در اواسط قرن بیستم، اصطلاحی در علم شیمی ظاهر شد - فلزات دارای اهمیت استراتژیک. این به معنای گروهی از عناصر بود که خواص فیزیکوشیمیایی آنها امکان استفاده از آنها را در تولید مجتمع نظامی-صنعتی فراهم می کرد. ما در مورد فلزاتی مانند کروم، تانتالم، نیوبیم، مولیبدن و تنگستن صحبت می کنیم. وانادیوم، که خواص آن را در این مقاله بررسی خواهیم کرد، به درستی یکی از مکان های اصلی را در میان فلزات مورد استفاده در مهندسی مکانیک مدرن، متالورژی آهنی، ابزار و تولید مواد شیمیایی به خود اختصاص داده است. این فلز با اکسیژن چهار اکسید تشکیل می دهد که ظرفیت 2، 3، 4 و 5 را در آنها نشان می دهد.
ملاقات با وانادیوم
در علم شیمی، از دیرباز وجود داردقاعده ای که بیان می کند که توصیف یک عنصر شیمیایی باید با موقعیت آن در سیستم تناوبی D. I آغاز شود. مندلیف فرمول شیمیایی وانادیم به عنوان یک ماده ساده V، شماره سریال 23، جرم اتمی 50، 9414 است. در دوره چهارم، گروه پنجم قرار دارد و همراه با نیوبیم و تانتالیوم، نماینده معمولی است. فلزات نسوز نمونه های یک ماده خالص پلاستیکی و دارای رنگ خاکستری نقره ای است. اتم وانادیوم یک عنصر d است، دارای دو الکترون s در آخرین سطح انرژی است، اما آن ذرات منفی که در سطح فرعی d همان سطح چهارم قرار دارند نیز ظرفیت خواهند بود.
فلز در کجا یافت می شود و خواص فیزیکی آن چیست
خود عنصر را نمی توان به شکل خالص خود در طبیعت یافت. اما به عنوان یک جزء واجب در کانی های چند فلزی و آهن وجود دارد. قبلاً در مورد انعطاف پذیری و چکش خواری یک ماده ساده صحبت کردیم، اکنون اضافه می کنیم که خواص فیزیکی مهم وانادیم نقطه جوش و ذوب بالا به ترتیب برابر با 3400 درجه سانتیگراد و 1920 درجه سانتیگراد است. مانند تیتانیوم، هنگامی که به ناخالصی هایی مانند نیتروژن، هیدروژن یا اکسیژن آلوده شود، به شدت پارامترهای فیزیکی و شیمیایی خود را بدتر می کند. به ویژه، شکل‌پذیری و استحکام مکانیکی آن کاهش می‌یابد و وانادیوم شکننده می‌شود.
خواص شیمیایی ویژه
فلز قابلیت غیرفعال شدن دارد، یعنی. دارای توانایی منحصر به فرد برای مقاومت در برابر عمل محیط های شیمیایی تهاجمی است: محلول های اسیدها، قلیایی ها و نمک ها، تشکیل یک فیلم محافظ روی سطح آن -اکسید وانادیوم شبکه کریستالی عنصر دارای ساختار مکعبی است. همچنین لازم به ذکر است که مقاومت به خوردگی فولادهای حاوی عنصر بسیار بالا است که به آنها اجازه می دهد تا به عنوان بست های باربر برای تکیه گاه پل ها و سکوهای حفاری نفت در دریا استفاده شوند. تصور تولید ابزار مدرن بدون فولادهای حاوی وانادیوم غیرممکن است. این عنصر همراه با نیوبیم، کروم و تیتانیوم برای آلیاژ کردن آلیاژهای خاص مورد استفاده در علم موشک و صنعت فضایی استفاده می شود. با این حال، اسیدهای نیترات و سولفات غلیظ، محلول هیدروژن فلوراید در آب، و مخلوطی از اسیدهای کلرید و نیترات، به نام aqua regia، به راحتی با فلز تعامل دارند. عنصر وانادیم به عنوان یک ماده ساده می تواند با کلر، برم، گوگرد واکنش داده و نمک های مربوطه تشکیل شود. با اکسیژن، چندین اکسید می دهد که از نظر خواص شیمیایی تفاوت زیادی دارند. آنها را بیشتر در نظر بگیرید.
