Līdz 20. gadsimta vidum ķīmijas zinātnē parādījās termins - stratēģiskas nozīmes metāli. Tas nozīmēja elementu grupu, kuras fizikāli ķīmiskās īpašības ļāva tos izmantot militāri rūpnieciskā kompleksa ražošanā. Mēs runājam par tādiem metāliem kā hroms, tantals, niobijs, molibdēns un volframs. Vanādijs, kura īpašības mēs aplūkosim šajā rakstā, arī pamatoti ieņem vienu no centrālajām vietām starp metāliem, ko izmanto mūsdienu mašīnbūvē, melnajā metalurģijā, instrumentu un ķīmisko vielu ražošanā. Metāls ar skābekli veido četrus oksīdus, uzrādot tajos valenci 2, 3, 4 un 5. 5, ko mēs pētīsim sīkāk.
Iepazīstieties ar vanādiju
Ķīmijas zinātnē ir sen iedibinātsnoteikums, kas nosaka, ka ķīmiskā elementa raksturojums jāsāk ar tā atrašanās vietu D. I. periodiskajā sistēmā. Mendeļejevs. Vanādija kā vienkāršas vielas ķīmiskā formula ir V, sērijas numurs ir 23, atomu masa ir 50, 9414. Tas atrodas ceturtajā periodā, piektajā grupā un kopā ar niobiju un tantalu ir tipisks pārstāvis ugunsizturīgi metāli. Tīras vielas paraugi ir plastmasas un tiem ir sudrabaini pelēka krāsa. Vanādija atoms ir d-elements, tam ir divi s-elektroni pēdējā enerģijas līmenī, tomēr tās negatīvās daļiņas, kas atrodas tā paša ceturtā līmeņa d apakšlīmenī, arī būs valences.
Kur ir atrasts metāls un kādas ir tā fizikālās īpašības
Pašu elementu tīrā veidā dabā nevar atrast. Bet polimetāla un dzelzs rūdās tas ir klāt kā obligāta sastāvdaļa. Iepriekš mēs runājām par vienkāršas vielas plastiskumu un kaļamību, tagad mēs piebildīsim, ka vanādija svarīgās fizikālās īpašības ir augsta viršanas un kušanas temperatūra, kas ir vienāda ar attiecīgi 3400 ° C un 1920 ° C. Tāpat kā titāns, tas krasi pasliktina tā fizikālos un ķīmiskos parametrus, ja ir piesārņots ar piemaisījumiem, piemēram, slāpekli, ūdeņradi vai skābekli. Jo īpaši samazinās tā elastība un mehāniskā izturība, un vanādijs kļūst trausls.
Īpašas ķīmiskās īpašības
Metāls ir spējīgs pasivēties, t.i. ir unikāla spēja izturēt agresīvas ķīmiskās vides iedarbību: skābju, sārmu un sāļu šķīdumus, veidojot uz tās virsmas aizsargplēvi -vanādija oksīds. Elementa kristāliskajam režģim ir kubiska struktūra. Tāpat jāņem vērā, ka elementu saturošo tēraudu izturība pret koroziju ir ļoti augsta, kas ļauj tos izmantot kā nesošos stiprinājumus tiltu balstiem un jūras naftas urbšanas platformām. Mūsdienu instrumentu ražošanu nav iespējams iedomāties bez vanādiju saturošiem tēraudiem. Elements kopā ar niobiju, hromu un titānu tiek izmantots īpašu sakausējumu leģēšanai, ko izmanto raķešu zinātnē un kosmosa rūpniecībā. Tomēr koncentrētas nitrātu un sulfātu skābes, ūdeņraža fluorīda šķīdums ūdenī un hlorīda un nitrāta skābju maisījums, ko sauc par aqua regia, viegli mijiedarbojas ar metālu. Elements vanādijs kā vienkārša viela var reaģēt ar hloru, bromu, sēru, un veidojas attiecīgie sāļi. Ar skābekli tas dod vairākus oksīdus, kas ļoti atšķiras pēc to ķīmiskajām īpašībām. Apsveriet tos sīkāk.
