VANADIUM: ANG KASAYSAYAN, MGA KATANGIAN, ISTRAKTURA, AY GUMAGAMIT - CHEMISTRY - 2025

Ang vanadium ay ang ikatlong paglipat ng metal sa pana-panahong talahanayan, na kinakatawan ng simbolo ng kemikal na V. ay hindi kasing tanyag ng iba pang mga metal, ngunit naintindihan ang mga steel at titaniums ay naririnig mong banggitin bilang isang additive para sa pagpapalakas sa mga haluang metal o mga tool. Pisikal na ito ay magkasingkahulugan ng katigasan, at kemikal, na may mga kulay.

Ang ilang mga chemists ay naglakas-loob na ilarawan ito bilang isang metal na chameleon, na may kakayahang umangkop ng isang malawak na hanay ng mga kulay sa mga compound nito; Elektronikong pag-aari na kahawig ng mga metal na mangganeso at kromo. Sa katutubong at dalisay na estado, mukhang pareho ang iba pang mga metal: pilak, ngunit may mga blues hues. Kapag na-rust, mukhang tulad ng ipinakita sa ibaba.

Mga metal na piraso ng vanadium na may manipis na iridescent na layer ng dilaw na oxide. Pinagmulan: Jurii

Sa imaheng ito, ang iridescence ng oxide ay bahagyang nakikilala, na nakasalalay sa mga pagwawakas o ibabaw ng mga kristal na metal. Pinoprotektahan ito ng layer ng oxide na ito mula sa karagdagang oksihenasyon at, samakatuwid, mula sa kaagnasan.

Ang ganitong paglaban sa kaagnasan, pati na rin sa thermal crack, ay ibinibigay sa mga haluang metal kapag idinagdag sa kanila ang mga V atoms. Ang lahat ng ito, nang walang pagtaas ng timbang nito, dahil ang vanadium ay hindi isang mabibigat na metal ngunit isang ilaw; hindi katulad ng iniisip ng marami.

Ang pangalan nito ay nagmula sa diyos na Norse na si Vanadís, mula sa Scandinavia; gayunpaman, natuklasan ito sa Mexico, bilang bahagi ng mineral na walang ulaw na mineral, Pb _{5 3} Cl, ng mapula-pula na mga kristal. Ang problema ay upang makuha ito mula sa mineral na ito at marami pang iba, ang vanadium ay kailangang mabago sa isang tambalang mas madaling mabawasan kaysa sa oxide, V ₂ O ₅ (na nabawasan sa calcium).

Ang iba pang mga mapagkukunan ng vanadium ay namamalagi sa mga nilalang ng dagat, o sa langis ng krudo, "nabilanggo" sa loob ng mga petroporphyrins.

Sa solusyon, ang mga kulay na maaaring magkaroon ng mga compound nito, depende sa kanilang estado ng oksihenasyon, ay dilaw, asul, madilim na berde o lila. Hindi lamang nakatayo ang Vanadium para sa mga bilang o mga estado ng oksihenasyon (mula -1 hanggang +5), ngunit para sa kakayahang mag-coordinate sa iba't ibang paraan sa mga biological environment.

Ang kimika ng vanadium ay sagana, misteryoso, at kung ihahambing sa iba pang mga metal ay marami pa ring ilaw na dapat ibuhos dito para sa malapit nitong pag-unawa.

Kasaysayan

Pagtuklas

Ang Mexico ay may karangalan na naging bansa kung saan natuklasan ang elementong ito. Ang mineralogist na si Andrés Manuel del Río, noong 1801, na nagsusuri ng isang mapula-pula na mineral na siya mismo ang tinawag na brown lead (vanadinite, Pb _{5 3} Cl), kinuha ang mga metal na oxide na ang mga katangian ay hindi tumutugma sa alinman sa anumang sangkap na kilala sa oras na iyon.

