Vanádio

Vanádio (homenagem a deusa Vanadis) é um elemento químico, símbolo V, número atômico 23 (23 prótons e 23 elétrons) de massa atómica 50,94 u que, nas condições ambientes, é encontrado no estado sólido.

Vanádio
Titânio ← Vanádio → Cromo     23 V                                                                                                                                                                                                                                           ↑ V ↓ Nióbio Tabela completa • Tabela estendida
Aparência
cinza-azulado-prateado metálico
Informações gerais
Nome, símbolo, número	Vanádio, V, 23
Série química	Metal de transição
Grupo, período, bloco	5 (VB), 4, d
Densidade, dureza	6110 kg/m3, 7
Número CAS
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atómica	50,9415(1) u
Raio atómico (calculado)	134 pm
Raio covalente	125 pm
Raio de Van der Waals	pm
Configuração electrónica	[Ar] 3d3 4s2
Elétrons (por nível de energia)	2, 8, 11, 2 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação	5, 4, 3, 2, 1, -1 (óxido anfotérico)
Óxido
Estrutura cristalina	cúbica centrada no corpo
Propriedades físicas
Estado da matéria	sólido
Ponto de fusão	2183 K
Ponto de ebulição	3680 K
Entalpia de fusão	21,5 kJ/mol
Entalpia de vaporização	459 kJ/mol
Temperatura crítica	K
Pressão crítica	Pa
Volume molar	8,32 ×10−6 m3/mol
Pressão de vapor	1 Pa a 2101 K
Velocidade do som	4560 m/s a 20 °C
Classe magnética
Susceptibilidade magnética
Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie	K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling)	1,63
Calor específico	J/(kg·K)
Condutividade elétrica	S/m
Condutividade térmica	30,7 W/(m·K)
1.º Potencial de ionização	650,9 kJ/mol
2.º Potencial de ionização	1414 kJ/mol
3.º Potencial de ionização	2830 kJ/mol
4.º Potencial de ionização	4507 kJ/mol
5.º Potencial de ionização	6298,7 kJ/mol
6.º Potencial de ionização	kJ/mol
7.º Potencial de ionização	kJ/mol
8.º Potencial de ionização	kJ/mol
9.º Potencial de ionização	kJ/mol
10.º Potencial de ionização	kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD MeV 48V sintético 15,9735 d ε + β+ 4,0123 48Ti 49V sintético 330 d ε 0,6019 49Ti 50V 0,25% 1,5×1017 a ε β- 2,2083 1,0369 50Ti 50Cr 51V 99,75% 51V é estável com 28 nêutrons
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.
v d e

Foi descoberto pelo mineralogista espanhol Andrés Manuel del Río, no México, em 1801, num mineral de chumbo. Em 1830, o sueco Nils Gabriel Sefström descobriu o elemento num óxido que encontrou enquanto trabalhava numa mina de ferro e deu-lhe o nome pelo qual é conhecido atualmente.

Está situado no grupo 5 (anteriormente denominado 5B) da tabela periódica dos elementos. É um metal dúctil, macio e apesar de ser bem mais abundante que o cobre, com uma abundância crustal de 160 ppm, forma poucos minerais. A razão do vanádio formar tão poucos minerais reside no facto de o ion (ion) V³⁺ ser geoquimicamente semelhante ao ion Fe³⁺, um ion abundante e constituinte de muitos minerais. Assim, o ion V³⁺ geralmente substitui o Fe³⁺ nos minerais (notavelmente na magnetita) em lugar de formar os seus próprios minerais. É, ainda assim, encontrado em diversos minerais, e é empregado principalmente em algumas ligas metálicas.

Características principais

estrutura quimica do Vanádio em 3D

O vanádio é um metal de transição mole, dúctil de cor cinzenta e brilhante. Apresenta alta resistência ao ataque das bases, ao ácido sulfúrico (H₂SO₄) e ao ácido clorídrico (HCl). É obtido a partir de diversos minerais, até do petróleo. Também pode ser obtido da recuperação do óxido de vanádio em pó procedente de processos de combustão. Tem algumas aplicações nucleares devido a sua baixa captura de nêutrons. É um elemento químico essencial em alguns seres vivos, embora não seja conhecida exatamente a sua função. Nos seus compostos apresenta estados de oxidação +2, +3, +4 e +5.

Aplicações

Aproximadamente 80% do vanádio produzido é empregado como ferrovanádio ou como aditivo em aço.

