Vanadiy davriy jadvaldagi kimyoviy elementdir. Vanadiy. Vanadiyning xossalari. Vanadiydan foydalanish. Atom tuzilishining xususiyatlari

Vanadiy - "V" belgisi bilan belgilangan kimyoviy element. Vanadiyning atom massasi 50,9415 amu. e. m., atom raqami - 23. Tabiatda kamdan-kam uchraydigan qattiq, kumushrang-kulrang, egiluvchan va eruvchan metall. U 60 dan ortiq minerallarda mavjud va hatto qazib olinadigan yoqilg'ida ham bo'lishi mumkin.

Noma'lum kashfiyot

Metall vanadiy birinchi marta 1801 yilda ispaniyalik meksikalik mineralog Andres Manuel Del Rio tomonidan kashf etilgan. Tadqiqotchi yangi elementni Meksikada qazib olingan “jigarrang” qo‘rg‘oshin rudasi namunasidan ajratib oldi. Ma'lum bo'lishicha, metall tuzlari juda xilma-xil ranglarga ega, shuning uchun Del Rio dastlab uni "panxrom" deb nomlagan (yunoncha "págrfimo" - "ko'p rangli").

Keyinchalik mineralog elementni eritroniy nomini o'zgartirdi (yunoncha "esarthos" - "qizil"), chunki qizdirilganda tuzlarning aksariyati qizil rangga aylandi. Aftidan, Evropada kam taniqli olimga ajoyib omad kulib boqdi. Yangi kimyoviy element vanadiyning kashfiyoti, agar shon-shuhrat bo'lmasa, hech bo'lmaganda hamkasblar tomonidan tan olinishini va'da qildi. Biroq, ilm-fan olamida salmoqli obro' yo'qligi sababli, meksikaning yutug'i e'tibordan chetda qoldi.

1805 yilda frantsuz kimyogari Gipolit Viktor Kolle-Dekotils Del Rio o'rgangan yangi element shunchaki nopok qo'rg'oshin kromatining namunasi ekanligini aytdi. Oxir-oqibat, meksikalik tadqiqotchi, nihoyat, bilimdon birodarlik oldida obro'sini yo'qotmaslik uchun Kolle-Dekotilning roziligini qabul qildi va o'z kashfiyotidan voz kechdi. Biroq, uning yutug'i e'tibordan chetda qolmadi. Bugungi kunda Andres Manuel Del Rio nodir metalning kashfiyotchisi sifatida tan olingan.

Qayta ochilmoqda

1831 yilda shved Nils Gabriel Sefstryom temir rudasi bilan ishlaganda olingan oksidda vanadiy kimyoviy elementini qaytadan topdi. Uning belgisi sifatida olim "V" harfini tanladi, bu hali hech qanday elementga belgilanmagan. Sefström yangi metallni o'zining go'zal va boy rangi tufayli qadimgi Norse go'zallik ma'budasi Vanadis sharafiga nomladi.

Yangilik ilmiy jamoatchilikka qiziqishning ortishiga sabab bo'ldi. Ular darhol meksikalik mineralogning asarlarini esladilar. Xuddi shu 1831 yilda Fridrix Vohler Del Rioning oldingi kashfiyotini qayta tekshirdi va tasdiqladi. Va geolog Jorj Uilyam Featherstonhope hatto kashfiyotchi sharafiga metallni "rionium" deb atashni taklif qildi, ammo tashabbus qo'llab-quvvatlanmadi.

Tushunarli

Vanadiy metallini sof holda ajratib olish qiyin bo'lib chiqdi. Bungacha olimlar faqat uning tuzlari bilan ishlagan. Shuning uchun vanadiyning haqiqiy xossalari noma'lum edi. 1831 yilda Berzelius metalllashtirilgan moddaning ishlab chiqarilishi haqida xabar berdi, ammo Genri Enfild Rosko Berzelius haqiqatan ham vanadiy nitridi (VN) ishlab chiqarganini isbotladi. Oxir-oqibat Rosko 1867 yilda vanadiy xloridni (VCl 2) vodorod bilan kamaytirish orqali metallni ishlab chiqardi. 1927 yildan boshlab sof vanadiy kalsiy ishtirokida vanadiy pentoksidini kamaytirish orqali ishlab chiqarila boshlandi.

Elementning birinchi seriyali sanoat qo'llanilishi 1905 yilga to'g'ri keladi. Metall poyga shassilari uchun qotishma po'latga qo'shilgan va keyinchalik Ford T modelida Vanadiyning xususiyatlari struktura og'irligini kamaytirishga yordam beradi va kuchlanish kuchini oshiradi. Aytgancha, nemis kimyogari Martin Henze 1911 yilda dengiz hayotining qon hujayralarida (yoki koelomik hujayralar) vanadiyni topdi - Acidium.

Jismoniy xususiyatlar

Vanadiy - po'lat yorqinligi va zichligi 6,11 g / sm³ bo'lgan o'rtacha qattiqlikdagi egiluvchan ko'k-kulrang metall. Ba'zi manbalar materialni yumshoq deb ta'riflaydi, bu uning yuqori egiluvchanligini anglatadi. Elementning kristall tuzilishi ko'pgina metallar va po'latlarga qaraganda ancha murakkab.

