u003d F , Cl , Br ), VF 5 y varios oxohaluros (VOCl, VOCl 2 , VOF 3 y etc.).
Los compuestos de vanadio en los estados de oxidación +2 y +3 son fuertes agentes reductores, en los estados de oxidación +5 exhiben las propiedades de los agentes oxidantes. Carburo de vanadio refractario conocido VC (t pl = 2800 °C), nitruro de vanadio VN, sulfuro de vanadio V 2 S 5 , siliciuro de vanadio V 3 Si y otros compuestos de vanadio.
Cuando V 2 O 5 interactúa con óxidos básicos, se forman vanadatos , sales de ácido vanádico de la probable composición HVO 3 .
Reacciona con ácidos .
En la industria, cuando el vanadio se obtiene a partir de minerales de hierro con su mezcla, primero se prepara un concentrado, en el que el contenido de vanadio alcanza el 8-16%. Además, mediante el tratamiento oxidativo, el vanadio se transfiere al estado de oxidación más alto de +5 y se separa el vanadato de sodio NaVO 3 fácilmente soluble en agua . Cuando la solución se acidifica con ácido sulfúrico, se forma un precipitado que, después del secado, contiene más del 90% de vanadio.
El concentrado primario se reduce en altos hornos y se obtiene un concentrado de vanadio, que luego se utiliza en la fundición de una aleación de vanadio y hierro, el llamado ferrovanadio (contiene de 35 a 80% de vanadio). El vanadio metálico se puede preparar por reducción de cloruro de vanadio con hidrógeno, reducción térmica de óxidos de vanadio (V 2 O 5 o V 2 O 3 ) con calcio, disociación térmica de VI 2 y otros métodos.
Algunas de las variedades de ascidias tienen una característica única: contienen vanadio en su sangre. Las ascidias lo absorben del agua. En Japón, se ha propuesto criar ascidias en plantaciones submarinas, cosecharlas, quemarlas y obtener cenizas, que contienen vanadio en una concentración más alta que en el mineral de muchos de sus yacimientos [13] .
El cloruro de vanadio se utiliza en la descomposición termoquímica del agua en la energía del hidrógeno nuclear (ciclo del cloruro de vanadio "General Motors", EE. UU.).
Fuentes de corriente químicaEl pentóxido de vanadio se usa ampliamente como electrodo positivo (ánodo) en acumuladores y baterías de litio de alta potencia [14] .
En la producción de ácido sulfúricoEl óxido de vanadio (V) se utiliza como catalizador [15] en la etapa de conversión de dióxido de azufre en dióxido de azufre [16] .
MetalurgiaMás del 90% [17] de todo el vanadio producido se utiliza como aditivo de aleación en aceros , principalmente aceros de baja aleación de alta resistencia, en menor medida, aceros inoxidables y para herramientas, así como en la producción de aleaciones de titanio de alta resistencia [ 18] basado en el Ti-6Al-4V (en la clasificación rusa - BT6, contiene alrededor del 4% de vanadio). En los aceros, el vanadio forma carburos VC finamente dispersos, lo que aumenta las propiedades mecánicas y la estabilidad de la estructura. Su uso es especialmente efectivo en combinación con tungsteno, molibdeno y níquel. En aceros estructurales, el contenido de vanadio, por regla general, no supera el 0,25%, en aceros para herramientas y de corte rápido alcanza el 4%. En la nomenclatura rusa de aceros, el vanadio se denota con la letra F.
Industria automotrizEl vanadio se utiliza en piezas que requieren una resistencia muy alta, como los pistones de motores de automóviles. El industrial estadounidense Henry Ford destacó el importante papel del vanadio en la industria automotriz. “Si no hubiera vanadio, no habría auto”. Ford [19] dijo . El acero al vanadio hizo posible reducir el peso al mismo tiempo que aumentaba la resistencia a la tracción [20] .
Producción de petróleoEl acero al vanadio se utiliza para crear plataformas de perforación sumergibles para perforar pozos de petróleo [21] .
productos de recuerdoLas empresas privadas en los EE . UU . producen medallas y fichas coleccionables a partir de vanadio puro. Una de las medallas de vanadio salió en 2011 [22] .
ElectrónicaEl material semiconductor basado en dióxido de vanadio se utiliza para termistores , interruptores de memoria y pantallas [23] .
El vanadio y muchos de sus compuestos son tóxicos (para los humanos ) en altas concentraciones. Los compuestos de vanadio pentavalente son los más tóxicos. Su óxido (V) V 2 O 5 es venenoso (venenoso cuando se ingiere e inhala afecta el sistema respiratorio). La dosis semiletal de LD50 de óxido de vanadio (V) para ratas por vía oral es de 10 mg/kg .
El vanadio y sus compuestos son muy tóxicos para los organismos acuáticos (medio ambiente).
Se ha establecido que el vanadio puede inhibir la síntesis de ácidos grasos e inhibir la formación de colesterol . El vanadio inhibe varios sistemas enzimáticos. inhibe la fosforilación y la síntesis de ATP , reduce el nivel de coenzimas A y Q , estimula la actividad de la monoaminooxidasa y la fosforilación oxidativa.
La ingesta excesiva de vanadio en el cuerpo generalmente se asocia con factores ambientales y de producción. Bajo exposición aguda a dosis tóxicas de vanadio, los trabajadores experimentan reacciones inflamatorias locales de la piel y las membranas mucosas de los ojos, tracto respiratorio superior, acumulación de mucosidad en los bronquios y alvéolos. También hay reacciones alérgicas sistémicas como asma y eccema ; así como leucopenia y anemia , que se acompañan de violaciones de los principales parámetros bioquímicos del cuerpo.
Cuando se administra vanadio a animales (en dosis de 25 a 50 μg/kg), se observa retraso del crecimiento, diarrea y aumento de la mortalidad.
En total, el cuerpo de una persona promedio (peso corporal 70 kg) contiene 0,11 mg de vanadio. La dosis tóxica para humanos es de 0,25 mg, la dosis letal es de 2-4 mg.
El mayor contenido de proteínas y cromo en la dieta reduce el efecto tóxico del vanadio. No se establecen normas de consumo para esta sustancia mineral.
Además, se encontró un alto contenido de vanadio en algunos invertebrados marinos ( holoturios y ascidias ), en los que forma parte de los complejos proteicos del plasma y las células sanguíneas y el líquido celómico. En las células sanguíneas de las ascidias, la fracción de masa de vanadio puede alcanzar hasta el 8,75 % [13] . La función del elemento en el cuerpo no está del todo clara , varios científicos consideran que es responsable ya sea de la transferencia de oxígeno en el cuerpo de estos animales, o de la transferencia de nutrientes. Desde el punto de vista del uso práctico, es posible extraer vanadio de estos organismos, la recuperación económica de tales "plantaciones marinas" no está clara en este momento, pero existen opciones de prueba en Japón.
diccionarios y enciclopedias |
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