Kaya, una niyang binautismuhan ang elementong ito na may pangalang 'Pancromo' dahil sa maraming uri ng kulay ng mga compound nito; pagkatapos ay pinangalanan niya itong 'Eritrono', mula sa salitang Greek na erythronium, na nangangahulugang pula.

Pagkalipas ng apat na taon, ang chemist ng Pranses na si Hippolyte Victor Collet Descotils ay pinamamahalaang makuha ang Del Río upang iurong ang kanyang mga pag-angkin sa pamamagitan ng pagmumungkahi na ang erythron ay hindi isang bagong elemento ngunit sa halip na mga impurities ng chromium. At tumagal ng higit sa dalawampung taon para sa isang bagay na malalaman tungkol sa nakalimutang elemento na ito na natuklasan sa mga soils ng Mexico.

Ang paglitaw ng pangalan

Noong 1830, natuklasan ng Swiss chemist na si Nils Gabriel Sefström ang isa pang bagong elemento sa mga mineral na bakal, na tinawag niyang vanadium; pangalan na nagmula sa diyos na Norse na si Vanadís, sa paghahambing ng kagandahan nito sa mga makikinang na kulay ng mga compound ng metal na ito.

Sa parehong taon, ang geologist ng Aleman na si George William Featherstonhaugh, ay itinuro na ang vanadium at erythron ay talagang pareho na elemento; at bagaman nais niyang mangibabaw ang pangalan ng Ilog sa pamamagitan ng pagtawag nito na 'Rionio', hindi tinanggap ang kanyang panukala.

Paghihiwalay

Upang paghiwalayin ang vanadium ay kinakailangan upang mabawasan ito mula sa mga mineral nito, at tulad ng scandium at titanium, ang gawaing ito ay hindi madali dahil sa kaaya-aya nitong pagkakaugnay para sa oxygen. Kailangan muna itong mabago sa mga species na medyo madaling mabawasan; sa proseso, nakuha ni Berzelius ang vanadium nitride noong 1831, na napagkamalan niya para sa katutubong metal.

Noong 1867, ang chemist ng Ingles na si Henry Enfield Roscoe, nakamit ang pagbawas ng vanadium (II) klorido, VCl ₂ , sa metalikong vanadium gamit ang hydrogen gas. Gayunpaman, ang metal na ginawa nito ay walang kabuluhan.

Sa wakas, ang pagmamarka ng simula ng teknolohikal na kasaysayan ng vanadium, isang mataas na sample ng kadalisayan ay nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng V ₂ O _{5 na} may metal na calcium. Ang isa sa mga unang kilalang gamit nito ay upang gawin ang chassis ng Ford Model T na kotse.

Ari-arian

Pisikal na hitsura

Sa dalisay na anyo nito, ito ay isang kulay-abo na metal na may bluish overtones, malambot at ductile. Gayunpaman, kapag natatakpan ng isang layer ng oxide (lalo na ang produkto ng isang magaan), kinakailangan sa kapansin-pansin na mga kulay na parang isang kristal na mansanilya.

Mass ng Molar

50.9415 g / mol

Temperatura ng pagkatunaw

1910 ° C

Punto ng pag-kulo

3407 ° C

Density

-6.0 g / mL, sa temperatura ng silid

-5.5 g / mL, sa natutunaw na punto, iyon ay, bahagya itong natutunaw.

Init ng pagsasanib

21.5 kJ / mol

Init ng singaw

444 kJ / mol

Ang kapasidad ng init ng Molar

24.89 J / (mol K)

Presyon ng singaw

1 Pa sa 2101 K (praktikal na nababayaan kahit na sa mataas na temperatura).

Elektronegorya

1.63 sa scale ng Pauling.

Energies ng ionization

Una: 650.9 kJ / mol (V ⁺ gas)

Pangalawa: 1414 kJ / mol (V ²⁺ gaseous)

Pangatlo: 2830 kJ / mol (V ³⁺ gaseous)

Katigasan ng Mohs

6.7

Agnas

Kapag pinainit maaari itong maglabas ng nakakalason na fume ng V ₂ O ₅ .