اکسیدهای پایه و آمفوتریک
این فلز دو اکسید VO و V2O3 را تشکیل می دهد، که خواص اولیه معمولی را نشان می دهند. در آزمایشگاه، مونوکسید با واکنش کاهشی V2O5 پودر وانادیم ریز استخراج می شود. اکسیدهای پایه با محلول های اسید واکنش داده و نمک های مربوطه را تشکیل می دهند. و در حال حاضر می توان از آنها هیدروکسیدها را با انجام یک واکنش تبادلی با قلیاها به دست آورد. اکسید وانادیوم (III) به عنوان جزئی از ماده معدنی کارلیانیت یافت می شود و در آزمایشگاه با حرارت دادن V2O5 با گوگرد به دست می آید. زغال سنگ یا هیدروژن.هر دو اکسید پایه دارای خواص کاهشی قوی هستند. اکسید VO2 یک ترکیب آمفوتریک معمولی است که هم با اسیدها و هم با قلیاها واکنش می دهد. در محلولی که PH آن کمتر از 7 است، یون‌های وانادیل با بار مثبت VO2+ یافت می‌شود که رنگ آبی روشن به محلول می‌دهد و نمک‌های اسید پلی‌وانادیک در یک محیط قلیایی تشکیل می‌شوند. اکسید وانادیوم (IV) آب را جذب می کند، یعنی. یک ماده جاذب رطوبت است، در واکنش ها مانند یک عامل کاهنده عمل می کند.
همی پنت اکسید وانادیم
ترکیبی که فرمول آن V2O5 است، مهمترین اکسید فلز است. این یک ماده کریستالی نارنجی رنگ محلول در آب است که با مواد قلیایی واکنش می دهد و وانادات ها را تشکیل می دهد - نمک های متاوانادیک اسید HVO3. به طور گسترده ای به عنوان یک کاتالیزور در اکسیداسیون دی اکسید گوگرد به انیدرید سولفوریک در تولید صنعتی اسید سولفات استفاده می شود. پنتوکسید وانادیوم دارای یک شبکه کریستالی لوزی شکل و علائم آمفوتریسیته با غلبه خواص اکسید اسیدی است. در واکنش ها به عنوان یک عامل اکسید کننده قوی عمل می کند. این ترکیب در فناوری شیشه، پزشکی و سنتز آلی استفاده می شود.
روشهای استخراج وانادیم از ترکیبات آن
قبلاً اشاره کردیم که فلز جزء سنگ آهن است. در تولید کوره بلند، عنصر به همراه ناخالصی های کربن و فسفر به چدن منتقل می شود. هنگامی که فولاد ذوب می شود، اکسید وانادیوم 5 در ترکیب سرباره رسوب می کند، جایی که محتوای آن می تواند به 16٪ برسد. به آن اضافه می شودنمک سفره و تفت دادن مخلوط در کوره، محصولی به دست می آید که بیشتر در آب حل می شود. کنسانتره آبی حاصل با اسید سولفات تیمار شده و V2O5 از آن جدا می شود. برای جداسازی وانادیوم خالص از اکسید، می توانید از روش کلسیم گرمایی - احیای فلزات با استفاده از کلسیم فلزی استفاده کنید. برای کاهش هزینه های تکنولوژیک در واکنش با پنتوکسید وانادیم، اغلب به جای کلسیم از آلومینیوم استفاده می شود. این فلز را می توان با احیای اکسید وانادیوم سه ظرفیتی با زغال سنگ نیز به دست آورد.
نقش بیولوژیکی
وانادیم در موجودات زنده به عنوان یک عنصر کمیاب وجود دارد که بخشی از مایع بین سلولی خارپوستان دریایی است. در هولوتوریان ها و خارپشت های دریایی، با پروتئین هایی مرتبط است که وظیفه انتقال اکسیژن به سلول ها و حذف دی اکسید کربن را بر عهده دارند. محتوای این عنصر در ارگانیسم های حیوانات خونگرم و انسان، جایی که در ترکیب آنزیم های پانکراس، در نوروگلیا و نفرون ها قرار دارد، ناچیز است. در گیاهان، عنصر کمیاب به عنوان یک آنزیم در فاز تاریک فتوسنتز نقش دارد و بر سطح رنگدانه کلروفیل واقع در کلروپلاست ها تأثیر می گذارد. همچنین در باکتری‌های ندول، که تثبیت‌کننده‌های نیتروژن هستند، در بافت‌های قارچ‌های بالاتر یافت می‌شود. به عنوان بخشی از چرنوزم، همراه با ترکیبات بور، مس، روی و منگنز، اکسید وانادیم بر حاصلخیزی خاک تأثیر می گذارد.
در مقاله خود به بررسی خواص اساسی وانادیوم و اکسیدهای آن پرداختیم و همچنین استفاده از ترکیبات آن را درصنعت.
