Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


Ванадий

Ванадий (Vanadium), V, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 23, атомная масса 50,942; металл серо-стального цвета. Природный ванадий состоит из двух изотопов: 51V (99,75%) и 50V (0,25%); последний слабо радиоактивен (период полураспада Т1/2 = 1014 лет). Ванадий был открыт в 1801 мексиканским минералогом А. М. дель Рио в мексиканской бурой свинцовой руде и назван по красивому красному цвету нагретых солей эритронием (от греч. erythrós — красный). В 1830 шведский химик Н. Г. Сефстрём обнаружил новый элемент в железной руде из Таберга (Швеция) и назвал его ванадием в честь древнескандинавской богини красоты Ванадис. Английский химик Г. Роско в 1869 получил порошкообразный металлический ванадий восстановлением VCl2 водородом. В промышленном масштабе ванадий добывается с начала 20 в.

  Содержание ванадия в земной коре составляет 1,5-10-2% по массе, это довольно распространённый, но рассеянный в породах и минералах элемент. Из большого числа минералов ванадия промышленное значение имеют патронит, роскоэлит, деклуазит, карнотит, ванадинит и некоторые др. (см. Ванадиевые руды). Важным источником ванадия служат титаномагнетитовые и осадочные (фосфористые) железные руды, а также окисленные медно-свинцово-цинковые руды. Ванадий извлекают как побочный продукт при переработке уранового сырья, фосфоритов, бокситов и различных органических отложений (асфальтиты, горючие сланцы). См. также Ванадаты природные.

  Физические и химические свойства. Ванадий имеет объёмноцентрированную кубическую решётку с периодом a = 3,0282 . В чистом состоянии ванадий ковок, легко поддаётся обработке давлением. Плотность 6,11 г/см3, tпл 1900 ± 25°С, tкип 3400°С; удельная теплоёмкость (при 20—100°С) 0,120 кал/гград; термический коэффициент линейного расширения (при 20—1000°С) 10,6·10-6 град-1, удельное электрическое сопротивление при 20 °С 24,8·10-8 ом·м (24,8·10-6 ом·см), ниже 4,5 К ванадий переходит в состояние сверхпроводимости. Механические свойства ванадия высокой чистоты после отжига: модуль упругости 135,25 н/м2(13520 кгс/мм2), предел прочности 120 нм/м2 (12 кгс/мм2), относительное удлинение 17%, твердость по Бринеллю 700 мн/м2 (70 кгс/мм2). Примеси газов резко снижают пластичность ванадия, повышают его твёрдость и хрупкость.

  При обычной температуре ванадий не подвержен действию воздуха, морской воды и растворов щелочей; устойчив к неокисляющим кислотам, за исключением плавиковой. По коррозионной стойкости в соляной и серной кислотах ванадий значительно превосходит титан и нержавеющую сталь. При нагревании на воздухе выше 300°С ванадий поглощает кислород и становится хрупким. При 600—700°С ванадий интенсивно окисляется с образованием пятиокиси V2O5, а также и низших окислов. При нагревании ванадия выше 700°С в токе азота образуется нитрид VN (tпл 2050°С), устойчивый в воде и кислотах. С углеродом ванадий взаимодействует при высокой температуре, давая тугоплавкий карбид VC (tпл 2800°С), обладающий высокой твёрдостью.

  Ванадий даёт соединения, отвечающие валентностям 2, 3, 4 и 5; соответственно этому известны окислы: VO и V2O3 (имеющие основной характер), VO2 (амфотерный) и V2O5 (кислотный). Соединения 2- и 3-валентного ванадия неустойчивы и являются сильными восстановителями. Практическое значение имеют соединения высших валентностей. Склонность ванадия к образованию соединений различной валентности используется в аналитической химии, а также обусловливает каталитические свойства V2O5. Пятиокись ванадия растворяется в щелочах с образованием ванадатов.

