Опубликовано Оставить комментарий

Ванадий как химический элемент таблицы Менделеева

В Ванадий является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 23 и обозначением V. Ванадий представляет собой твердый ковкий металл серебристо-белого цвета.

Как был открыт Ванадий

Андрес Мануель Дель Рио - человек открывший ванадий

История открытия ванадия очень занимательна. Ванадий впервые был обнаружен в 1801 году испанско-мексиканским минерологом Андрес Мануель Дель Рио. Свою историческую находку он сделал на свинцовых рудах в Мексике. Проведя первичные исследования, Дель Рио увидел, что образец переливается разными цветами, и назвал его «panchromium», что в переводе с греческого означает «все цвета». Чуть позже Дель Рио изменил название элемента на «erythronium», что в переводе с греческого означает красный. Это решение он принял после серии экспериментов по нагреванию солей. Большинство минералов при нагревании становились красного цвета. В 1805 году французский химик Ипполит-Виктор Колле-Дескотилс, при поддержке друга Дель Рио прусского натуралиста Александра фон Гумбольдта, ошибочно заявил, что элемент найденый Дель Рио является только нечистым образцом хрома. Дель Рио принял заявление Колле-Дескотилс и отозвал свое открытие.

В 1831 году шведский химик Нильс Габриэль Сефстрём повторно открыл оксид ванадия при работе с железными рудами. В этом же году немецкий химик Фридрих Веллер подтвердил открытие Андрес Мануель Дель Рио 1801 года. Серфстрём выбрал для нового химического элемента букву V, потому что на тот момент времени ни один элемент не назвали на эту букву. Само название ванадий он придумал чуть позже в честь древнескандинавского бога Ванадиса(бог красоты и семьи) из-за красивых соединений которые он образует. Отделение чистого химического элемента оказался очень сложным процессом. В 1831 году Якоб Берцелиус сообщил, что отделил ванадий из оксида, но английский химик Генри Энфилд Роско доказал, что у него получился нитрид азота. Только в 1867 году Генри Роско удалось отделить ванадий восстановив хлорид ванадия водородом. В 1927 году был открыт новый способ производства чистого ванадия восстановлением пентаоксида ванадия кальцием. Последнее открытие послужило началом к промышленному производству этого химического элемента.

Где и как добывают Ванадий

Ванадинит - минерал содержащий ванадий

В течении первого десятилетия XX века большая часть ванадиевой руды добывалась американской компанией Vanadium в Минас-Рагра(Перу). Металлический ванадий в промышленности производят в несколько этапов. На первом этапе ванадиевую руду измельчают и обжигают с NaCl или Na2CO3 при температуре около 850°C с получением метаванадата натрия. Затем водный экстракт окисляют, чтобы получить соль поливанадата, которая восстанавливается металлическим кальцием. В качестве альтернативы мелкомасштабному производству пятиокись ванадия восстанавливается водородом или магнием. Сам химический элемент в виде металла иногда получается как побочный продукт при получении или обработке других веществ.

Ванадий редко применяется в виде чистого химического элемента, потому что его производство очень трудозатратно и дорогостояще. Наибольшее распространение получил так называемый феррованадий как железо-ванадиевый сплав. Как правило, он содержит не менее 50% ионов ванадия. Для его производства нет необходимости предварительно получать чистый ванадий. Вместо этого шлак, содержащий ванадий и железо, восстанавливается до феррованадия с помощью ферросилиция и извести.

Распространенность Ванадия

Кристаллы ванадия

Распространенность ванадия вопрос довольно относительный. Если смотреть в масштабах Вселенной, то там ванадий является не самым распространенным элементом. Его процент присутствия составляет всего 0,0001%. Он по распространенности сопоставим с медью и цинком. Что же касается земной коры, то тут можно отметить, что он занимает 20 позицию по распространенности. На сегодняшний день, встречается около 70 минералов содержащих ванадий. Самыми важными из них являются карнотит и ванадинит.

Другие ванадийсодержащие минералы добываются только в исключительных случаях. Сейчас этот элемент добывают на юге Африки, в китае и восточной части России. Ежегодное производство составляет порядка 80 тысяч тонн. В вышеперечисленных местах добывается 97% от общей массы ванадия в мире. Так же ванадий присутствует в концентрации 1200 частей на миллион в месторождениях сырой нефти, угля и бокситов. Так же ванадий может содержаться в воде. Концентрация ванадия в водах довольно неопределенная. В некоторых водах его может даже и не быть. В других, например возле горы Фудзи, его содержание составляет 54 мкг на литр.

Применение Ванадия

Инструмент с примесями ванадия

Применение ванадия является довольно ограниченым. В чистом виде этот элемент применяется довольно редко. Приблизительно 85% ванадия используется в составе феррованадия и в присадке к стали. В конце XX века было выявлено, что даже небольшая добавка ванадия увеличивает значительно прочность стали. Он образует стабильные нитриды и карбиды, что приводит к значительному увеличению прочности стали. После этого сталь с примесями ванадия начали применять в технике. Например, из такой стали изготавливают велосипедные рамы, коленвалы(для двигателей автомобилей) и зубчатые передачи.

Сегодня, применяют 2 группы стали с примесью ванадия. Первая высокоуглеродистая легированная сталь содержит от 0.15% до 0.25% ванадия. Вторая группа составляет сталь в которой содержится от 1% до 5% ванадия. Последняя группа представляет собой быстрорежущие типы инструментальной стали (HSS). Из них изготавливается высокопрочный режущий инструмент. В пример можно поставить хирургический скальпель и автомобильный инструмент. Ванадий стабилизирует бета-форму титана и повышает прочность и температурную стабильность титана. В соединении с алюминием в титановом сплаве он исполюзуется в реактивных двигателях, высокоскоростных планерах и зубных имплантах.

Соединения ванадия широко используются в качестве катализаторов. Например, пятиокись ванадия используется в качества восстановителя для производства серной кислоты. Так же он используется в качестве окислителя при производстве малеинового ангидрида. Окислительно-восстановительная ванадиевая батарея представляет собой гальванический элемент состоящий из водных ионов ванадия в различных состояниях окисления. Эта батарея используется как универсольный элемент хранения заряда (PowerBank). Оксид лития и ванадия используется в качестве анода с высокой удельной энергией для производства литий ионных батарей. На сегодняшний день, эти батареи применяются повсеместно.

Интересные факты

Оксид ванадия в виде порошка

Интересных фактов связанных с ванадием достаточно много. Стоит начать с того, что все соединения ванадия являются токсичными. Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья оценил концентрацию в 35 мг/м3 как чрезвычайно опасную. Она может привести к непоправивым проблемам со здоровьем и даже смерти. Так же проводя исследования Институт медицины  США не выявил каких либо полезных факторов воздействия ванадия на организм человека, но этот момент до сих пор изучается. Следует заметить, что недостаток ванадия у крыс вызывает полное прекращение роста.

Еще одним интересным моментом является то, что некоторые европейские источники (!!! информация не подтверждена) сообщают, что пероральное применение ванадийсодержащих препаратов помагают регулировать уровень глюкозы при диабете 2 типа. Как химический элемент, ванадий имеет только два изотопа. Один из них стабильный с атомной массой 51, а другой радиоактивный с атомной массой 50. Период полураспада последнего составляет 1,5 × 10 17 лет.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *