Vanadij oksid: formule, svojstva

Do sredine 20. stoljeća pojam "metali strateške važnosti" pojavio se u kemijskoj znanosti. To je značilo skupinu elemenata čija su fizikalno-kemijska svojstva dopuštala da se koriste u proizvodnji vojno-industrijskog kompleksa. To su metali poput kroma, tantala, niobija, molibdena i volframa. Vanadij, čija je svojstva u ovom članku, s pravom zauzima jedno od središnjih mjesta među metalima koji se koriste u modernom inženjeringu, metalurškoj metalurškoj, instrumentalnoj i kemijskoj proizvodnji. Metal formira četiri oksida s kisikom, s valencijom od 2, 3, 4 i 5. Najzanimljiviji je spoj s najvišim stupnjem oksidacije metala - V₂

Upoznali smo se s vanadijem

U kemijskoj znanosti postoji dugo utvrđeno pravilo koje navodi da karakteristika kemijskog elementa mora početi sa svojim položajem u periodičkom sustavu D.I. Sveučilište Mendeleev. Kemijska formula vanadija kao jednostavna tvar je V, broj reda je 23, a atomska masa 50.9414. Nalazi se u četvrtom razdoblju, peta skupina i, zajedno s niobijem i tantalom, tipično je predstavnik vatrostalnih metala. uzorci čista supstanca Plastično i srebrno sive boje. Vanadij atom d elementa ima energetsku razinu u posljednja dva s-elektrona, ali će također biti negativna valencija i onih čestica koje se nalaze na d-podrazini četvrte razine.

Gdje se metal susreće i koja su njegova fizička svojstva

Element u samom čistom obliku ne može se naći u prirodi. No, ona je prisutna kao obvezna komponenta polimetalnih i željeznih ruda. Ranije smo razgovarali o plastičnosti i savitljivosti jednostavne tvari, sad dodati da su važna fizikalna svojstva vanadija - visoka temperatura vrelišta i tališta, jednake 3400 ° C i 1920 ° C Poput titana, oštro pogoršava svoje fizičko-kemijske parametre kada onečišćuje nečistoće poput dušika, vodika ili kisika. Osobito se smanjuje njegova plastičnost i mehanička čvrstoća, a vanadij postaje krhki.

Posebna kemijska svojstva

Metal je sposoban za pasiviranje, tj. ima jedinstvenu sposobnost da izdrži djelovanje agresivnih kemijskih sredstava: otopine kiselina, lužina i soli, stvarajući na svojoj površini zaštitni film - vanadij oksid. Kristalna rešetka elementa ima kubičnu strukturu. Također imamo na umu da je otpornost na antikorozivnost čelika koji sadrže element vrlo visoka, što im omogućuje da se koriste kao nosiva sidrišta za mostove i bušilice nafte na moru. Nemoguće je zamisliti modernu instrumentalnu produkciju bez čelika koji sadrže vanadij. Zajedno s niobijem, kromom i titanom, element se koristi za legiranje posebnih legura koje se koriste u raketnom inženjerstvu i prostornoj industriji. Međutim, koncentrirani nitrat i sulfatna kiselina, otopina vodikovog fluorida u vodi i mješavina kloridnih i nitratnih kiselina, zvane kraljevska votka, lako reagiraju s metalom. Element vanadija kao jednostavna supstanca može reagirati s klorom, bromom, sumporom i formiraju se odgovarajuće soli. S kisikom daje nekoliko oksida, koji se jako razlikuju po kemijskim svojstvima. Razmotrimo ih dalje.

Osnovni i amfoterni oksidi

Metal formira dva oksida - VO i V₂O₃, koji pokazuju tipična osnovna svojstva. U laboratoriju, monoksid se proizvodi redukcijskom reakcijom V₂O₅ fino vanadijev prah. Osnovni oksidi reagiraju s kiselinskim otopinama da se dobiju odgovarajuće soli. A već je od njih moguće primiti hidrokside, provodeći reakciju razmjene s lužinama. Vanidij oksid (III) se nalazi kao komponenta karelianitnog minerala, ali se dobiva u laboratorijskim uvjetima uz grijanje V₂O₅ s sumporom, ugljem ili vodikom. Oba bazična oksida imaju izrazito smanjenje svojstava. VO oksid₂ - ovo je tipičan amfoterni spoj koji reagira s obje kiseline i alkalijama. U otopini čiji je pH manji od 7, pozitivni naboj vanadil iona VO²⁺, dajući otopinu svijetlo plavu boju, te se u alkalnoj sredini formiraju polivadna kiselina kiseline. Vanadij oksid (IV) privlači vodu, tj. je higroskopna tvar, ponaša se kao redukcijsko sredstvo u reakcijama.

Vanadij hemipenoksid

Spoj čije je formula V₂O₅ - najvažniji metalni oksid. Ova narančasta, narančasta, kristalinična tvar reagira s lužinama u obliku vanadata - soli HVO-a metavanadinske kiseline₃. Naširoko koristi kao katalizator u reakciji oksidacije sumpornog dioksida u sumpornu anhidridu u industrijskoj proizvodnji sulfatne kiseline. Vanadij pentoksid ima rombetsku kristalnu rešetku i znakove amfoterne s dominantnim svojstvima kiselinskog oksida. U reakcijama se ponaša kao jak oksidator. Spoj se koristi u tehnologijama proizvodnje stakla, lijekova i organske sinteze.

Metode za ekstrakciju vanadija iz njegovih spojeva

Ranije smo spomenuli da je metal sastavni dio željezne rude. U proizvodnji visokih peći, element, zajedno s nečistoćama ugljika i fosfora, prolazi u lijevano željezo. u taljenje čelika vanadij oksid 5 se taloži u sastavu troske, gdje njegov sadržaj može dosegnuti 16%. Dodavanjem soli i prženja smjese u pećima dobiva se produkt koji se zatim otopi u vodi. Nastali vodeni koncentrat se tretira sa sulfatnom kiselinom i V₂O₅. Da bi se izolirali čisti vanadij iz oksida, može se koristiti metoda calcicthermium - smanjenje metala uz pomoć metalnog kalcija. Da bi se smanjili tehnološki troškovi u reakciji s vanadijevim pentoksidom, umjesto kalcija, često se koristi aluminij. Metal se također može dobiti smanjenjem oksida trovalentnog vanadija ugljenom.

Biološka uloga

Vanadij je prisutan u živim organizmima kao mikroelement, koji je dio međustanične tekućine morskih ehinoda. Kod holoturijana i morskih určica povezana je s proteinima koji obavljaju funkciju transportiranja u stanice kisika i uklanjanje ugljičnog dioksida. Blagi sadržaj elementa u organizama toplokrvnih životinja i ljudi, gdje se nalazi u enzimima pankreasa, u neurogliji i nefronu. U biljkama mikroelement sudjeluje kao enzim tamne faze fotosinteze i utječe na razinu klorofilnog pigmenta prisutnog u kloroplastima. Također se nalazi u bakterijama čvora, koje su dušikovi fikseri, u tkivima viših gljiva. U sastavu chernozem, zajedno s spojevima bora, bakra, cinka i mangana, vanadijev oksid utječe na plodnost tla.

U ovom smo radu proučavali osnovna svojstva vanadija i njegovih oksida, te ispitivali upotrebu njegovih spojeva u industriji.