• É usado para a produção de aços inoxidáveis para instrumentos cirúrgicos e ferramentas, em aços resistentes a corrosão e, misturado com alumínio em ligas de titânio, é empregado em motores a reação. Também, em aços, empregados em eixos de rodas, engrenagens e outros componentes críticos.
• É um importante estabilizador de carbetos na fabricação de aços.
• Emprega-se em alguns componentes de reatores nucleares.
• Forma parte de alguns imãs supercondutores.
• Alguns compostos de vanádio são utilizados como catalisadores na produção de anidrido maleico e ácido sulfúrico. É muito usado o pentóxido de vanádio, V₂O₅, empregado em cerâmicas.V. Os óxidos mistos de vanádio são utilizados como catalisadores para a produção de ácido acrílico a partir de propano, propileno ou acroleína.^[1][2][3][4]

História

O vanádio (da deusa da beleza na mitologia Escandinava "Vanadis" devido à coloração de seus compostos), foi descoberto, em princípio, por um mineralogista espanhol Andrés Manuel del Río, no México, em 1801, num mineral de chumbo. Primeiro denominou de "pancromo", devido à semelhança de sua cores com as do crômio, depois de "eritrônio" devido à coloração de seus sais (tornavam-se vermelhos quando aquecidos).

Entretanto, o químico Francês Hippolyte Victor Collet-Descotils questionou a descoberta alegando que o obtido tratava-se realmente do crômio impuro, provocando a retratação de Andrés Manuel del Río.

Em 1830, o sueco Nils Gabriel Sefström descobriu o elemento num óxido que encontrou enquanto trabalhava numa mina de ferro e deu-lhe o nome pelo qual é conhecido atualmente. Mais tarde, em 1831, Friedrich Woehler concluiu que este elemento se tratava do mesmo elemento descoberto em 1801 por Andrés Manuel del Rio.

O vanádio metálico foi obtido em 1867 por Henry Enfield Roscoe, mediante a redução do tricloreto de vanádio, VCl₃, com hidrogênio.

Compostos

• Apresenta vários estados de oxidação, com diferentes colorações. Mediante uma experiência simples é possível apreciar a relação:

Partindo-se de vanadato de amônio (NH₄VO₄), e empregando-se zinco metálico, em meio ácido, produzem-se as seguintes reações:

VO₄^3- (incolor) → [VO(OH₂)₅]²⁺ (azul) → [V(OH₂)₆]³⁺ (verde) → [V(OH₂)₆]²⁺ (violeta)

• O pentóxido de vanadio, V₂O₅, que é obtido como sólido pulverizado de coloração alaranjada, é um agente oxidante, e é empregado como catalisador, na indústria de corantes como mordente e na produção de anilina negra.
• A unidade, VO²⁺, na qual o vanádio apresenta estado de oxidação +4, com ligação V-O dupla, pode ser encontrado em diversos complexos de vanádio, geralmente com quatro ligantes formando una pirâmide de base quadrada.

Papel biológico

O vanádio é um elemento essencial em alguns organismos. Em humanos não está demonstrada a sua essencialidade, ainda que existam compostos de vanádio que imitam e potencializam a atividade da insulina.

É encontrado em algumas enzimas de diferentes seres vivos. Por exemplo, nas "haloperoxidases" (geralmente bromoperoxidases) de algumas algas, que reduzem peróxidos e halogenam um substrato orgânico.

As ascídias (alguns organismos marítimos urocordados, do subfilo urochordata) armazenam altas concentrações de vanádio, em torno de um milhão de vezes mais altas que na água ao seu redor, encontrando-se numa molécula denominada "hemovanadina". Nestes organismos o vanádio se armazena em células chamadas de "vanadócitos".

Também acumulam altas concentrações de vanádio o fungo Amanita muscaria. Forma-se um complexo com um ligante ionóforo chamado "amavadina".

Abundância e obtenção

O Vanádio é amplamente utilizado na fabricação de ferramentas, como a chave de roda dessa fotografia.

O vanádio nunca é encontrado no estado nativo, porém está presente em cerca de 65 minerais diferentes, entre os quais se destacam a patronita, VS₄, a vanadinita, Pb₅(VO₄)₃Cl, e a carnotita, K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O. Também é encontrado na bauxita, assim como em depósitos que contém carbono, como por exemplo no carvão, óleos crus de petróleo. É extraído do petróleo empregando porfirinas. É encontrado também em minérios de ferro, rochas vulcânicas e argilominerais.

A maior parte das reservas mundiais, cerca de 10 milhões de toneladas, encontram-se na Rússia, China e África do Sul.^[5] No Brasil, foi descoberta uma jazida com 23 milhões de toneladas do minério, localizada em Maracás (BA),^[6] onde iniciaram a comercialização do Pentoxo de Vanádio - V₂O_{5 -} em setembro/2014.

Os minérios que contém vanadatos são dissolvidos por uma fusão alcalina. Em meio ácido, após outros processos, é obtido o V₂O₅ que, reduzido parcialmente com carbono e, em seguida com cálcio em atmosfera de argônio, o que permite obter vanádio metálico.

Quando se parte de um mineral que não contenha vanadatos, porém contém sulfeto deste elemento, este é oxidado a vanadato e, posteriormente, realizam-se os mesmos procedimentos descritos para a obtenção do vanádio.

O método mais comum de obtenção do vanádio é pela redução do pentóxido de vanádio, V₂O₅, e oxidação do cálcio usando cloreto de cálcio como fundente a uma temperatura de 950 °C em bomba de aço, sob pressão.^[7]

${\displaystyle {\ce {V2O5 + 5 Ca + 5 CaCl2 -> 2 V + 5 CaO + 5 CaCl2}}}$

Para a obtenção do vanádio, pode-se também utilizar a aluminotermia, que consiste em aquecer o óxido misturado com alumínio em pó:^[7]

${\displaystyle {\ce {3 V2O5 + 10 Al -> 6 V + 5 Al2O3}}}$

Para a obtenção de vanádio mais puro, pode-se empregar também o método Van Arkel-de Boer, que consiste na formação de um composto mais volátil para posterior decomposição.

Produção mundial em 2019, em mil toneladas por ano

1.	China	54,00
2.	Rússia	18,40
3.	África do Sul	8,03
4.	Brasil	5,94
5.	Estados Unidos	0,46

Fonte: USGS.

Isótopos

Na natureza se encontra um único isótopo estável, o vanádio-51. São conhecidos quinze radioisótopos, sendo os mais estáveis o vanádio-50, com uma meia-vida de 1,4 x 10¹⁷ anos, o vanádio-49, de 330 dias, e o vanádio-48, de 15,9735 dias. Os demais apresentam vidas médias de menos de uma hora, a maioria com menos de dez segundos. Este elemento apresenta um meta estado.

As massas atômicas dos isótopos de vanádio variam desde 43,981 u, do vanádio-43, até 59,959 u do vanádio-59. O principal modo de decaimento dos isótopos de massas abaixo do isótopo mais estável, vanádio-51, é a captura eletrônica, sendo os principais produtos do decaimento os isótopos do elemento 22 (titânio). Naqueles com massa superior ao vanádio-51, o decaimento é a desintegração beta, originando como principais produtos resultantes do decaimento os isótopos do elemento 24, o crômio.

Precauções

O pó metálico é pirofórico e a exposição prolongada ou a absorção em grandes quantidades de seus compostos pode causar mal estar, enjoo, coriza, dor de cabeça e dores no corpo, além de deixar a língua da pessoa contaminada com a coloração azul. O vanádio absorvido é excretado através da urina em um período de até 72 horas. Não há evidências ou estudos científicos que liguem o vanádio a casos de câncer de pulmão ou qualquer outro tipo de câncer.

A Administração de Segurança e Saúde Ocupacional americana (OSHA) tem estabelecido um limite de exposição para o pó de pentóxido de vanádio de 0,05 mg/m³ e de 0,1 mg/m³ para o gás de pentóxido de vanádio no ar do local de trabalho para uma jornada de 8 horas, 40 horas semanais. O Instituto Nacional de Saúde e Segurança Ocupacional americano (NIOSH) recomenda que um nível de 35 mg/m³ de vanádio deve ser considerado perigoso para a saúde, pois pode causar problemas permanentes de saúde ou morte.

Ver também

• Acetato de cobre (II)
• Acetato di rodio(II)
• Acetato de ferro (III)
• Porfirina
• Azol

Referências

1. Kinetic studies of propane oxidation on Mo and V based mixed oxide catalysts. [S.l.: s.n.] 2011
2. «Surface chemistry of phase-pure M1 MoVTeNb oxide during operation in selective oxidation of propane to acrylic acid.» (PDF). Journal of Catalysis. 285: 48-60. 2012. doi:10.1016/j.jcat.2011.09.012. Verifique |doi= (ajuda). Arquivado do original (PDF) em 30 de outubro de 2016
3. «Multifunctionality of Crystalline MoV(TeNb) M1 Oxide Catalysts in Selective Oxidation of Propane and Benzyl Alcohol». ACS Catalysis. 2013. doi:10.1021/cs400010q
4. «The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts» (PDF). Journal of Catalysis. doi:10.1016/j.jcat.2013.12.008. Arquivado do original (PDF) em 15 de fevereiro de 2016
5. It’s Big and Long-Lived, and It Won’t Catch Fire: The Vanadium Redox-⁠Flow Battery
6. «Cópia arquivada». Consultado em 18 de maio de 2013. Arquivado do original em 3 de março de 2016
7. Wang, Chun Tsin. «vanadium processing». Britannica. Encyclopædia Britannica. Consultado em 3 de janeiro de 2022

• Mineral resources, economics and the environment, Stephen E. Kesler, Maxwell MacMillan, 1994, ISBN 0-02-362842-1

Ligações externas

Commons

O Commons possui imagens e outros ficheiros sobre Vanádio

• «WebElements.com - Vanadium» (em inglês)
• «EnvironmentalChemistry.com - Vanadium» (em inglês)
• «Mineral Information Institute - Vanadium» (em inglês)