Mga kulay ng mga solusyon

Mula kaliwa hanggang kanan, ang mga solusyon sa vanadium sa iba't ibang mga oksihenasyon ay nagsasaad: +5, +4, +3 at +2. Pinagmulan: W. Oelen sa pamamagitan ng Wikipedia.

Ang isa sa pangunahing at kilalang katangian ng vanadium ay ang mga kulay ng mga compound nito. Kapag ang ilan sa mga ito ay natunaw sa acidic media, ang mga solusyon (halos may tubig) ay nagpapakita ng mga kulay na nagpapahintulot sa isa na makilala ang isang numero o estado ng oksihenasyon.

Halimbawa, ang imahe sa itaas ay nagpapakita ng apat na mga tubo ng pagsubok na may vanadium sa iba't ibang mga estado ng oksihenasyon. Ang isa sa kaliwa, dilaw na kulay, ay tumutugma sa V ⁵⁺ , partikular na isang cO ₂ ⁺ cation . Pagkatapos, sinusundan ito ng cation VO ²⁺ , na may V ⁴⁺ , may kulay na asul; ang cation V ³⁺ , madilim na berde; at V ²⁺ , lila o maulit.

Kung ang isang solusyon ay binubuo ng isang halo ng V ⁴⁺ at V ⁵⁺ compound , ang isang maliwanag na berdeng kulay ay nakuha (produkto ng dilaw na may asul).

Reactivity

Ang V ₂ O ₅ layer sa vanadium ay pinoprotektahan ito mula sa pagtugon sa mga malakas na acid, tulad ng asupre o hydrochloric, malakas na mga base, at bilang karagdagan sa kaagnasan na sanhi ng karagdagang oksihenasyon.

Kapag pinainit sa itaas ng 660 ° C, ang vanadium ay nag-oxidize ng ganap, na mukhang isang dilaw na solid na may iridescent sheen (depende sa mga anggulo ng ibabaw nito). Ang dilaw-orange na oxide na ito ay maaaring matunaw kung idinagdag ang nitric acid, na ibabalik ang vanadium sa kulay pilak nito.

Mga Isotopes

Halos lahat ng mga atom ng vanadium sa Uniberso (99.75% ng mga ito) ay tungkol sa ⁵¹ V isotope , habang ang isang napakaliit na bahagi (0.25%) ay tumutugma sa ⁵⁰ isotopang V. Samakatuwid, hindi nakakagulat na ang ang bigat ng atom ng vanadium ay 50.9415 u (mas malapit sa 51 kaysa 50).

Ang iba pang mga isotop ay radioactive at synthetic, na may kalahating buhay (t _1/2 ) mula sa 330 araw ( ⁴⁹ V), 16 araw ( ⁴⁸ V), ilang oras, o 10 segundo.

Istraktura at pagsasaayos ng elektronik

Ang mga atomo ng vanadium, V, ay nakaayos sa isang istraktura ng kristal na nakasentro sa kubiko (bcc) na kristal, ang produkto ng kanilang metal na bono. Sa mga istruktura, ito ang hindi bababa sa siksik, kasama ang limang mga electron ng valence na lumalahok sa "dagat ng mga electron", ayon sa elektronikong pagsasaayos:

3d ³ 4s ²

Kaya, ang tatlong elektron ng 3d orbital, at ang dalawa sa orbital ng 4s, nagkakaisa upang mag-transit ng isang banda na nabuo sa pamamagitan ng pag-overlay ng mga orbital ng valence ng lahat ng mga V atoms ng kristal; malinaw, paliwanag batay sa teorya ng banda.

Sapagkat ang mga V atoms ay medyo maliit kaysa sa mga metal sa kanilang kaliwa (scandium at titanium) sa pana-panahong talahanayan, at binigyan ang kanilang mga elektronikong katangian, ang kanilang metal na bono ay mas malakas; isang katotohanan na makikita sa pinakamataas na punto ng pagtunaw at, samakatuwid, kasama ang mas maraming cohesive atoms.