Vanadiy korroziyaga, ishqorlarga, sulfat va xlorid kislotalarga yaxshi qarshilik ko'rsatadi. Havoda taxminan 660 ° C (933K, 1220 ° F) da oksidlanadi, ammo oksidning passivatsiyasi xona haroratida ham sodir bo'ladi. Ushbu material harorat 1920 ° S ga etganida eriydi va 3400 ° S da qaynaydi.

Kimyoviy xossalari

Vanadiy kislorodga ta'sir qilganda to'rt xil oksid hosil qiladi:

(II) turdagi vanadiy birikmalari qaytaruvchi moddalar, (V) turdagi birikmalar esa oksidlovchi moddalardir. (IV) birikmalar ko'pincha vanadil kationining hosilalari sifatida mavjud.

Oksid

Tijoriy jihatdan eng muhim birikma vanadiy pentoksididir. Bu jigarrang-sariq qattiq moddadir, lekin suvli eritmadan yog'ingarchilik bilan yangi qadoqlangan bo'lsa ham, uning rangi to'q to'q sariq rangga ega.

Oksid sulfat kislota ishlab chiqarish uchun katalizator sifatida ishlatiladi. Bu birikma oltingugurt dioksidini (SO 2) trioksidga (SO 3) oksidlaydi. Bu oksidlanish-qaytarilish reaksiyasida oltingugurt +4 dan +6 gacha oksidlanadi, vanadiy esa +5 dan +4 gacha kamayadi. Vanadiyning formulasi quyidagicha:

V 2 O 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3

Katalizator kislorod oksidlanishi bilan qayta tiklanadi:

2VO 2 + O 2 → V 2 O 5

Shunga o'xshash oksidlanish jarayonlari malein angidrid, ftalik angidrid va boshqa bir qancha ommaviy organik birikmalarni ishlab chiqarishda qo'llaniladi.

Bu oksid ferrovanadiy ishlab chiqarishda ham ishlatiladi. Ohak qo'shilishi bilan temir va ferrosilikon bilan isitiladi. Alyuminiy ishlatilganda qo'shimcha mahsulot sifatida alyuminiy oksidi bilan birga temir-vanadiy qotishmasi olinadi. Issiqlik qarshiligining yuqori koeffitsienti tufayli vanadiy (V) oksidi termik tasvirlash asboblarida bolometrlarda va mikrobolometrik massivlarda detektor materiali sifatida ishlatiladi.

Texnik xususiyatlari

Noyob metall quyidagi xususiyatlarga ega:

• Kristal tuzilishi: kubik tana markazli.
• Ovoz o'tkazuvchanligi: 4560 m / s (20 ° C da).
• Vanadiy valentligi: V (kamroq IV, III, II).
• Termal kengayish: 8,4 mkm / (m K) (25 ° C da).
• Issiqlik o'tkazuvchanligi: 30,7 Vt / (m · K).
• Elektr qarshiligi: 197 nŌm (20 ° C da).
• Magnitizm: paramagnit.
• Magnit sezuvchanlik: + 255 · 10 -6 sm 3 / mol (298K).
• Elastik modul: 128 GPa.
• Kesish moduli: 47 GPa.
• Elastiklikning hajmli moduli: 160 GPa.
• Puasson nisbati: 0,37.
• Mohs qattiqligi: 6,7.
• Vickers qattiqligi: 628-640 MPa.
• Brinell qattiqligi: 600-742 MPa.
• Element toifasi: o'tish metalli.
• Elektron konfiguratsiya: 3d 3 4s 2.
• Erishish issiqligi: 21,5 kJ / mol.
• Bug'lanish issiqligi: 444 kJ / mol.
• Molar issiqlik sig'imi: 24,89 J / (mol K).

Davriy sistemada vanadiy 5-guruhda (vanadiy kichik guruhi), 4-davrda, d-blokda.

Yoyish

Olam miqyosida vanadiy materiyaning umumiy hajmining taxminan 0,0001% ni tashkil qiladi. Bu mis va sink kabi keng tarqalgan. Metall Quyosh va boshqa yulduzlarning spektral nurida uchraydi.

Element er qobig'ida eng ko'p bo'lgan 20-o'rinda turadi. Kristalli metall vanadiy juda kam uchraydi, ammo bu materialning birikmalari 65 xil minerallarda uchraydi. Ularning iqtisodiy ahamiyati patronit (VS 4), vanadinit (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) va karnotit (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 3 H 2 O).

Vanadil ionlari dengiz suvida ko'p bo'lib, o'rtacha konsentratsiyasi 30 nMa. Ba'zi mineral suv manbalarida bu ionlarning yuqori konsentratsiyasi ham mavjud. Masalan, Fudzi tog'i yaqinidagi buloqlarda 54 mkg / L gacha bo'ladi.

Konchilik

Ushbu nodir metalning aksariyati ultrabazik magmatik gabbro jinslarida joylashgan vanadiy magnetitdan olingan. Xom ashyo asosan Janubiy Afrikada, Xitoyning shimoli-g'arbiy qismida va Rossiyaning sharqiy qismida qazib olinadi. 2013 yilda ushbu mamlakatlar barcha vanadiyning 97% dan ortig'ini (og'irligi bo'yicha 79 000 tonna) ishlab chiqargan.

Metall shuningdek, boksit va xom neft, ko'mir, slanets va smola qumlari konlarida ham mavjud. Xom neftda 1200 ppm gacha konsentratsiyalar qayd etilgan. Vanadiyning oksidlovchi xususiyatlari (uning ba'zi oksidlari) tufayli bunday neft mahsulotlari yondirilgandan so'ng, elementning qoldiqlari dvigatellar va qozonlarda korroziyaga olib kelishi mumkin.

Har yili qazib olinadigan yoqilg'ilarning yonishi natijasida atmosferaga taxminan 110 000 tonna modda chiqariladi. Bugungi kunda uglevodorodlardan qimmatli moddalar ajratib olish texnologiyalari ishlab chiqilmoqda.

Ishlab chiqarish

Ko'pincha vanadiy ferroqotishmalar deb ataladigan po'lat qotishmalariga qo'shimcha sifatida ishlatiladi. Ferrovanadiy to'g'ridan-to'g'ri valentlik (V) vanadiy oksidi, temir oksidi va sof temir aralashmasini elektr pechida kamaytirish orqali olinadi.

Metall natriy metavanadatini olish uchun natriy xlorid (NaCl) yoki natriy karbonat (Na 2 CO 3) qo'shilishi bilan ezilgan vanadiy-magnetit rudasini qovurish bilan boshlanadigan ko'p bosqichli jarayon yordamida olinadi. NaVO 3). Ushbu moddaning suvli ekstrakti kislotali bo'lib, polivanadat tuzini oladi, u kaltsiy metali bilan kamayadi. Kichik ishlab chiqarishga muqobil sifatida vanadiy pentoksidi vodorod yoki magniy bilan kamayadi.

Ko'pgina boshqa usullar ham qo'llaniladi, ularning barchasi boshqa jarayonlarning qo'shimcha mahsuloti sifatida vanadiy hosil qiladi. Uni tozalash 1925 yilda Anton Eduard van Arkel va Yan Hendrik de Bor tomonidan ishlab chiqilgan yodid usuli bilan mumkin. Bu vanadiy (III) yodid hosil bo'lishini va sof metallni olish uchun uning keyingi parchalanishini o'z ichiga oladi:

2 V + 3I 2 ⇌ 2 VI 3

Ushbu elementni olishning juda ekzotik usuli yaponlar tomonidan ixtiro qilingan. Ular dengiz suvidan vanadiyni o'zlashtiradigan assidiyalar (xordalilar) suv osti plantatsiyalarida etishtiriladi. Keyin ular yig'iladi va yondiriladi. Olingan kuldan qimmatbaho metall olinadi. Aytgancha, bu holda uning kontsentratsiyasi eng boy konlarga qaraganda ancha yuqori.

Qotishmalar

Vanadiy qotishmalari nima? Ishlab chiqarilgan nodir metallning taxminan 85% ferrovanadiy ishlab chiqarish yoki po'latga qo'shimcha sifatida ishlatiladi. 20-asr boshlarida vanadiyning oz miqdori ham po'latning mustahkamligini sezilarli darajada oshirishi aniqlandi. Ushbu element barqaror nitridlar va karbidlarni hosil qiladi, bu esa po'lat va qotishmalarning yaxshilangan xususiyatlarini keltirib chiqaradi.

O'sha vaqtdan beri vanadiy g'ildirakli transport vositalarining o'qlari, ramkalari, krank vallari, viteslari va boshqa muhim qismlarida ishlatilgan. Qotishmalarning ikki guruhi mavjud:

• Tarkibida 0,15% dan 0,25% gacha vanadiy bo'lgan yuqori uglerodli.
• Ushbu elementning 1% dan 5% gacha bo'lgan yuqori tezlikli asbob po'latlari (HSS).

HSS po'latlari uchun HRC 60 dan yuqori qattiqlikka erishish mumkin.Ular jarrohlik asboblarida qo'llaniladi. Kukun metallurgiyasida qotishmalarda 18% gacha vanadiy bo'lishi mumkin. Ushbu qotishmalarning yuqori karbid miqdori aşınma qarshiligini sezilarli darajada yaxshilaydi. Ulardan asboblar va pichoqlar tayyorlanadi.

Xususiyatlari tufayli vanadiy titanning beta shaklini barqarorlashtiradi, uning kuchini va harorat barqarorligini oshiradi. Titan qotishmalarida alyuminiy bilan aralashtiriladi, u reaktiv dvigatellarda, yuqori tezlikda uchadigan samolyotlarda va tish implantlarida ishlatiladi. Choksiz quvurlar uchun eng keng tarqalgan qotishma 2,5% vanadiyni o'z ichiga olgan titanium 3 / 2,5 hisoblanadi. Ushbu materiallar aerokosmik, mudofaa va velosiped sanoatida keng qo'llaniladi. Asosan choyshablarda ishlab chiqarilgan yana bir keng tarqalgan qotishma titanium 6AL-4V bo'lib, u 6% alyuminiy va 4% vanadiydir.

Bir qancha vanadiy qotishmalari o'ta o'tkazuvchanlik xususiyatiga ega. Birinchi fazali supero'tkazgich A15 1952 yilda olingan V 3 Si vanadiy birikmasi edi. Galliy vanadiy lentasi o'ta o'tkazuvchan magnitlarda ishlatiladi. Supero'tkazuvchi faza A15 V 3 Ga tuzilishi ko'proq tarqalgan supero'tkazgichlarning tuzilishiga o'xshaydi: triniobiy stannid (Nb 3 Sn) va niobiy-titan (Nb 3 Ti).

Yaqinda olimlar o'rta asrlarda Damashq va damas po'latining ba'zi namunalariga oz miqdorda vanadiy (40 dan 270 ppm gacha) qo'shilganligini aniqladilar. Bu pichoqlarning xususiyatlarini yaxshiladi. Biroq nodir metal qayerdan va qanday qazib olingani aniq emas. Ehtimol, u qandaydir rudalarning bir qismi edi.

Ilova

Metallurgiyadan tashqari, vanadiy boshqa vazifalar uchun ham ishlatiladi. Termal neytronni ushlash kesimi va neytronni ushlash jarayonida hosil bo'lgan izotoplarning qisqa yarim umri bu metallni termoyadroviy reaktor ichida foydalanish uchun mos materialga aylantiradi.

Eng keng tarqalgan vanadiy oksidi V 2 O 5 pentoksid sulfat kislota ishlab chiqarishda katalizator sifatida va malein angidrid ishlab chiqarishda oksidlovchi sifatida ishlatiladi. Vanadiy ko'pikli keramika mahsulotlarini ishlab chiqarishda ishlatiladi.

Metall propan va propilenni akroleinga, akril kislotaga yoki propilenning akrilonitrilga ammooksidlanishiga oksidlanishda ishlatiladigan aralash metall oksidi katalizatorlarining muhim tarkibiy qismidir. Yana bir vanadiy oksidi, VO2, blokirovka qiluvchi shisha qoplamalar ishlab chiqarishda ishlatiladi infraqizil nurlanish ma'lum bir haroratda.

Vanadiy-qaytarilish batareyasi turli oksidlanish holatlarida suv vanadiy ionlaridan tashkil topgan galvanik hujayradir. Ushbu turdagi batareyalar birinchi marta 1930-yillarda taklif qilingan va tijorat maqsadlarida foydalanish 1980-yillarda boshlangan. Vanadat po'latni korroziyadan himoya qilish uchun ishlatilishi mumkin.

Vanadiy inson salomatligi uchun zarurdir. U uglerod va lipid metabolizmini tartibga solishga yordam beradi va energiya ishlab chiqarishda ishtirok etadi. Oziq-ovqat bilan ta'minlangan moddani kuniga 6-63 mkg (JSST ma'lumotlari) iste'mol qilish tavsiya etiladi. Bu don, dukkakli ekinlar, sabzavotlar, o'tlar, mevalarda etarli.

TA’RIF

Oddiy modda sifatida vanadiy tanasi markazlashtirilgan kubik panjarali kulrang refrakter metall. Davriy sistemaning ikkilamchi (B) kichik guruhi V guruhining to'rtinchi davrida joylashgan.

Zichlik - 6,11 g / sm 3. Erish va qaynash haroratlari mos ravishda 1920 o C va 3400 o C dir. Vanadiyning fizik-kimyoviy xossalari metallning tozaligiga juda bog'liq. Demak, sof metall egiluvchan bo'lib, undagi aralashmalarning mavjudligi uning egiluvchanligini sezilarli darajada yomonlashtiradi va qattiqligini oshiradi. Oddiy sharoitlarda u kimyoviy jihatdan chidamli metalldir.

Birikmalardagi vanadiy valentligi

Vanadiy D.I.ning VB guruhida toʻrtinchi davrda. Mendeleev. Tartib raqami 23. Vanadiy atomining yadrosida 23 ta proton va 27 ta neytron (massa raqami 50) mavjud. Vanadiy atomida to'rtta energiya darajasi mavjud bo'lib, ularda 23 ta elektron mavjud (1-rasm).

Guruch. 1. Vanadiy atomining tuzilmalari.

Asosiy holatdagi vanadiy atomining elektron formulasi quyidagicha:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 .

Va energiya diagrammasi (u faqat tashqi energiya darajasidagi elektronlar uchun tuzilgan, ular boshqa yo'l bilan valentlik deb ataladi):

Uchta juftlanmagan elektronning mavjudligi uning birikmalarida vanadiy III (V III 2 O 3, V III F 3, V III Cl 3) valentlikni namoyon qilishi mumkinligini ko'rsatadi.

Vanadiy atomi qo'zg'aluvchan holatga o'tishga qodir: 4s pastki sathidagi elektronlar juftlashgan va ulardan biri 3d pastki sathining bo'sh orbitalini egallaydi:

Beshta juftlashtirilmagan elektronning mavjudligi vanadiy o'z birikmalarida ham V valentligini ko'rsatadi (V V 2 O 5, V V F 5).

Ma'lumki, vanadiy II (V II O) va IV (V IV O 2, V IV Cl 4) valentlikka ega.

Muammoni hal qilishga misollar

MISOL 1

Vanadiy(Vanadiy), V, Mendeleyev davriy sistemasining V guruhining kimyoviy elementi; atom raqami 23, atom massasi 50,942; po'lat kulrang metall. Tabiiy vanadiy ikkita izotopdan iborat: 51 V (99,75%) va 50 V (0,25%); ikkinchisi zaif radioaktivdir (yarimparchalanish davri T ½ = 10 14 yil). Vanadiy 1801 yilda meksikalik mineralog A. M. del Rio tomonidan meksikalik jigarrang qo'rg'oshin rudasida topilgan va qizdirilgan tuzlarning go'zal qizil rangi tufayli eritronium (yunoncha erythros - qizil) nomini olgan. 1830-yilda shved kimyogari N.G.Sefstryom Taberg (Shvetsiya) temir rudasidan yangi elementni topdi va uni qadimgi Norse go'zallik ma'budasi Vanadis sharafiga Vanadiy deb nomladi. Ingliz kimyogari G. Rosko 1869 yilda VCl 2 ni vodorod bilan qaytargan holda kukun holidagi metall Vanadiyni oldi. Vanadiy 20-asr boshidan sanoat miqyosida qazib olindi.

