Վանադիում

Վանադիում (լատին․՝ Vanadium), քիմիական նշանը՝ V, պարբերական համակարգի 4-րդ պարբերության, 5-րդ խմբի տարր, կարգահամարը՝ 23, ատոմական զանգվածը՝ 50,9414։ Անցումային տարր է։ Ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է 3s²Зр⁶3d³4s²։ К և Լ թաղանթները լրացված են։

23 Տիտան ← Վանադիում → Քրոմ Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգ 23V
Պարզ նյութի արտաքին տեսք
արծաթա-սպիտակ գույնի պլաստիկ մետաղ,
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Վանադիում /Vanadium (V), V, 23
Ատոմային զանգված (մոլային զանգված)	50,9415(1)[1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	[Ar] 3d3 4s2
Ատոմի շառավիղ	134 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ	122 պմ
Իոնի շառավիղ	(+5e)59 (+3e)74 պմ
Էլեկտրաբացասականություն	1,63 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ	0
Օքսիդացման աստիճաններ	5, 4, 3, 2, 0
Իոնացման էներգիա (առաջին էլեկտրոն)	650,1 (6,74) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան	2160 К (1887 °C)
Եռման ջերմաստիճան	3650 К (3377 °C)
Մոլյար ջերմունակություն	24,95[2] Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ	8,35 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք	խորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ	3,024
Դեբայի ջերմաստիճան	390 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն	(300 Կ) 30,7 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար	CAS գրանցման համար?

23	Վանադիում
V 50,942
3d34s2

Բնական վանադիումը բաղկացած է ⁵¹V (99,75%) կայուն և ⁵⁰V (0,25 %, T_1/2=1014 տարի) թույլ ռադիոակտիվ իզոտոպներից։ Ստացվել են 46-54 զանգվածի թվերով ռադիոակտիվ իզոոպները, որոնցից կարևոր են ⁴⁸V (T_½= = 16 օր, ⁴⁹V (330 օր և ⁵²V (3,6 ր)։

Պատմություն և անվանում

Վանադիումն հայտնաբերելն միացությունները տեղական կապարային գորշ հանքանյութից անջատել է մեքսիկացի հանքաբան Ա․ Դել Ռիոն (1801) և ըստ տաքացրած աղերի գույնի անվանել էրիթրոնիում (հունարեն՝ ερνδρός - կարմիր)։ Ավելի ուշ, վանադիումը նույնացնելով քրոմի հետ, Դել Ռիոն հրաժարվեց իր հայտնագործությունից։

Վանադիումը նորից հայտնաբերեց շվեդ քիմիկոս Ն․ Սեֆստրեմը (1830)՝ անջատելով այն Տաբերգայից (Շվեյցարիա) բերված երկաթահանքից և միացությունների գույների պատճառով անվանեց վանադիում, ի պատիվ սկանդինավյան գեղեցկության աստվածուհի Վանադիսի։ 1831 թվականին Ֆ․ Վյոլերն ապացուցեց էրիթրոնիումի և Վանադիումի նույնությունը։

Մետաղական վանադիում անջատել է անգլիացի քիմիկոս Հ․ Ռոսկոն՝ ջրածնով վերականգնելով վանադիումի (II) քլորիդը (1869)։ Վանադիումի արտադրությունը կազմակերպվել է 20-րդ դարի սկզբին (կապված ավտոմոբիլաշինության հետ)։

Բնության մեջ

Վանադիում

Վանադիումը բնության մեջ տարածված տարր է, կազմում է երկրակեղևի զանգվածի 1,5•10⁻²%-ը։ Ցրված է բազմաթիվ ապարներում և միներալներում, մեծ կուտակումներ չի առաջացնում։ Հայտնի են վանադիում պարունակող 65 միներալներ, որոնցից արդյունաբերական նշանակություն ունեն պատրոնիտը, ռոսկոելիտը, դեկլուազիտը՝ կարնոտիտը, վանադինիտը և այլն։

Վանադիումը կենդանի օրգանիզմների մշտական բաղադրիչն է (բույսերը պարունակում են 0,16-0,2 %, կենդանիների օրգանիզմները՝ 1․5• 10⁻⁵-2•10⁻⁴ % վանադիում)։ Վանադիումի աղբյուր են հրաբխային ապարները և թերթաքարերը (պարունակում են մոտ 0,013 % վանադիում), ավազային և կրաքարային ապարները (0,002 %), հողը (0,01 %), ջրերը (մինչև 2•10⁻⁷)։

Վանադիում են կուտակում որոշ մամռակենդանիներ, փափկամորթներ, ասցիդիաներ, բորբոսասնկեր, Amanita muscaria թունավոր սունկը և այլն։ Վանադիումի կենսաբանական դերը ուսումնասիրված է ասցիդիաներում։

Հանքավայրեր

Գտնվում է Պերուի, ԱՄՆ-ի, Ֆինլանդիայի, Ավստրալիայի, Հայաստանի, Ռուսաստանի^[3] հանքանյութերում։

Ստացում

Ասցիդիաներում պարունակվում է բարձր կոնցենտրացիայով վանադիումի

Վանադիումի արտադրության կարևոր հումքերն են տիտանամագնետիտային և նստվածքային երկաթահանքերը և պղինձ-կապար-ցինկային օքսիդացված հանքանյութերը։ Վանադիումը լուծահանում են հանքանյութից կամ խտանյութից թթուների կամ ալկալիների լուծույթով։ Երբեմն հանքանյութը ենթարկում են նախնական օքսիդացնող բովման։

Դոմնային վառարաններում վանադիումը անցնում է չուգունի, իսկ պողպատ ստանալիս՝ խարամի մեջ։ Վանադիումային խարամները բովում են NaCl-ի հետ, ապա լուծա հանում ջրով կամ նոսր ծծմբական թթվով։ Լուծույթներից նստեցնում են V₂Օ₅-ը (հիդրոլիզ)։ Այն օգտագործում են ֆեռավանադիում (35-70 % վանադիում պարունակող երկաթի համաձուլվածք), մետաղական վանադիում և վանադիումի միացություններ ստանալու համար։

Օքսիդը վերականգնում են մետաղական կալցիումով, ալյումինով կամ ածխածնով։ Մաքուր վանադիում ստանում են յոդիդի ջերմային դիսոցմամբ։ Վանադիումը հալում են էլեկտրոնաճառագայթային կամ աղեղային վառարաններում։ Արտադրվող վանադիումի մինչև 95 %-ն օգտագործվում է սև մետալուրգիայում (արագահատ և կառուցվածքային պողպատներ)։

Ֆիզիկական հատկություններ

Վանադիում 99,95 % մաքրությամբ

Ձախից աջ։ [V(H₂O)₆]⁺² (մանուշակագույն), [V(H₂O)₆]⁺³ (կանաչ), [VO(H₂O)₅]⁺² (կապույտ) and [VO(H₂O)₅]⁺³ (դեղին).

Վանադիում սպիտակ, մոխրագույն, պողպատափայլ մետաղ է, խտությունը՝ 6110 կգ/մ³, հալման ջերմաստիճանը՝ 1920 °C, եռմանը՝ մոտ 3400 °C։ Մաքուր վանադիում պլաստիկ է, տեսակարար էլեկտրահաղորդականությունը՝ 4,03•10⁴ օհմ⁻¹ սմ⁻¹։ 4,5 K-ից ցածր ջերմաստիճաններում գերհաղորդիչ է։ d-տարր է։ Բյուրեղացանցի կառուցվածքը խորանարդ է, a=3,024 Å, z=2 տվյալներով։ Միացություններում ունի +2-ից +5 օքսիդացման աստիճաններ, առավել կայուն է քառարժեք և հնգարժեք վանադիումը։

