XX amžiaus viduryje chemijos moksle atsirado terminas – strateginės svarbos metalai. Tai reiškė elementų grupę, kurios fizikinės ir cheminės savybės leido juos panaudoti karinio-pramoninio komplekso gamyboje. Mes kalbame apie metalus, tokius kaip chromas, tantalas, niobis, molibdenas ir volframas. Vanadis, kurio savybes aptarsime šiame straipsnyje, taip pat teisėtai užima vieną iš pagrindinių vietų tarp metalų, naudojamų šiuolaikinėje mechaninėje inžinerijoje, juodojoje metalurgijoje, įrankių ir chemijos gamyboje. Metalas su deguonimi sudaro keturis oksidus, kurių valentingumas yra 2, 3, 4 ir 5. 5 kurį išnagrinėsime išsamiau.
Susipažinkite su vanadžiu
Chemijos moksle yra seniai nusistovėjusitaisyklė, nurodanti, kad cheminio elemento apibūdinimas turi prasidėti nuo jo padėties periodinėje D. I. sistemoje. Mendelejevas. Vanadžio, kaip paprastos medžiagos, cheminė formulė yra V, eilės numeris yra 23, atominė masė yra 50, 9414. Jis yra ketvirtame periode, penktoje grupėje ir kartu su niobiu ir tantalu yra tipiškas atstovas ugniai atsparūs metalai. Grynos medžiagos pavyzdžiai yra plastikiniai ir sidabriškai pilkos spalvos. Vanadžio atomas yra d elementas, jis turi du s-elektronus paskutiniame energijos lygyje, tačiau tos neigiamos dalelės, kurios yra to paties ketvirtojo lygio d polygyje, taip pat bus valentinės.
Kur randamas metalas ir kokios jo fizinės savybės
Paties elemento gryna forma gamtoje negalima rasti. Tačiau jis yra kaip privalomas komponentas polimetalinėse ir geležies rūdose. Anksčiau kalbėjome apie paprastos medžiagos plastiškumą ir lankstumą, dabar pridursime, kad svarbios vanadžio fizinės savybės yra aukšta virimo ir lydymosi temperatūra, atitinkamai lygi 3400 ° C ir 1920 ° C. Kaip ir titanas, jis smarkiai pablogina savo fizinius ir cheminius parametrus, kai yra užterštas priemaišomis, tokiomis kaip azotas, vandenilis ar deguonis. Visų pirma sumažėja jo lankstumas ir mechaninis stiprumas, o vanadis tampa trapus.
Ypatingos cheminės savybės
Metalas geba pasyvinti, t.y. turi unikalią savybę atlaikyti agresyvios cheminės aplinkos poveikį: rūgščių, šarmų ir druskų tirpalus, sudarančius ant paviršiaus apsauginę plėvelę -vanadžio oksidas. Elemento kristalinė gardelė turi kubinę struktūrą. Taip pat reikėtų atkreipti dėmesį į tai, kad plieno, kuriame yra elementas, atsparumas korozijai yra labai didelis, todėl juos galima naudoti kaip laikančiąsias tiltų atramų ir jūrinių naftos gręžimo platformų tvirtinimo detales. Šiuolaikinės įrankių gamybos neįmanoma įsivaizduoti be vanadžio turinčių plienų. Elementas kartu su niobu, chromu ir titanu naudojamas specialiems lydiniams, naudojamiems raketų moksle ir kosmoso pramonėje, legiruoti. Tačiau koncentruotos nitratinės ir sulfatinės rūgštys, vandenilio fluorido tirpalas vandenyje ir chlorido bei nitratų rūgščių mišinys, vadinamas aqua regia, lengvai sąveikauja su metalu. Elementas vanadis kaip paprasta medžiaga gali reaguoti su chloru, bromu, siera, susidaro atitinkamos druskos. Su deguonimi jis suteikia keletą oksidų, kurie labai skiriasi savo cheminėmis savybėmis. Apsvarstykite juos išsamiau.