Pamata un amfoteriskie oksīdi
Metāls veido divus oksīdus, VO un V2O3, kuriem piemīt tipiskas pamatīpašības. Laboratorijā monoksīdu iegūst reducēšanas reakcijā V2O5 smalks vanādija pulveris. Bāzes oksīdi reaģē ar skābes šķīdumiem, veidojot atbilstošos sāļus. Un jau no tiem var iegūt hidroksīdus, veicot apmaiņas reakciju ar sārmiem. Vanādija (III) oksīds ir atrodams kā minerāla karelianīta sastāvdaļa, un to iegūst laboratorijā, karsējot V2O5 ar sēru, ogles vai ūdeņradis. Abiem pamata oksīdiem ir izteikti izteiktas reducējošās īpašības. Oksīds VO2 ir tipisks amfotērisks savienojums, kas reaģē gan ar skābēm, gan sārmiem. Šķīdumā, kura pH ir mazāks par 7, tiek atrasti pozitīvi lādēti vanadila joni VO2+, kas šķīdumam piešķir gaiši zilu krāsu, un sārmainā vidē veidojas polivanadīnskābes sāļi. Vanādija (IV) oksīds pievelk ūdeni, t.i. ir higroskopiska viela, reakcijās tā uzvedas kā reducētājs.
Vanādija hemipentoksīds
Savienojums, kura formula ir V2O5, ir vissvarīgākais metāla oksīds. Tā ir ūdenī šķīstoša oranža kristāliska viela, kas reaģē ar sārmiem, veidojot vanadātus – metavanādskābes sāļus HVO3. To plaši izmanto kā katalizatoru sēra dioksīda oksidēšanai par sēra anhidrīdu sulfātskābes rūpnieciskajā ražošanā. Vanādija pentoksīdam ir rombveida kristāla režģis un amfoteritātes pazīmes ar pārsvaru skābā oksīda īpašībām. Reakcijās tas darbojas kā spēcīgs oksidētājs. Savienojumu izmanto stikla tehnoloģijā, medicīnā un organiskajā sintēzē.
Metodes vanādija ekstrakcijai no tā savienojumiem
Mēs iepriekš minējām, ka metāls ir dzelzsrūdas sastāvdaļa. Domnas ražošanā elements kopā ar oglekļa un fosfora piemaisījumiem pāriet čugunā. Tēraudu kausējot, vanādija oksīds 5 izgulsnējas izdedžu sastāvā, kur tā saturs var sasniegt 16%. Papildinot togalda sāli un maisījumu apgrauzdējot krāsnīs, iegūst produktu, ko tālāk šķīdina ūdenī. Iegūto ūdens koncentrātu apstrādā ar sulfātskābi un no tā izdala V2O5. Lai izolētu tīru vanādiju no oksīda, varat izmantot kalcija termisko metodi - metālu reducēšanu, izmantojot metālisko kalciju. Lai samazinātu tehnoloģiskās izmaksas reakcijā ar vanādija pentoksīdu, kalcija vietā bieži izmanto alumīniju. Metālu var iegūt arī, reducējot trīsvērtīgo vanādija oksīdu ar akmeņoglēm.
Bioloģiskā loma
Vanādijs dzīvo organismu sastāvā ir kā mikroelements, kas ir daļa no jūras adatādaiņu starpšūnu šķidruma. Holotūriem un jūras ežiem tas ir saistīts ar olb altumvielām, kas veic skābekļa transportēšanas funkciju uz šūnām un oglekļa dioksīda izvadīšanu. Elementa saturs ir nenozīmīgs siltasiņu dzīvnieku un cilvēku organismos, kur tas ir aizkuņģa dziedzera enzīmu sastāvā, neiroglijās un nefronos. Augos mikroelements ir iesaistīts kā enzīms fotosintēzes tumšajā fāzē un ietekmē hlorofila pigmenta līmeni, kas atrodas hloroplastos. Tas ir atrodams arī mezgliņu baktērijās, kas ir slāpekļa fiksatori, augstāko sēņu audos. Kā daļa no chernozem, kā arī bora, vara, cinka un mangāna savienojumi, vanādija oksīds ietekmē augsnes auglību.
Mūsu rakstā mēs pētījām vanādija un tā oksīdu pamatīpašības, kā arī apsvērām tā savienojumu izmantošanunozare.