Վանադիումի միացությունները թունավոր են՝ գրգռում են շնչուղիները, առաջացնում են արյունահոսություն թոքերում, գլխապտույտ, խաթարում են սրտի, երիկամների և այլ օրգանների աշխատանքը։

Քիմիական հատկություններ

Սովորական պայմաններում քիմիապես կայուն է օդում, ծովի ջրում, աղերի, ալկալիների և նոսր թթուների (HCl, HNO₃, H₂SO₄) լուծույթներում։ Լուծվում է ֆտորաջրածնական և օքսիդացնող թթուներում։ Օդում տաքացնելիս (300 °C) կլանում է թթվածին և դառնում փխրուն, 600-700 °C-ում արագ օքսիդանում է՝ առաջացնելով V₂O₅ (մասամբ նաև այլ օքսիդներ)։

Վանադիումի օքսիդները

Անվանում	Բանաձև	Խտություն	Հալման ջերմաստիճան	Եռման ջերմաստիճան	Գույն
Վանադիումի օքսիդ(II)	VO	5,76 գ/սմ³	~1830 °C	3100 °C	Սև
Վանադիումի օքսիդ(III)	V2O3	4,87 գ/սմ³	1967 °C	3000 °C	Սև
Վանադիումի օքսիդ(IV)	VO2	4,65 գ/սմ³	1542 °C	2700 °C	Մուգ կապույտ
Վանադիումի օքսիդ(V)	V2O5	3,357 գ/սմ³	670 °C	2030 °C	Կարմրա-դեղին

Տաքացնելիս միանում է նաև հալոգենների և հալկոգենների հետ։ Ազոտի և ածխածնի հետ առաջացնում է դժվարահալ և շատ կարծր միացություններ՝ նիտրիդ (VN) և կարբիդ (VC)։ Վանադիումի օքսիդը՝ V₂O₅, կարմիր, դեղնավուն, թունավոր բյուրեղական նյութ է։ Օքսիդիչ է։ Վատ է լուծվում ջրում (0,07 գ 100 գ ջրում), լավ՝ ալկալիներում։

Վանադիումական թթուների՝ xV₂O₅•yH20 աղերը՝ վանադատները գունավոր նյութեր են։ Վանադիումի (IV) օքսիդը՝ VO₂, ամֆոտեր է, թթուներում առաջացնում է օքսիկատիոն վանադիլ՝ VO²⁺։ Մյուս օքսիդները՝ VO և V₃O₃, հիմնային են և անկայուն։

Կիրառություն

Արտադրվող վանադիումի մինչև 95 %-ն օգտագործվում է սև մետալուրգիայում (արագահատ և կառուցվածքային պողպատներ)։ Վանադիումը պողպատին հաղորդում է կայունություն, մածուցիկություն և մաշակայունություն։

Վանադիումն օգտագործվում է նաև տիտանային համաձուլվածքների, ինքնաթիռաշինության և հրթիռաշինության մեջ։ Մաքուր վանադիումն օգտագործվում է ատոմային էներգետիկայում և էլեկտրոնային սարքաշինության մեջ, վանադիումի միացությունները՝ գյուղատնտեսության, բժշկության, նաև մանածագործական, խեցեգործական, ապակու և կինոֆոտոարդյունաբերության մեջ։

Իզոտոպներ

Բնական վանադիումը բաղկացած է ⁵¹V (99,75%) կայուն և ⁵⁰V (0,25 %, T_1/2=1014 տարի) թույլ ռադիոակտիվ իզոտոպներից։ Ստացվել են 46-54 զանգվածի թվերով ռադիոակտիվ իզոոպները, որոնցից կարևոր են ⁴⁸V (T_½= = 16 օր, ⁴⁹V (330 օր և ⁵²V (3,6 ր)։

Տես նաև

• Պարբերական աղյուսակ