Ayon sa mga pag-aaral sa computational, ang istraktura ng bcc ng vanadium ay matatag kahit sa ilalim ng napakalaking panggigipit ng 60 GPa. Kapag lumampas ang presyur na ito, ang kristal nito ay sumasailalim sa isang paglipat sa yugto ng rhombohedral, na nananatiling matatag hanggang sa 434 GPa; kapag muling lumitaw ang istruktura ng bcc.

Mga numero ng oksihenasyon

Ang pagsasaayos ng elektron ng vanadium lamang ay nagpapahiwatig na ang atom nito ay may kakayahang mawala hanggang sa limang mga electron. Kapag ginawa nito, ang marangal na argona ng gas ay nagiging isoelectronic, at ang pagkakaroon ng V ⁵⁺ cation ay ipinapalagay .

Gayundin, ang pagkawala ng mga electron ay maaaring unti-unti (depende sa kung aling mga species na ito ay naka-link sa), pagkakaroon ng mga positibong numero ng oksihenasyon na nag-iiba mula sa +1 hanggang +5; samakatuwid, sa mga compound nito ang pagkakaroon ng kani-kanilang mga cations V ⁺ , V ²⁺ at iba pa ay ipinapalagay .

Ang Vanadium ay maaari ring makakuha ng mga electron, na nagbabago sa isang metal na anion. Ang mga negatibong numero ng oksihenasyon nito ay: -1 (V ^- ) at -3 (V ^3- ). Ang pagsasaayos ng elektron ng V ^3- ay:

3d ⁶ 4s ²

Kahit na kulang ito ng apat na mga electron upang makumpleto ang pagpuno ng 3d orbitals, ang V ^3- ay mas masigla na matatag kaysa sa V ^7- , na sa teorya ay kakailanganin ng sobrang mga electropositive species (upang mabigyan ito ng mga electron).

Aplikasyon

-Metal

Mga haluang metal na titan ng bakal

Nagbibigay ang Vanadium ng mekanikal, thermal at vibrational resistensya, pati na rin ang tigas sa mga haluang metal kung saan idinagdag ito. Halimbawa, bilang ferrovanadium (iron at vanadium alloy), o vanadium karbida, idinagdag ito kasama ang iba pang mga metal sa asero, o sa mga titanium alloy.

Sa ganitong paraan, ang mga napakahirap at magaan na materyales ay nilikha, kapaki-pakinabang upang magamit bilang mga tool (drills at wrenches), gears, sasakyan o sasakyang panghimpapawid, turbin, bisikleta, jet engine, kutsilyo, dental implants, atbp.

Gayundin, ang mga haluang metal na may gallium (V ₃ Ga) ay superconducting at ginagamit para sa paggawa ng mga magnet. At din, dahil sa kanilang mababang reaktibo, ang mga haluang metal na vanadium ay ginagamit para sa mga tubo kung saan tumatakbo ang mga kinakaing unti-unting kemikal na reagents.

Mga baterya ng vanadium redox

Ang Vanadium ay bahagi ng mga baterya ng redox, VRB (para sa acronym nito sa Ingles: Mga Van baterya ng Redox). Maaari itong magamit upang maitaguyod ang henerasyon ng kuryente mula sa solar at enerhiya ng hangin, pati na rin ang mga baterya sa mga de-koryenteng sasakyan.

-Composites

Pigment

Ang V ₂ O ₅ ay ginagamit upang bigyan ng baso ang baso at keramika. Sa kabilang banda, ang pagkakaroon nito sa ilang mga mineral ay ginagawang berde, tulad ng nangyayari sa mga esmeralda (at salamat sa iba pang mga metal din).

Katalista

Ang V ₂ O ₅ ay isa ring katalista na ginagamit para sa synthesis ng sulfuric acid at maleic anhydride acid. Hinahalo sa iba pang mga metal oxides, catalyzes iba pang mga organikong reaksyon, tulad ng oksihenasyon ng propane at propylene sa acrolein at acrylic acid, ayon sa pagkakabanggit.

Gamot

Ang mga gamot na binubuo ng mga kumplikadong vanadium ay itinuturing na posible at mga potensyal na kandidato para sa paggamot ng diabetes at cancer.

Papel na biolohikal

Tila ironic ang vanadium, pagiging makulay at nakakalason na mga compound nito, ang mga ion nito (VO ⁺ , VO ₂ ⁺ at VO ₄ ^3- , karamihan) sa mga bakas ay kapaki-pakinabang at mahalaga para sa mga nabubuhay na nilalang; lalo na sa mga nakatira sa dagat.

Ang mga kadahilanan ay nakasentro sa mga estado ng oksihenasyon nito, na kung gaano karaming mga ligand sa biological na kapaligiran na iniayos nito (o nakikipag-ugnay), sa pagkakatulad sa pagitan ng vanadate at phosphate anion (VO ₄ ^3- at PO ₄ ^3- ), at sa iba pang mga kadahilanan na pinag-aralan. sa pamamagitan ng mga kemikal na bioinorganic.

Ang mga atomo ng vanadium ay maaaring makipag-ugnay sa mga atomo na kabilang sa mga enzyme o protina, alinman sa apat (koordinasyon tetrahedron), lima (square pyramid o iba pang mga geometries) o anim. Kung kapag nangyari ito ay isang kanais-nais na reaksyon para sa katawan ay na-trigger, sinasabing ang vanadium ay nagsasagawa ng aktibidad na parmasyolohiko.

Halimbawa, mayroong mga haloperoxidases: mga enzyme na maaaring gumamit ng vanadium bilang isang cofactor. Mayroon ding mga vanabins (sa mga cell ng vanadocyte ng tunicates), phosphorylases, nitrogenases, transferins at serum albumins (ng mga mammal), na may kakayahang makipag-ugnay sa metal na ito.

Ang isang organikong molekula o kumplikadong koordinasyon ng vanadium na tinatawag na amavadin, ay naroroon sa mga katawan ng ilang fungi, tulad ng Amanita muscaria (mas mababang imahe).

Amanita muscaria kabute. Pinagmulan: Pixabay.

At sa wakas, sa ilang mga kumplikado, ang vanadium ay maaaring nakapaloob sa isang pangkat ng heme, tulad ng kaso sa iron sa hemoglobin.

Mga Sanggunian

1. Shiver & Atkins. (2008). Diorganikong kimika. (Ikaapat na edisyon). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Vanadium. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
3. Ashok K. Verma & P. ​​Modak. (sf). Ang kawalang-tatag ng phonon at mga transaksyon ng phase phase sa Vanadium sa ilalim ng Mataas na presyon. Mataas na Pressure Division ng Pisikal, Bhabha Atomic Research Center, Trombay, Mumbai-400085, India.
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Hulyo 03, 2019). Mga Faksyon sa Vanadium (V o Numero ng Atomic 23). Nabawi mula sa: thoughtco.com
5. Richard Mills. (Oktubre 24, 2017). Vanadium: Ang metal na hindi natin magagawa nang walang at hindi makagawa. Glacier Media Group. Nabawi mula sa: mining.com
6. National Center para sa Impormasyon sa Biotechnology. (2019). Vanadium. PubChem Database. CID = 23990. Nabawi mula sa: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Clark Jim. (2015). Vanadium. Nabawi mula sa: chemguide.co.uk
8. Pierce Sarah. (2019). Ano ang Vanadium? Gumagamit, Katotohanan at Isotopes. Pag-aaral. Nabawi mula sa: study.com
9. Mga crans & col. (2004). Ang Chemistry at Biochemistry ng Vanadium at ang Mga Pangkatang Gawain sa biyolohikal na Sinagawa ng Mga Compra ng Vanadium. Kagawaran ng Chemistry, Colorado State University, Fort Collins, Colorado 80523-1872.