  Получение и применение. Для извлечения ванадия применяют: непосредственное выщелачивание руды или рудного концентрата растворами кислот и щелочей; обжиг исходного сырья (часто с добавками NaCl) с последующим выщелачиванием продукта обжига водой или разбавленными кислотами. Из растворов методом гидролиза (при рН = 1—3) выделяют гидратированную пятиокись ванадия. При плавке ванадийсодержащих железных руд в домне ванадий переходит в чугун, при переработке которого в сталь получают шлаки, содержащие 10—16% V2O5. Ванадиевые шлаки подвергают обжигу с поваренной солью. Обожжённый материал выщелачивают водой, а затем разбавленной серной кислотой. Из растворов выделяют V2O5. Последняя служит для выплавки феррованадия (сплавы железа с 35—70% ванадия) и получения металлического ванадия и его соединений. Ковкий металлический ванадий получают кальциетермическим восстановлением чистой V2O5 или V2O3; восстановлением V2O5 алюминием; вакуумным углетермическим восстановлением V2O3; магниетермическим восстановлением VC13; термической диссоциацией йодида ванадия. Плавят ванадий в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом и в электроннолучевых печах.

  Чёрная металлургия — основной потребитель ванадия (до 95% всего производимого металла). Ванадий входит в состав быстрорежущей стали, её заменителей, малолегированных инструментальных и некоторых конструкционных сталей. При введении 0,15—0,25% ванадия резко повышаются прочность, вязкость, сопротивление усталости и износоустойчивость стали. Ванадий, введённый в сталь, является одновременно раскисляющим и карбидообразующим элементом. Карбиды ванадия, распределяясь в виде дисперсных включений, препятствуют росту зерна при нагреве стали. Ванадий в сталь вводят в форме лигатурного сплава — феррованадия. Применяют ванадий и для легирования чугуна. Новым потребителем ванадия выступает быстро развивающаяся промышленность титановых сплавов; некоторые титановые сплавы содержат до 13% ванадия. В авиационной, ракетной и др. областях техники нашли применение сплавы на основе ниобия, хрома и тантала, содержащие присадки ванадия. Разрабатываются различные по составу жаропрочные и коррозионностойкие сплавы на основе ванадия с добавлением Ti, Nb, W, Zr и Al, применение которых ожидается в авиационной, ракетной и атомной технике. Интересны сверхпроводящие сплавы и соединения ванадия с Ga, Si и Ti.

  Чистый металлический ванадий используют в атомной энергетике (оболочки для тепловыделяющих элементов, трубы) и в производстве электронных приборов.

  Соединения ванадия применяют в химической промышленности как катализаторы, в сельском хозяйстве и медицине, в текстильной, лакокрасочной, резиновой, керамической, стекольной, фото и кинопромышленности.

  Соединения ванадия ядовиты. Отравление возможно при вдыхании пыли, содержащей соединения ванадия. Они вызывают раздражение дыхательных путей, лёгочные кровотечения, головокружения, нарушения деятельности сердца, почек и т.п.

  Ванадий в организме. Ванадий — постоянная составная часть растительных и животных организмов. Источником ванадия служат изверженные породы и сланцы (содержат около 0,013% ванадия), а также песчаники и известняки (около 0,002% ванадия). В почвах ванадия около 0,01% (в основном в гумусе); в пресных и морских водах 1·107—2·107%. В наземных и водных растениях содержание ванадия значительно выше (0,16—0,2%), чем в наземных и морских животных (1,5·10-5—2·10-4%). Концентраторами ванадия являются: мшанка Plumatella, моллюск Pleurobranchus plumula, голотурия Stichopus mobii, некоторые асцидии, из плесеней — чёрный аспергилл, из грибов — поганка (Amanita muscaria). Биологическая роль ванадия изучена на асцидиях, в кровяных клетках которых ванадий находится в 3- и 4-валентном состоянии, то есть существует динамическое равновесие

 

  Физиологическая роль ванадия у асцидии связана не с дыхательным переносом кислорода и углекислого газа, а с окислительно-восстановительными процессами — переносом электронов при помощи так называемой ванадиевой системы, вероятно имеющей физиологическое значение и у др. организмов.

 

  Лит.: Меерсон Г. А., Зеликман А. Н., Металлургия редких металлов, М., 1955; Поляков А. Ю., Основы металлургии ванадия, М., 1959; Ростокер У., Металлургия ванадия, пер. с англ., М., 1959; Киффер P., Браун Х., Ванадий, ниобий, тантал, пер. с нем., М., 1968; Справочник по редким металлам, [пер. с англ.], М., 1965, с. 98—121; Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, М., 1967, с. 47—55, 130—32; Ковальский В. В., Резаева Л. Т., Биологическая роль ванадия у асцидии, «Успехи современной биологии», 1965, т. 60, в. 1(4); Воwen Н. J. М., Trace elements in biochemistry, L. — N. Y., 1966.

  И. Романьков. В. В. Ковальский.



     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн