№23 Ванадий

История открытия:

В 1801г Дель-Рио в г. Мехико обнаружил признаки существования нового элемента в свинцовой руде. За яркую окраску соединений элемент был назван панхромием, а затем эритронием (от греч. "панхрома" - окрашенный различно и "эритрос" - красный). Позже Дель-Рио прищел к выводу, что элемент, с которым он работал, был плохо очищенным хромом. В 1830г О. Сефстрем второй раз открыл ванадий в пробе чугуна, полученного из шведской руды, и назвал новый элемент в честь богини Ванадис (из скандинавской мифологии). Ф.Вёлер в 1831г. доказал, что эритроний Дель-Рио и ванадий Сефстрема - одно и тоже вещество.

Нахождение в природе, получение:

Соединения ванадия нередко встречаются, хотя и в ничтожно малых количествах, в железных рудах и некоторых глинах; при обработке ванадистых руд железа Содержание ванадия в земной коре 1,6·10^-2% по массе, в воде океанов 3.10^-7%. Важнейшие минералы: патронит V(S₂)₂, ванадинит Pb₅(VO₄)₃Cl и некоторые другие. Основной источник получения ванадия - железные руды, содержащие ванадий как примесь.
Ванадий получают из ванадомагнетитов,титаномагнетитов, карнотитовых руд (содержащих 1% ванадия) и др. Железосодержащие шлаки переводят в ванадаты прокаливанием с хлоридом натрия; раствор разлагают кислотами и выделяют пентаоксид ванадия V₂O₅. Из пентаоксида ванадий можно получить восстановлением металлическим кальцием, углем или водородом.
Иодидный метод получения чистого ванадия основан на разложении иодида ванадия(II) при 900°C: VI₂ = V + I₂
В технике обычно используют сплавы ванадия с железом, т.е. феррованадий, получаемый алюмотермическим путем из смеси окислов ванадия (или ванадата кальция) с окислами железа.

Физические свойства:

Светло-серый, тугоплавкий металл, по внешнему виду похожий на сталь, проявляющий значительную пластичность и кристаллизующийся в объемно-центрированной кубической решетке. Примеси делают его хрупким.
Температура плавления 1920°C, температура кипения около 3400°C, плотность 6,11 г/см³.

Химические свойства:

Ванадий стоек к окислению и с кислородом, галогенами, серой реагирует лишь при нагревании. С водородом дает прочный гидрид черного цвета. С углеродом ванадий взаимодействует при высокой температуре, давая тугоплавкий карбид VC (t_пл = 2800°С), обладающий высокой твёрдостью. В концентрированных кислотах - азотной, плавиковой, серной, хлорной - растворим.

Важнейшие соединения:

Ванадий даёт соединения, отвечающие валентностям 2 (фиолетовая окраска), 3 (зеленая окраска), 4 (синяя окраска) и 5 (желто-оранжевая). Соединения ванадия в степенях окисления +2 и +3 - сильные восстановители, в степени окисления +5 проявляют свойства окислителей.
Оксиды - известны: VO и V₂O₃ (имеющие основной характер), VO₂ (амфотерный, темно-синий ) и V₂O₃ (кислотный).
Оксид ванадия(V), V₂O₅ - оранжевый порошок, кислотный оксид, получается окислением ванадия в кислороде при нагревании: 2V + 5/2 O₂ = V₂O₅
При растворении оксида ванадия(V) в щелочах при невысоких температурах получаются орто- и пированадаты:
V₂O₅ + 6NaOH = 2Na₃VO₄ + 3H₂O;      V₂O₅ + 4NaOH = Na₄V₂O₇ + 2H₂O
При нагревании образуются триметаванадаты: V₂O₅ + 6NaOH = 2Na₃V₃O₉ + 3H₂O
Состав водных растворов различных ванадатов зависит как от концентрации раствора, так и от рН.
Соединения с галогенами - ванадий образует галогениды составов VX₂ (X = F, Cl, Br, I), VX₃, VX₄ (X = F, Cl, Br), VF₅ и несколько оксогалогенидов (VOCl, VOCl₂, VOF₃ и др.).
...

Применение:

Ванадий в основном используется как легирующая добавка при получении износоустойчивых, жаропрочных и коррозионно-стойких сплавов (прежде всего, специальных сталей), как компонент при получении магнитов. Чистый металлический ванадий используют в атомной энергетике (оболочки для тепловыделяющих элементов, трубы) и в производстве электронных приборов.
Оксид ванадия V₂O₅ служит эффективным катализатором, например, при окислении сернистого газа SO₂ в оксид серы(VI) SO₃ при производстве серной кислоты.
Соединения ванадия находят разнообразное применение в различных отраслях промышленности (текстильной, стекольной, лакокрасочной и др.).
Ванадий и его соединения токсичны. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза — 2-4 мг. Для V₂O₅ ПДК в воздухе 0,1-0,5 мг/м³.

Мислер М.И.
ХФ ТюмГУ, 561/1 группа