Pagrindiniai ir amfoteriniai oksidai
Metalas sudaro du oksidus, VO ir V2O3, kurie pasižymi tipiškomis pagrindinėmis savybėmis. Laboratorijoje monoksidas iškasamas redukcijos reakcijos būdu V2O5 smulkūs vanadžio milteliai. Baziniai oksidai reaguoja su rūgščių tirpalais, sudarydami atitinkamas druskas. Ir jau iš jų galima gauti hidroksidų, atliekant mainų reakciją su šarmais. Vanadžio (III) oksidas randamas kaip mineralinio karelianito komponentas ir gaunamas laboratorijoje kaitinant V2O5 su siera, anglis arba vandenilis. Abu baziniai oksidai turi stipriai išreikštas redukcines savybes. Oksidas VO2 yra tipiškas amfoterinis junginys, kuris reaguoja ir su rūgštimis, ir su šarmais. Tirpale, kurio pH yra mažesnis nei 7, randami teigiamai įkrauti vanadilo jonai VO2+, suteikiantys tirpalui šviesiai mėlyną spalvą, o šarminėje terpėje susidaro polivanado rūgšties druskos. Vanadžio (IV) oksidas pritraukia vandenį, t.y. yra higroskopinė medžiaga, reakcijose ji elgiasi kaip reduktorius.
Vanadžio hemipentoksidas
Junginys, kurio formulė yra V2O5, yra svarbiausias metalo oksidas. Tai vandenyje tirpi oranžinė kristalinė medžiaga, kuri reaguoja su šarmais ir sudaro vanadatus – metavanadinės rūgšties druskas HVO3. Jis plačiai naudojamas kaip katalizatorius oksiduojant sieros dioksidą į sieros anhidridą pramoninėje sulfato rūgšties gamyboje. Vanadžio pentoksidas turi rombinę kristalinę gardelę ir amfoteriškumo požymius, kuriuose vyrauja rūgštinio oksido savybės. Reakcijų metu jis elgiasi kaip stiprus oksidatorius. Junginys naudojamas stiklo technologijoje, medicinoje ir organinėje sintezėje.
Vanadžio ekstrahavimo iš jo junginių metodai
Anksčiau minėjome, kad metalas yra geležies rūdos komponentas. Aukštakrosnių gamyboje elementas kartu su anglies ir fosforo priemaišomis pereina į ketų. Lydant plieną, vanadžio oksidas 5 nusėda šlako sudėtyje, kur jo kiekis gali siekti 16%. Pridedant prie jovalgomoji druska ir mišinį skrudinant krosnyse, gaunamas produktas, kuris toliau ištirpinamas vandenyje. Gautas vandeninis koncentratas apdorojamas sulfato rūgštimi ir iš jo išskiriama V2O5. Norėdami išskirti gryną vanadį nuo oksido, galite naudoti kalciotermijos metodą - metalų redukciją naudojant metalinį kalcį. Siekiant sumažinti technologines sąnaudas reaguojant su vanadžio pentoksidu, vietoj kalcio dažnai naudojamas aliuminis. Metalą taip pat galima gauti redukuojant trivalentį vanadžio oksidą anglimi.
Biologinis vaidmuo
Vanadis yra gyvuose organizmuose kaip mikroelementas, kuris yra jūrinių dygiaodžių tarpląstelinio skysčio dalis. Holoturijose ir jūros ežiuose jis yra susijęs su b altymais, kurie atlieka deguonies pernešimo į ląsteles ir anglies dioksido pašalinimo funkciją. Elemento kiekis yra nereikšmingas šiltakraujų gyvūnų ir žmonių organizmuose, kur jo yra kasos fermentų sudėtyje, neuroglijose ir nefronuose. Augaluose mikroelementas dalyvauja kaip fermentas tamsiojoje fotosintezės fazėje ir veikia chloroplastuose esančio chlorofilo pigmento lygį. Jo taip pat randama gumbinėse bakterijose, kurios yra azoto fiksatoriai, aukštesniųjų grybų audiniuose. Kaip černozemo dalis, kartu su boro, vario, cinko ir mangano junginiais, vanadžio oksidas veikia dirvožemio derlingumą.
Mūsų straipsnyje mes ištyrėme pagrindines vanadžio ir jo oksidų savybes, taip pat svarstėme apie jo junginių naudojimąpramonė.
