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

Ծանոթագրություններ

1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report)(անգլ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — ISSN 0033-4545. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
2. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 349. — 623 с. — 100 000 экз.
3. «Электронная библиотека НЕФТЬ-ГАЗ». Արխիվացված է օրիգինալից 2015 թ․ ապրիլի 5-ին. Վերցված է 2015 թ․ մարտի 16-ին.

Գրականություն

• Slebodnick, Carla; և այլք: (1999). «Modeling the Biological Chemistry of Vanadium: Structural and Reactivity Studies Elucidating Biological Function». In Hill, Hugh A.O.; և այլք: (eds.). Metal sites in proteins and models: phosphatases, Lewis acids, and vanadium. Springer. ISBN 978-3-540-65553-4. {{cite book}}: Explicit use of et al. in: |author= (օգնություն); Explicit use of et al. in: |editor= (օգնություն)
• Günter Bauer et. al.: Vanadium and Vanadium Compounds. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2000, doi:10.1002/14356007.a27_367.
• Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9.

Արտաքին հղումներ

• Վանադիոմը Webelements-ում
• Վանադիումը քիմիկան տարրերի հայտնի գրադարանում
• Vanadium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• National Instrument Vanadium Technical Report(չաշխատող հղում) Vanadium recovery methods
• ATSDR – ToxFAQs: Vanadium

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից։