Ванадий — химический элемент с символом из 7 букв¶
Ванадий (лат. Vanadium, обозначается символом V) — химический элемент пятой группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы первой группы) четвёртого периода периодической таблицы Д. И. Менделеева. Порядковый номер — 23. Атомная масса — 50,9415(2). Символ элемента «V» состоит из семи букв в написании латинского названия — Vanadium, что делает его одним из немногих элементов, чьё полное название содержит семь букв. В природе ванадий распространён сравнительно широко, но редко образует собственные месторождения и обычно встречается в виде примесей в других рудах.
¶Происхождение названия
Название элемента происходит от латинского названия богини красоты и плодородия Фрейи (Ванадии, Vanadis) — одного из имён скандинавской богини Фрейи. Название предложил шведский химик Нильс Габриэль Сефстрём в 1830 году, обнаруживший новый элемент в железной руде из месторождения Хаммарштет (Швеция). Сефстрём отметил яркую окраску растворов солей нового элемента, напоминавшую по красоте цвета ванадинита. Следует отметить, что впервые ванадий был выделен ранее — в 1801 году мексиканским минералогом Андресом Мануэлем дель Рио, который обнаружил его в свинцовой руде из месторождения Патсио и назвал «эритронием» (от греч. erythros — красный). Дель Рио позже ошибочно решил, что открытый им элемент — лишь разновидность хрома. Вторичное открытие Сефстрёма в 1830 году и последующая работа Фридриха Вёлера подтвердили самостоятельность элемента.
¶Физические и химические свойства
Ванадий — твёрдый серебристо-серый металл с сильным блеском. Плотность — 6,11 г/см³, температура плавления — 1910 °C, кипения — 3407 °C. Металл обладает хорошей коррозионной стойкостью, устойчив к щелочам и разбавленным кислотам, но растворяется в концентрированной серной, азотной и плавиковой кислотах, а также в расплавленном щелочи.
Ванадий проявляет переменную степень окисления от +2 до +5, причём наиболее стабильна степень +5. Соединения ванадия различаются характерной окраской в зависимости от степени окисления:
| Степень окисления | Цвет典型ных соединений | Пример |
|---|---|---|
| +2 | фиолетовый | VCl₂ |
| +3 | зелёный | V₂O₃ |
| +4 | синий | VOSO₄ |
| +5 | жёлтый | V₂O₅ |
Пентоксид ванадия (V₂O₅) — один из важнейших оксидов элемента, применяется в качестве катализатора при производстве серной кислоты (контактный метод).
¶Нахождение в природе
Ванадий занимает 20-е место по распространённости в земной коре — примерно 0,016 %. Он присутствует в около 65 минералах, из которых промышленное значение имеют ванадинит, патронит, карнотит и бэрнсит. Основные типы руд: титаномагнетитовые, фосфоритовые, уран-ванадиевые, а также вторичные — продукты выветривания.
Крупнейшие мировые запасы ванадия сосредоточены в России, Китае, ЮАР, Австралии и США. В России крупнейшим производителем ванадия является «Ванадий-Титан» (дочнеее предприятие «Евраз»), перерабатывающее титаномагнетитовые руды Таймыра. Ванадий также извлекается из золы и шлаков при переработке нефти и угля.
¶Получение
Промышленное производство ванадия основано на переработке ванадийсодержащих руд и техногенных сырьевых материалов. Основные стадии:
- Обжиг руды с добавками соды или поваренной соли для перевода ванадия в водорастворимые формы.
- Водная выщелачивание с получением ванадатов.
- Осаждение ванадия из растворов — обычно в виде пентоксида V₂O₅ или аммонийметаванадата NH₄VO₃.
- Восстановление V₂O₅ углеродом, алюминотермическим или кальциетермическим способом для получения металлического ванадия.
Для получения особо чистого ванадия применяют иодидный метод (разложение VI₄) или электролитическое рафинирование.
¶Применение
Основная часть добываемого ванадия (около 90 %) идёт на производство легирующих добавок. Ванадий добавляют в стали для повышения прочности, вязкости и износостойкости — так называемые ванадиевые стали и инструментальные сплавы. Около 5 % расходуется на производство титановых сплавов (система Ti–V–Al), применяемых в авиации и космической технике.
Ванадиевые аккумуляторы (ванадий-редоксные батареи) представляют собой электрохимические устройства накопления энергии, в которых ванадий присутствует в электролите в двух степенях окисления (+4 и +5 в одном электролите). Такие аккумуляторы перспективны для систем хранения энергии возобновляемых источников. Ванадий также применяется в катализаторах, пигментах, а ванадий-титановые сплавы используются в сварочных электродах.
¶Биологическая роль
Ванадий входит в состав некоторых ферментов (например, ванадат-зависимой бромопероксидазы у морских организмов) и обнаруживается в тканях человека в микроколичествах. Физиологическая роль ванадия у человека изучена недостаточно; соединения ванадия в повышенных концентрациях токсичны. Суточная потребность не установлена точно, но оценивается в десятках микрограммов.
Исторические источники: «Периодический химический элемент» (справочник), статьи о ванадии в научных изданиях по неорганической химии.