釩

釩（ㄈㄢˊ）（英語：Vanadium），是一種化學元素，化學符號為V，原子序數為23，原子量為7001509415000000000♠50.9415 u。釩是一種堅硬、銀灰色，具韌性、可延展的過渡金屬。在自然界中很少發現元素金屬，但是一旦經人工分離，會形成氧化層（鈍化）防止自由態的金屬氧化，使之更穩定存在。

釩 ₂₃V

氫（非金屬） 氦（惰性氣體） 鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體） 鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體） 鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體） 銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體） 銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體） 鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體） － ↑ 釩 ↓ 鈮 鈦 ← 釩 → 鉻
外觀
銀灰色固態金屬
概況
名稱·符號·序數	釩（Vanadium）·V·23
元素類別	過渡金屬
族·週期·區	5·4·d
標準原子質量	50.9415(1)[1]
電子組態	[Ar] 3d3 4s2 2，8，11，2 釩的電子層（2，8，11，2）
歷史
發現	安德烈·曼紐爾·德·里奧（1801年）
分離	尼爾斯·加布里埃爾·塞夫斯特瑞姆（1830年）
命名	尼爾斯·加布里埃爾·塞夫斯特瑞姆（1830年）
物理性質
物態	固態
密度	（接近室溫） 6.0 g·cm−3
熔點	2183 K，1910 °C，3470 °F
沸點	3680 K，3407 °C，6165 °F
熔化熱	21.5 kJ·mol−1
汽化熱	444 kJ·mol−1
比熱容	24.89 J·mol−1·K−1
蒸氣壓 壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k 溫/K 2101 2289 2523 2814 3187 3679
原子性質
氧化態	+5,+4,+3,+2,+1,-1 （兩性）
電離能	第一：650.9 kJ·mol−1 第二：1414 kJ·mol−1 第三：2830 kJ·mol−1 （更多）
原子半徑	134 pm
共價半徑	153±8 pm
釩的原子譜線
雜項
晶體結構	體心立方
磁序	順磁性
電阻率	（20 °C）197 n Ω·m
熱導率	30.7 W·m−1·K−1
熱膨脹係數	（25 ℃）8.4 µm/(m·K)
聲速（細棒）	（20 °C）4560 m·s−1
楊氏模量	128 GPa
剪切模量	47 GPa
體積模量	160 GPa
泊松比	0.37
莫氏硬度	6.7
布氏硬度	750 MPa
CAS號	7440-62-2
同位素 閱 論 編
主條目：釩的同位素 同位素 豐度 半衰期​（t1/2） 衰變 方式 能量​（MeV） 產物 48V 人造 15.9735 天 β+ 2.993 48Ti 49V 人造 330 天 ε 0.602 49Ti 50V 0.250% 2.71×1017 年 β+ 1.187 50Ti 51V 99.750% 穩定，帶28粒中子

1801年，安德烈·曼努埃爾·德爾里奧在墨西哥發現了一種釩化合物，他分析了一種新的含鉛礦物，他稱之為「褐色鉛」，並根據其質量推測是一種新元素的存在，他稱之為erythronium（源自希臘語，意義為「紅色」，ἐρυθρόν，eruthrón）因為加熱後大多數鹽變成紅色。四年後，他錯誤地被其他科學家說服該元素與鉻相同。1830年，Nils Gabriel Sefström生成了釩的氯化物，進而證明了一種新的元素，他以斯堪地那維亞的美麗和生育女神Vanadís（Freyja）將這種元素命名為「vanadium」。這個名字歸因於釩化合物中廣泛的顏色。Del Rio的鉛礦石後來因其釩含量而更名為釩鉛礦。1867年亨利恩菲爾德羅斯科得到了純的釩元素。

釩天然存在於約65種礦物和化石燃料沉積物中。它是由中國和俄羅斯的鋼鐵冶煉渣中所得到。其他國家則直接從磁鐵礦、重油煙塵或鈾礦開採的副產品中生產。它主要用於製造特種鋼合金，如高速工具鋼。最重要的工業用途為釩化合物五氧化二釩用作生產硫酸的催化劑。用於儲能的釩氧化還原電池可能是未來的重要應用。

在少數生物中發現了大量的釩離子，可能是毒素。 氧化物和一些其他釩鹽具有中等毒性。特別是在海洋中，釩被一些生命作為酶的活性中心，例如一些海藻的釩溴過氧化物酶（英語：Vanadium bromoperoxidase）。

特性

釩為一中等硬度可延展的銀灰過渡金屬，有些描述形容它很「軟」，應是因為它的延展性。不易腐蝕，在鹼、硫酸和鹽酸中它相當穩定。在933K（660 ℃）以上的溫度中它氧化為五氧化二釩 （V₂O₅）。釩的結構強度相當高。

在氧化物中釩一般顯+5價，但也有+2、+3和+4價的氧化物存在，不過它們比較容易過渡為+5價的氧化物。2價和3價的釩氧化物是鹼性的，4價的氧化物是兩性的，5價的氧化物是酸性的。

純度99.95%的釩切片

一個很有趣的試驗是用鋅來還原無色的釩酸銨（NH₄VO₃）。在試驗的過程中釩相繼被還原成藍色的四價釩、綠色的三價釩、紫藍色的二價釩，隨後低價的釩又會被空氣中的氧氧化為金黃色的五價釩。由於釩的價數很容易改變，它也經常被用做催化劑。+1價的釩很少出現。理論上0、-1和-3價的釩也有可能。

應用

大約80%的釩和鐵一起作為鋼裡的合金元素。含釩的鋼很硬很堅實，但一般其釩含量少於1%。

• 含釩的合金有：
  • 運用在醫療器械中的特別的不鏽鋼
  • 運用在工具中的不鏽鋼
  • 與鋁一起作為鈦合金物運用在高速飛機的渦輪噴氣發動機中
  • 含釩的鋼經常被用在軸、齒輪等關鍵的機械部分中
• 釩吸收裂變中子的截面很小，因此被用在核工業中
• 在煉鋼過程中釩被用來促進碳化物的形成
• 在給鋼塗鈦的時候釩往往被作為中介層
• 釩與鎵的合金可以用來製作超導電磁鐵，其磁強度可達175,000高斯
• 在製造縮蘋果酸酐和硫酸的過程中五氧化二釩被用來做催化劑. 釩基混合氧化物是丙烷，丙烯和丙烯醛生產丙烯酸的有效催化劑^[2][3][4][5]。
• 五氧化二釩（V₂O₅）被用來製做特殊的陶瓷作為催化劑
• 可做藍色顏料，稱為「釩鋯藍」或「土耳其藍」

歷史

1801年西班牙礦物學家安德烈·曼紐爾·德·里奧在墨西哥城的一個鉛礦中首先發現了釩，但他錯誤地以為他所發現的只不過是一種不純的鉻。1831年瑞典化學家尼爾斯·加布里埃爾·塞夫斯特瑞姆在與鐵礦做試驗時重新發現了釩，同年弗里德里希·維勒證實了德·里歐的發現。1867年亨利·英弗爾德·羅斯用氫還原二氯化釩首次得到了純的釩。

塞夫斯特瑞姆給釩按日爾曼神話中美麗女神的名字起了名，因為釩的化合物色彩繽紛。

生理

在生物體內釩是一些酶的必要組成部分。一些固氮的微生物使用含釩的酶來固定空氣中的氮。

鼠和雞也需要少量的釩，缺釩會阻礙它們的生長和繁殖。含釩的血紅蛋白存在於海鞘類動物中。

一些含釩的物質具有類似胰島素的效應，也許可以用來治療糖尿病。

同位素

主條目：釩的同位素

釩共有31種同位素，其中⁵¹V穩定。

來源

在大自然中釩一般以化合物存在。約65種釩的化合物在自然中出現，其中有

• 硫化釩 （VS₄）
• 綠硫釩礦 （VS₂或V₂S₄）
• 釩鉛礦 [Pb₅(VO₄)₃Cl]
• 釩雲母 [KV₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂]
• 釩酸鉀鈾礦 [K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O]
• 磁鐵礦一般含1-2%的釩^{[來源請求]}
• 釩鈦磁鐵礦也是是釩的來源之一

在礬土和石油、煤、油頁岩中也含有大量釩，特別是委內瑞拉和加拿大的石油中能找到釩。光譜分析發現在太陽和一些恆星的表面也有釩。

生產

純的金屬釩一般是用鉀在高壓下將五氧化二釩還原而得到的。大多數釩是其它礦物加工時的副產品。工業上也可以鋁，焦炭還原五氧化二釩生產純釩。

化合物

五氧化二釩是釩最重要的化合物，常被用來做催化劑、染料和固色劑。五氧化二釩加熱可放出氧氣，且這個反應是可逆的。五氧化二釩的性質可催化二氧化硫、苯和萘的氧化反應，在工業上用來製造硫酸、鄰苯二甲酐和順丁烯二酐。五氧化二釩是橙色的，具有毒性，不同於大多數金屬氧化物，五氧化二釩微溶於水。它是兩性化合物，可以與酸和鹼反應。它也是氧化劑。

從左到右：[V(H₂O)₆]²⁺（紫色），[V(H₂O)₆]³⁺（綠色），[VO(H₂O)₆]²⁺（藍色），[VO₂(H₂O)₆]⁺（黃色）

注意

• 釩很易燃。
• 釩的化合物毒性很高。
• 含釩的塵埃被吸入後會導致肺癌。

參考文獻

1. Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 （英語）.
2. The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts. Journal of Catalysis. 2014, 311: 369–385 [2019-06-13]. （原始內容存檔於2020-07-13）.
3. Multifunctionality of Crystalline MoV(TeNb) M1 Oxide Catalysts in Selective Oxidation of Propane and Benzyl Alcohol. ACS Catalysis. 2013, 3 (6): 1103–1113 [2019-06-13]. （原始內容存檔於2019-03-29）.
4. Surface chemistry of phase-pure M1 MoVTeNb oxide during operation in selective oxidation of propane to acrylic acid. Journal of Catalysis. 2012, 285: 48–60 [2019-06-13]. （原始內容存檔於2020-07-13）.
5. Kinetic studies of propane oxidation on Mo and V based mixed oxide catalysts. 2011 [2019-06-13]. （原始內容存檔於2020-05-19）.

外部連結

• 元素釩在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹（英文）
• EnvironmentalChemistry.com —— 釩（英文）
• 元素釩在The Periodic Table of Videos（諾丁漢大學）的介紹（英文）
• 元素釩在Peter van der Krogt elements site的介紹（英文）
• WebElements.com – 釩（英文）