A metà del 20° secolo, nella scienza chimica apparve un termine: metalli di importanza strategica. Significava un gruppo di elementi le cui proprietà fisico-chimiche consentivano di utilizzarli nella produzione del complesso militare-industriale. Parliamo di metalli come cromo, tantalio, niobio, molibdeno e tungsteno. Il vanadio, le cui proprietà considereremo in questo articolo, occupa giustamente anche uno dei posti centrali tra i metalli utilizzati nella moderna ingegneria meccanica, nella metallurgia ferrosa, nella produzione di utensili e chimica. Il metallo forma quattro ossidi con l'ossigeno, che mostrano una valenza di 2, 3, 4 e 5. 5 che studieremo più in dettaglio.
Incontra il vanadio
Nella scienza chimica c'è una lunga tradizionela norma che stabilisce che la caratterizzazione di un elemento chimico deve iniziare con la sua posizione nel sistema periodico di D. I. Mendeleev. La formula chimica del vanadio come sostanza semplice è V, il numero di serie è 23, la massa atomica è 50, 9414. Si trova nel quarto periodo, il quinto gruppo e, insieme a niobio e tantalio, è un tipico rappresentante di metalli refrattari. I campioni di una sostanza pura sono di plastica e hanno un colore grigio-argento. L'atomo di vanadio è un elemento d, ha due elettroni s all'ultimo livello di energia, tuttavia anche quelle particelle negative che si trovano al sottolivello d dello stesso quarto livello saranno di valenza.
Dove si trova il metallo e quali sono le sue proprietà fisiche
L'elemento stesso non può essere trovato nella sua forma pura in natura. Ma è presente come componente obbligatoria nei minerali polimetallici e ferrosi. In precedenza abbiamo parlato della plasticità e della malleabilità di una sostanza semplice, ora aggiungeremo che le proprietà fisiche importanti del vanadio sono l' alto punto di ebollizione e il punto di fusione, rispettivamente pari a 3400°C e 1920°C. Come il titanio, deteriora drasticamente i suoi parametri fisici e chimici se contaminato da impurità come azoto, idrogeno o ossigeno. In particolare, la sua duttilità e resistenza meccanica si riducono e il vanadio diventa fragile.
Proprietà chimiche speciali
Il metallo è passivante, ad es. ha una capacità unica di resistere all'azione di ambienti chimici aggressivi: soluzioni di acidi, alcali e sali, formando un film protettivo sulla sua superficie -ossido di vanadio. Il reticolo cristallino dell'elemento ha una struttura cubica. Va inoltre notato che la resistenza alla corrosione degli acciai contenenti l'elemento è molto elevata, il che consente loro di essere utilizzati come elementi di fissaggio portanti per supporti di ponti e piattaforme di perforazione petrolifera offshore. È impossibile immaginare la moderna produzione di utensili senza acciai contenenti vanadio. Insieme a niobio, cromo e titanio, l'elemento viene utilizzato per legare leghe speciali utilizzate nella scienza missilistica e nell'industria spaziale. Tuttavia, gli acidi nitrati e solfati concentrati, una soluzione di acido fluoridrico in acqua e una miscela di acidi cloruro e nitrato, chiamata acqua regia, interagiscono facilmente con il metallo. L'elemento vanadio come sostanza semplice può reagire con cloro, bromo, zolfo e si formano i sali corrispondenti. Con l'ossigeno, fornisce diversi ossidi che differiscono notevolmente nelle loro proprietà chimiche. Considerali ulteriormente.
Ossidi basici e anfoteri
Il metallo forma due ossidi, VO e V2O3, che presentano tipiche proprietà di base. In laboratorio, il monossido viene estratto dalla reazione di riduzione V2O5 polvere di vanadio fine. Gli ossidi basici reagiscono con soluzioni acide per formare i sali corrispondenti. E già da loro si possono ottenere idrossidi effettuando una reazione di scambio con alcali. L'ossido di vanadio (III) si trova come componente della karelianite minerale e si ottiene in laboratorio riscaldando V2O5 con zolfo, carbone o idrogeno. Entrambi gli ossidi basici hanno proprietà riducenti fortemente pronunciate. L'ossido VO2 è un tipico composto anfotero che reagisce sia con gli acidi che con gli alcali. In una soluzione il cui pH è inferiore a 7, si trovano ioni vanadilici caricati positivamente VO2+, che danno alla soluzione un colore azzurro, e si formano sali di acido polivanadico in un mezzo alcalino. L'ossido di vanadio (IV) attrae l'acqua, cioè è una sostanza igroscopica, nelle reazioni si comporta come un agente riducente.
Emipentossido di vanadio
Composto la cui formula è V2O5, è l'ossido di metallo più importante. È una sostanza cristallina arancione solubile in acqua che reagisce con gli alcali per formare vanadati - sali dell'acido metavanadico HVO3. È ampiamente usato come catalizzatore nell'ossidazione dell'anidride solforosa in anidride solforica nella produzione industriale di acido solfato. Il pentossido di vanadio ha un reticolo cristallino rombico e segni di anfotericità con predominanza di proprietà di ossido acido. Nelle reazioni si comporta come un forte agente ossidante. Il composto è utilizzato nella tecnologia del vetro, nella medicina e nella sintesi organica.
Metodi per estrarre il vanadio dai suoi composti
Abbiamo accennato in precedenza che il metallo è un componente del minerale di ferro. Nella produzione di altoforno, l'elemento, insieme alle impurità di carbonio e fosforo, passa nella ghisa. Quando l'acciaio viene fuso, l'ossido di vanadio 5 precipita nella composizione delle scorie, dove il suo contenuto può raggiungere il 16%. Aggiungendo ad essosale da cucina e tostando l'impasto nei forni si ottiene un prodotto che viene ulteriormente sciolto in acqua. Il concentrato acquoso risultante viene trattato con acido solfato e da esso viene isolato V2O5. Per isolare il vanadio puro dall'ossido, puoi usare il metodo del calciotermia, la riduzione dei metalli usando il calcio metallico. Per ridurre i costi tecnologici nella reazione con il pentossido di vanadio, al posto del calcio viene spesso utilizzato l'alluminio. Il metallo può anche essere ottenuto riducendo l'ossido di vanadio trivalente con carbone.
Ruolo biologico
Il vanadio è presente negli organismi viventi come oligoelemento, che fa parte del fluido intercellulare degli echinodermi marini. Negli holoturiani e nei ricci di mare è associato a proteine che svolgono la funzione di trasportare ossigeno alle cellule e rimuovere l'anidride carbonica. Il contenuto dell'elemento è insignificante negli organismi degli animali a sangue caldo e nell'uomo, dove è nella composizione degli enzimi pancreatici, nella neuroglia e nei nefroni. Nelle piante, l'oligoelemento è coinvolto come enzima nella fase oscura della fotosintesi e influenza il livello del pigmento clorofillico situato nei cloroplasti. Si trova anche nei batteri noduli, che sono fissatori di azoto, nei tessuti dei funghi superiori. Come parte del chernozem, insieme ai composti di boro, rame, zinco e manganese, l'ossido di vanadio influisce sulla fertilità del suolo.
Nel nostro articolo, abbiamo studiato le proprietà di base del vanadio e dei suoi ossidi e abbiamo anche considerato l'uso dei suoi composti insettore.