Yer qobig'idagi vanadiyning miqdori massa bo'yicha 1,5 · 10 -2% ni tashkil qiladi, u juda keng tarqalgan element, ammo jinslar va minerallarda tarqalgan. Ko'p miqdordagi vanadiy minerallaridan patronit, roskoelit, dekloizit, karnotit, vanadinit va boshqalar sanoat ahamiyatiga ega. Titanomagnit va cho'kindi (fosforli) temir rudalari, shuningdek oksidlangan mis-qo'rg'oshin-rux rudalari vanadiyning muhim manbai hisoblanadi. Vanadiy uran xomashyosi, fosforitlar, boksit va turli organik konlarni (asfaltitlar, neft slanetslari) qayta ishlashda qoʻshimcha mahsulot sifatida olinadi.

Vanadiyning fizik xossalari. Vanadiy a = 3,0282 Å davriga ega bo'lgan tana markazli kubik panjaraga ega. Sof holatda, vanadiy soxta, bosim bilan ishlov berish oson. Zichlik 6,11 g / sm 3; t pl 1900 ° S, t bp 3400 ° S; o'ziga xos issiqlik(20-100 ° S da) 0,120 kal / g · deg; chiziqli kengayishning termal koeffitsienti (20-1000 ° S da) 10,6 · 10 -6 deg -1; 20 ° C da o'ziga xos elektr qarshilik 24,8 · 10 -8 ohm · m (24,8 · 10 -6 ohm · sm); 4,5 K dan past bo'lsa, vanadiy o'ta o'tkazuvchanlik holatiga o'tadi. Yuvishdan keyin yuqori toza vanadiyning mexanik xususiyatlari: elastik modul 135,25 n / m 2 (13520 kgf / mm 2), yakuniy quvvat 120 mn / m 2 (12 kgf / mm 2), cho'zilish 17%, Brinell qattiqligi 700 mn / m 2 (70 kgf / mm 2). Gaz aralashmalari vanadiyning plastikligini keskin kamaytiradi, uning qattiqligi va mo'rtligini oshiradi.

Vanadiyning kimyoviy xossalari. Oddiy haroratda vanadiy havo, dengiz suvi va gidroksidi eritmalarga ta'sir qilmaydi; gidroflorik kislota bundan mustasno, oksidlovchi bo'lmagan kislotalarga chidamli. Xlorid va sulfat kislotalarda korroziyaga chidamliligi bo'yicha vanadiy titan va zanglamaydigan po'latdan sezilarli darajada ustundir. 300 ° C dan yuqori havoda qizdirilganda vanadiy kislorodni o'zlashtiradi va mo'rt bo'ladi. 600-700 ° S haroratda vanadiy V 2 O 5 oksidi, shuningdek quyi oksidlar hosil bo'lishi bilan intensiv oksidlanadi. Vanadiyni azot oqimida 700 ° C dan yuqori qizdirilganda, suv va kislotalarda barqaror bo'lgan nitrid VN hosil bo'ladi (qaynoq harorati 2050 ° C). Vanadiy uglerod bilan o'zaro ta'sir qiladi yuqori harorat, yuqori qattiqlikka ega bo'lgan refrakter karbid VC (2800 ° C erish nuqtasi) berib.

Vanadiy 2, 3, 4 va 5 valentliklarga mos keladigan birikmalar beradi; shunga ko'ra, oksidlar ma'lum: VO va V 2 O 3 (asosiy xususiyatga ega), VO 2 (amfoter) va V 2 O 5 (kislotali). 2 va 3 valentli vanadiy birikmalari beqaror va kuchli qaytaruvchi moddalardir. Yuqori valentli birikmalar amaliy ahamiyatga ega. Vanadiyning turli valentli birikmalar hosil qilish tendentsiyasi analitik kimyoda qo'llaniladi va V 2 O 5 ning katalitik xususiyatlarini ham aniqlaydi. Vanadiy (V) oksidi ishqorlarda eriydi va vanadatlar hosil qiladi.

Vanadiyni olish. Vanadiyni olish uchun quyidagilar qo'llaniladi: ruda yoki ruda konsentratini kislotalar va ishqorlar eritmalari bilan to'g'ridan-to'g'ri yuvish; xom ashyoni kaltsiylash (ko'pincha NaCl qo'shilishi bilan), so'ngra kaltsiylangan mahsulotni suv yoki suyultirilgan kislotalar bilan yuvish. Gidratlangan vanadiy (V) oksidi eritmalardan gidroliz usulida ajratib olinadi (pH=1-3). Tarkibida vanadiy bo‘lgan temir rudalari yuqori o‘choqda eritilganda vanadiy cho‘yanga aylanadi, undan po‘lat qayta ishlanib, tarkibida 10-16% V 2 O 5 bo‘lgan shlaklar olinadi. Vanadiy shlaklari stol tuzi bilan qovuriladi. Olovli material suv bilan, keyin suyultirilgan sulfat kislota bilan yuviladi. Eritmalardan V 2 O 5 ajratiladi. Ikkinchisi ferrovanadiyni (35-70% vanadiyli temir qotishmalari) eritish va metall Vanadiy va uning birikmalarini olish uchun ishlatiladi. Egiluvchan metall Vanadiy sof V 2 O 5 yoki V 2 O 3 ni kalsiy-termik qaytarilish yoʻli bilan olinadi; alyuminiy bilan V 2 O 5 ni kamaytirish; vakuumli ugletermik kamaytirish V 2 O 3; magniyning termal qisqarishi VCl 3; vanadiy yodidning termal dissotsiatsiyasi. Vanadiy sarflanadigan elektrodli vakuumli kamon pechlarida va elektron nurli pechlarda eritiladi.

Vanadiydan foydalanish. Qora metallurgiya vanadiyning asosiy iste'molchisi (ishlab chiqarilgan barcha metallning 95% gacha). Vanadiy yuqori tezlikda ishlaydigan po'lat, uning o'rnini bosuvchi moddalar, past qotishma asbob va ba'zi strukturaviy po'latlarning bir qismidir. 0,15-0,25% vanadiyning kiritilishi bilan po'latning mustahkamligi, pishiqligi, charchoqqa chidamliligi va aşınma qarshiligi keskin oshadi. Po'latga kiritilgan vanadiy ham oksidlovchi, ham karbid hosil qiluvchi element hisoblanadi. Vanadiy karbidlari dispers qo'shimchalar shaklida taqsimlanadi, po'lat qizdirilganda donning o'sishini oldini oladi. Vanadiy po'latga ligature qotishmasi - ferrovanadiy shaklida kiritiladi. Vanadiy quyma temirni qotishma uchun ham ishlatiladi. Vanadiy iste'molchisi - titanium qotishma sanoati; ba'zi titanium qotishmalarida 13% gacha vanadiy mavjud. Niobiy, xrom va tantalga asoslangan vanadiy qo'shimchalari bo'lgan qotishmalar aviatsiya, raketasozlik va texnologiyaning boshqa sohalarida qo'llanilishini topdi. Aviatsiya, raketa va yadro texnologiyalarida foydalanish uchun Ti, Nb, W, Zr va Al qo'shilgan vanadiy asosidagi issiqlikka chidamli va korroziyaga chidamli qotishmalarning turli xil kompozitsiyalari ishlab chiqilmoqda. Vanadiyning Ga, Si va Ti bilan o'ta o'tkazuvchan qotishmalari va birikmalari qiziqish uyg'otadi.

Sof metall vanadiy atom energetikasida (yonilg'i elementlari, quvurlar uchun qobiqlar) va elektron qurilmalar ishlab chiqarishda qo'llaniladi. Vanadiy birikmalari kimyo sanoatida katalizator sifatida, qishloq xoʻjaligi va tibbiyotda, toʻqimachilik, lak-boʻyoq, kauchuk, kulolchilik, shisha, foto va kino sanoatida qoʻllaniladi.

Vanadiy birikmalari zaharli hisoblanadi. Vanadiz birikmalarini o'z ichiga olgan changni inhalatsiyalash orqali zaharlanish mumkin / Ular nafas yo'llarining tirnash xususiyati, o'pkadan qon ketishi, bosh aylanishi, yurak, buyraklar va boshqalar faoliyatining buzilishiga olib keladi.

Tanadagi vanadiy. Vanadiy o'simlik va hayvon organizmlarining doimiy tarkibiy qismidir. Vanadiyning manbalari - magmatik jinslar va slanetslar (tarkibida 0,013% vanadiy), shuningdek, qumtoshlar va ohaktoshlar (taxminan 0,002% vanadiy). Tuproqlarda vanadiy taxminan 0,01% ni tashkil qiladi (asosan gumusda); chuchuk va dengiz suvlarida 1 · 10 -7 -2 · 10 -7%. Quruqlik va suv o'simliklarida vanadiy miqdori quruqlik va dengiz hayvonlariga (1,5 · 10 -5 - 2 · 10 -4%) qaraganda ancha yuqori (0,16-0,2%). Vanadiy konsentratorlari quyidagilardir: Plumatella bryozoan, Pleurobranchus plumula mollyuskasi, dengiz bodringi Stichopus mobii, ba'zi assidiyalar, mog'orlardan qora aspergillus, zamburug'lardan esa zamburug'lar (Amanita muscaria).

Bugungi kunda ma'lum bo'lgan 115 kimyoviy elementlar orasida ko'plari yunon miflari qahramonlari, xudolar sharafiga o'z nomlarini oldilar. Boshqalar kashfiyotchilar va mashhur olimlarning ismlari bilan atalgan. Boshqalar mamlakatlar, shaharlar, geografik ob'ektlarga ko'ra nomlandi. Vanadiy kabi element nomining tarixi ayniqsa qiziq. Va o'zida bu metall juda muhim va o'ziga xos xususiyatlarga ega. Shuning uchun biz buni batafsilroq ko'rib chiqamiz.

Vanadiy davriy jadvaldagi kimyoviy elementdir

Agar biz ushbu elementni o'z pozitsiyasi bilan tavsiflasak, unda biz bir nechta asosiy fikrlarni ajratib ko'rsatishimiz mumkin.

1. U to'rtinchi yirik davrda, beshinchi guruh, asosiy kichik guruhda joylashgan.
2. Seriya raqami 23.
3. Elementning atom massasi 50,9415 ga teng.
4. Kimyoviy belgisi - V.
5. Lotincha nomi vanadiy.
6. Ruscha nomi vanadiy. Formulalardagi kimyoviy element "vanadiy" deb o'qiladi.
7. Bu odatiy metall bo'lib, kamaytiruvchi xususiyatga ega.

Elementlar sistemasidagi o'rnidan ko'rinib turibdiki, bu element oddiy modda sifatida tantal va niobiynikiga o'xshash xususiyatlarga ega bo'ladi.

Atom tuzilishining xususiyatlari

Vanadiy kimyoviy element bo'lib, 3d 3 4s 2 umumiy elektron formula bilan ifodalanadi. Shubhasiz, ushbu konfiguratsiya tufayli valentlik ham, oksidlanish darajasi ham teng bo'lmagan qiymatlarni namoyon qilishi mumkin.

Ushbu formula bizga oddiy modda sifatida vanadiyning xossalarini bashorat qilish imkonini beradi - bu juda ko'p miqdordagi turli xil birikmalarni, shu jumladan

Odatda valentlik va oksidlanish darajasi

3d pastki sathida uchta juftlashtirilmagan elektron mavjudligi sababli vanadiy +3 oksidlanish darajasini ko'rsatishi mumkin. Biroq, u yagona emas. Jami to'rtta mumkin bo'lgan qiymat mavjud:

Shu bilan birga, vanadiy - bu ham ikkita ko'rsatkichga ega: IV va V. Shuning uchun bu atom uchun juda ko'p birikmalar mavjud va ularning barchasi chiroyli rangga ega. Ayniqsa, suv komplekslari va metall tuzlari bu bilan mashhur.

Vanadiy: kimyoviy element. Ismlar tarixi

Agar biz ushbu metallning kashf etilishi tarixi haqida gapiradigan bo'lsak, unda siz murojaat qilishingiz kerak XVIII boshi asr. Aynan shu davrda, ya'ni 1801 yilda meksikalik del Rio qo'rg'oshin jinsi tarkibida unga noma'lum elementni topishga muvaffaq bo'ldi, uning namunasini o'rgandi. Bir qator tajribalar natijasida del Rio bir nechta chiroyli rangli metall tuzlarini oldi. U unga "eritron" nomini berdi, lekin keyinchalik uni xrom tuzlari deb adashtirdi, shuning uchun u kaftni kashfiyotda olmagan.

Keyinchalik boshqa olim shved Sefstrem bu metallni temir rudasi tarkibidan ajratib olishga muvaffaq bo'ldi. Bu kimyogar elementning yangi va noma'lum ekanligiga shubha qilmagan. Demak, u kashfiyotchidir. Yens Berzelius bilan birgalikda kashf etilgan element - vanadiyga nom berdi.

Nima uchun aynan shunday? Qadimgi Nors mifologiyasida sevgi, qat'iyat, sadoqat va sadoqatning timsoli bo'lgan bitta ma'buda bor. Uning ismi Vanadis edi. Olimlar element birikmalarining xususiyatlarini o'rganib chiqqandan so'ng, ular juda chiroyli, rangli ekanligi ularga ayon bo'ldi. Va qotishmalarga metall qo'shilishi ularning sifati va mustahkamligi va barqarorligini keskin oshiradi. Shuning uchun, ma'buda Vanadis sharafiga nom g'ayrioddiy va muhim metallga berilgan.

Vanadiy kimyoviy element bo'lib, keyinchalik shaklda olingan. Faqat 1869 yilda ingliz kimyogari G. Rosko toshdan erkin metalni ajratib olishga muvaffaq bo'ldi. Yana bir olim F.Veller del Rio tomonidan bir marta kashf etilgan “xrom” vanadiy ekanligini isbotladi. Biroq, meksikalik shu kungacha yashamadi va uning kashfiyotidan xabar topmadi. Elementning nomi Rossiyaga G.I.Hess tufayli keldi.

Oddiy modda vanadiy

Oddiy modda sifatida ko'rib chiqilayotgan atom metalldir. U bir qator jismoniy xususiyatlarga ega.

1. Rang: kumushrang oq, yorqin.
2. Mo'rt, qattiq, og'ir, chunki zichligi 6,11 g / sm 3.
3. Erish nuqtasi 1920 0 S ni tashkil qiladi, bu esa uni o'tga chidamli metallarga qarashga imkon beradi.
4. Havoda oksidlanmaydi.

Tabiatda uni erkin holda topish mumkin emasligi sababli, odamlar uni turli minerallar va jinslar tarkibidan ajratib olishga majbur bo'ladilar.

Vanadiy - bu qizdirilganda va ma'lum sharoitlarda ancha yuqori kimyoviy faollik ko'rsatadigan metall kimyoviy element. Agar standart parametrlar haqida gapiradigan bo'lsak muhit, keyin u faqat konsentrlangan kislotalar, aqua regia bilan reaksiyaga kirisha oladi.

Ayrim nometallar bilan ikkilik birikmalar hosil qiladi, reaksiyalar yuqori haroratda kechadi. Eritmalarda ishqorlar eriydi, komplekslar - vanadatlar hosil qiladi. Kislorod kuchli oksidlovchi sifatida vanadiyda eriydi va qancha ko'p bo'lsa, aralashmaning isitish harorati shunchalik yuqori bo'ladi.

Mavjudlik va izotoplar

Agar ko'rib chiqilayotgan atomning tabiatda tarqalishi haqida gapiradigan bo'lsak, vanadiy tarqoqlarga tegishli kimyoviy elementdir. Bu deyarli barcha yirik jinslar, rudalar va minerallarning bir qismidir. Lekin hech bir joyda 2% dan ortiq emas.

Bular quyidagi zotlardir:

• vanadinit;
• patronit;
• karnotit;
• chileyt.

Shuningdek, siz ushbu metallni kompozitsiyada topishingiz mumkin:

• o'simlik kuli;
• okean suvi;
• ascidianlarning tanalari, dengiz bodringlari;
• quruqlikdagi o'simliklar va hayvonlarning organizmlari.

Agar vanadiy izotoplari haqida gapiradigan bo'lsak, ularning ikkitasi bor: massa soni 51, ularning aksariyati 99,77% va massa soni 50 ga teng, radioaktiv tarqalib, ahamiyatsiz miqdorda bo'ladi.

Vanadiy birikmalari

Yuqorida biz yuqorida aytib o'tgan edik, bu metall kimyoviy element sifatida juda ko'p miqdordagi turli xil birikmalarni hosil qilish uchun etarli faollikni namoyish etadi. Shunday qilib, vanadiy ishtirokidagi moddalarning quyidagi turlari ma'lum.

1. Oksidlar.
2. Gidroksidlar.
3. Ikkilik tuzlar (xloridlar, ftoridlar, bromidlar, sulfidlar, yodidlar).
4. Oksik birikmalar (oksixloridlar, oksibromidlar, oksitriftoridlar va boshqalar).
5. Murakkab tuzlar.

Elementning valentligi etarlicha keng bo'lgani uchun juda ko'p moddalar olinadi. uy o'ziga xos xususiyat ularning barchasi rang-barangdir. Vanadiy kimyoviy element bo'lib, uning birikmalari rangi oq va sariqdan qizil va ko'kgacha, jumladan, yashil, to'q sariq, qora va binafsha ranggacha bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi. Bu qisman ular atomga nom berishlarining sababi, chunki u haqiqatan ham juda chiroyli ko'rinadi.

Biroq, ko'pgina birikmalar faqat juda og'ir reaktsiya sharoitida olinadi. Bundan tashqari, ularning aksariyati odamlar uchun xavfli bo'lgan zaharli moddalardir. Moddalarning yig'ilish holati juda boshqacha bo'lishi mumkin. Masalan, xloridlar, bromidlar va ftoridlar ko'pincha quyuq pushti, yashil yoki qora kristallardir. Oksidlar esa kukun shaklida bo'ladi.

Metall ishlab chiqarish va ulardan foydalanish

Vanadiy uni tog' jinslari va rudalardan ajratish yo'li bilan olinadi. Bundan tashqari, metallning hatto 1% ni o'z ichiga olgan minerallar vanadiyga juda boy hisoblanadi. Temir va vanadiy aralashmasining namunasini ajratib bo'lgach, u konsentrlangan eritmaga o'tkaziladi. Natriy vanadati undan kislotalash yo'li bilan ajratiladi, keyinchalik undan yuqori konsentrlangan namuna olinadi, metall miqdori 90% gacha.

Keyin bu quritilgan cho'kma pechda kalsinlanadi va vanadiy metall holatga keltiriladi. Ushbu shaklda material foydalanishga tayyor.

Vanadiy sanoatda keng qo'llaniladigan kimyoviy elementdir. Ayniqsa, mashinasozlik va po'lat qotishmalarini eritishda. Metalldan foydalanishning bir nechta asosiy yo'nalishlarini aniqlash mumkin.

1. To'qimachilik sanoati.
2. Shisha yasash.
3. Keramika va kauchuk ishlab chiqarish.
4. Bo'yoq va lak sanoati.
5. Kimyoviy moddalarni olish va sintez qilish (sulfat kislota ishlab chiqarish).
6. Yadro reaktorlarini ishlab chiqarish.
7. Aviatsiya va kemasozlik, mashinasozlik.

Vanadiy engil, kuchli, korroziyaga chidamli qotishmalar, asosan po'lat ishlab chiqarish uchun juda muhim qotishma komponent hisoblanadi. Uni “avtomobil metalli” deb bejiz aytishmagan.

TA’RIF

Vanadiy davriy sistemaning ikkilamchi (B) kichik guruhi V guruhining toʻrtinchi davrida joylashgan.

d - oilasining elementlariga ishora qiladi. Metall. Belgilanishi - V. Seriya raqami - 23. Nisbiy atom massasi - 50,941 amu.

Vanadiy atomining elektron tuzilishi

Vanadiy atomi musbat zaryadlangan yadrodan (+23) iborat boʻlib, uning ichida 23 ta proton va 28 ta neytron boʻlib, atrofida 4 ta orbita boʻylab 23 ta elektron harakatlanadi.

1-rasm. Vanadiy atomining sxematik tuzilishi.

Elektronlarning orbital taqsimoti quyidagicha:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 .

Vanadiy atomining tashqi energiya darajasida valentlik bo'lgan 5 ta elektron mavjud. Kaltsiyning oksidlanish darajasi +5 ga teng. Asosiy holatning energiya diagrammasi quyidagi shaklni oladi:

Diagrammaga asoslanib, vanadiyning oksidlanish darajasi ham +3 ekanligini ta'kidlash mumkin.

Muammoni hal qilishga misollar

MISOL 1

Qaytish