20. sajandi keskpaigaks ilmus keemiateadusesse termin – strateegilise tähtsusega metallid. See tähendas elementide rühma, mille füüsikalis-keemilised omadused võimaldasid neid kasutada sõjalis-tööstusliku kompleksi tootmisel. Me räägime metallidest nagu kroom, tantaal, nioobium, molübdeen ja volfram. Vanaadium, mille omadusi selles artiklis käsitleme, on õigustatult ka kaasaegses masinaehituses, mustmetallurgias, tööriistade ja kemikaalide tootmises kasutatavate metallide seas üks keskseid kohti. Metall moodustab hapnikuga neli oksiidi, mille valents on 2, 3, 4 ja 5. 5 mida me uurime üksikasjalikum alt.
Tutvuge vanaadiumiga
Keemiateaduses on juba ammu väljakujunenudreegel, mis sätestab, et keemilise elemendi iseloomustus peab algama selle asukohast D. I perioodilises süsteemis. Mendelejev. Vanaadiumi kui lihtaine keemiline valem on V, seerianumber 23, aatommass 50, 9414. Asub neljandas perioodis, viiendas rühmas ning on koos nioobiumi ja tantaaliga tüüpiline esindaja tulekindlad metallid. Puhta aine proovid on plastist ja hõbehalli värvi. Vanaadiumiaatom on d-element, sellel on viimasel energiatasemel kaks s-elektroni, kuid valentsiks on ka need negatiivsed osakesed, mis asuvad sama neljanda taseme d-alamtasandil.
Kus metalli leidub ja millised on selle füüsikalised omadused
Elementi ennast puhtal kujul loodusest leida ei saa. Kuid see on kohustusliku komponendina polümetalli- ja rauamaagides. Varem rääkisime lihtsa aine plastilisusest ja vormitavusest, nüüd lisame, et vanaadiumi olulised füüsikalised omadused on kõrged keemis- ja sulamistemperatuurid, vastav alt 3400 °C ja 1920 °C. Nagu titaan, halvendab see drastiliselt oma füüsikalisi ja keemilisi parameetreid, kui see on saastunud lisanditega, nagu lämmastik, vesinik või hapnik. Eelkõige väheneb selle elastsus ja mehaaniline tugevus ning vanaadium muutub rabedaks.
Keemilised eriomadused
Metall on võimeline passiveerima, st. on ainulaadne võime taluda agressiivset keemilist keskkonda: hapete, leeliste ja soolade lahuseid, moodustades selle pinnale kaitsekile -vanaadiumoksiid. Elemendi kristallvõre on kuupstruktuuriga. Samuti tuleb märkida, et elementi sisaldavate teraste korrosioonikindlus on väga kõrge, mis võimaldab neid kasutada kandvate kinnitusdetailidena sillatugede ja avamere naftapuurplatvormide jaoks. Kaasaegset tööriistatootmist on võimatu ette kujutada ilma vanaadiumi sisaldavate terasteta. Koos nioobiumi, kroomi ja titaaniga kasutatakse elementi raketiteaduses ja kosmosetööstuses kasutatavate spetsiaalsete sulamite legeerimiseks. Kontsentreeritud nitraat- ja sulfaathapped, vesinikfluoriidi lahus vees ning kloriid- ja nitraathapete segu, mida nimetatakse aqua regiaks, interakteeruvad aga kergesti metalliga. Element vanaadium kui lihtaine võib reageerida kloori, broomi, väävliga ning tekivad vastavad soolad. Hapnikuga annab see mitmeid oksiide, mis erinevad oluliselt oma keemiliste omaduste poolest. Kaaluge neid lähem alt.
Põhilised ja amfoteersed oksiidid
Metal moodustab kaks oksiidi, VO ja V2O3, millel on tüüpilised põhiomadused. Laboris kaevandatakse monooksiidi redutseerimisreaktsiooniga V2O5 peen vanaadiumipulber. Aluselised oksiidid reageerivad happelahustega, moodustades vastavad soolad. Ja hüdroksiide saab neist juba leelistega vahetusreaktsiooni läbiviimisel. Vanaadium(III)oksiidi leidub mineraalse karelianiidi komponendina ja seda saadakse laboris V2O5 väävliga kuumutamisel, kivisüsi või vesinik. Mõlemal aluselisel oksiidil on tugev alt väljendunud redutseerivad omadused. Oksiid VO2 on tüüpiline amfoteerne ühend, mis reageerib nii hapete kui ka leelistega. Lahuses, mille pH on alla 7, leitakse positiivselt laetud vanadüülioonid VO2+, mis annavad lahusele helesinise värvuse ja aluselises keskkonnas tekivad polüvanaadhappe soolad. Vanaadium(IV)oksiid tõmbab vett ligi, s.t. on hügroskoopne aine, käitub reaktsioonides nagu redutseerija.
Vanadiumhemipentooksiid
Ühend, mille valem on V2O5, on kõige olulisem metallioksiid. See on vees lahustuv oranž kristalne aine, mis reageerib leelistega, moodustades vanadaate – metavanaadhappe soolasid HVO3. Seda kasutatakse laialdaselt katalüsaatorina vääveldioksiidi oksüdeerimisel väävelanhüdriidiks sulfaathappe tööstuslikul tootmisel. Vanaadiumpentoksiidil on rombikujuline kristallvõre ja amfoteersuse tunnused, milles domineerivad happelise oksiidi omadused. Reaktsioonides käitub see tugeva oksüdeeriva ainena. Ühendit kasutatakse klaasitehnoloogias, meditsiinis ja orgaanilises sünteesis.
Meetodid vanaadiumi ekstraheerimiseks selle ühenditest
Me mainisime varem, et metall on rauamaagi komponent. Kõrgahjude tootmisel läheb element koos süsiniku ja fosfori lisanditega malmi. Terase sulatamisel sadestub vanaadiumoksiid 5 räbu koostisesse, kus selle sisaldus võib ulatuda 16% -ni. Sellele lisaminelauasool ja segu ahjudes röstides saadakse toode, mis lahustatakse edasi vees. Saadud vesikontsentraati töödeldakse sulfaathappega ja V2O5 eraldatakse sellest. Puhta vanaadiumi oksiidist eraldamiseks võite kasutada k altsiumtermilist meetodit - metallide redutseerimist metallilise k altsiumi abil. Vanaadiumpentoksiidiga reaktsiooni tehnoloogiliste kulude vähendamiseks kasutatakse k altsiumi asemel sageli alumiiniumi. Metalli võib saada ka kolmevalentse vanaadiumoksiidi redutseerimisel kivisöega.
Bioloogiline roll
Vanadium esineb elusorganismides mikroelemendina, mis on osa mere okasnahksete rakkudevahelisest vedelikust. Holotuuridel ja merisiilikel on see seotud valkudega, mis täidavad hapniku rakkudesse transportimise ja süsinikdioksiidi eemaldamise funktsiooni. Elemendi sisaldus on ebaoluline soojavereliste loomade ja inimeste organismides, kus see on pankrease ensüümide koostises, neuroglias ja nefronites. Taimedes osaleb mikroelement ensüümina fotosünteesi pimedas faasis ja mõjutab kloroplastides paikneva klorofülli pigmendi taset. Seda leidub ka mügarbakterites, mis on lämmastiku fikseerijad, kõrgemate seente kudedes. Tšernozemi osana koos boori, vase, tsingi ja mangaani ühenditega mõjutab vanaadiumoksiid mulla viljakust.
Oma artiklis uurisime vanaadiumi ja selle oksiidide põhiomadusi ning käsitlesime ka selle ühendite kasutamisttööstus.
