для чего используется ванадий
ВАНАДИЙ — дважды открытый
Удивительный металл, который неизвестно зачем накапливают асцидии и мухоморы. Ванадия много в морской и минеральной воде. А источники горы Фудзиямы содержат рекордное (до 54 микрограмм на литр) количество металла. Отчего природа так распорядилась своим богатством, еще предстоит выяснить ученым.
История ⌛
Ванадий — металл, который открыли два раза.
Первый раз это было, когда минералог дель-Рио исследовал свинцовые руды из Мексики.
«Сводил» руду с разными веществами и получал соли и окислы неведомого металла. Ученого очаровали цвета соединений, потому он и назвал новый металл панхромием (многоцветный). Правда, потом он переименовал новый элемент в эритроний (красный). Этот цвет имеют один из окислов ванадия и некоторые его соли.
Дель-Рио сообщил ученому миру об открытии, и ревнивые химики ринулись перепроверять опыты. То же проделал и минералог. То ли он разочаровался в открытии, то ли что-то еще, но от открытия он отказался.
«Второе пришествие» нового элемента состоялось через 30 лет. Химик Сефстрем исследует шведскую руду, и находит отвергнутый элемент. Сефстрему повезло — он работал с Берцелиусом, а его авторитет в мире химии не подвергался сомнению. Так что металл признали, а открыватели нового элемента дали ему название ванадий.
Имя дали в честь прекрасной скандинавской богини любви и войны Фрейи, или Ванадис.
Свойства 🧪
Простое вещество расположено в V группе четвертого периода таблицы Менделеева.
Только характеристиками сильно отличается.
Химические свойства ванадия:
Известны следующие оксиды ванадия:
| Систематическоенаименование | Хим. формула | Плотность, г/см³ | Температура плавления, °C | Температура кипения, °C | Молярная масса, г/моль | Цвет |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Оксид ванадия(II) | VO | 5,76 | 3100 | 66,94 | Чёрный | |
| Оксид ванадия(III) | V2O3 | 4,87 | 1967 | 3000 | 149,88 | Чёрный |
| Оксид ванадия(IV) | VO2 | 4,571 г/см³ | 1542 | 2700 | 82,94 | Тёмно-голубой |
| Оксид ванадия(V) | V2O5 | 3,357 | 670 | 2030 | 181,88 | Красно-жёлтый |
Растворяется в смеси HF + HNO3.
Со щелочами не реагирует. С металлами образует сплавы.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Вана́дий / Vanadium (V), 23 |
| Атомная масса (молярная масса) | 50,9415(1)[1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d3 4s2 |
| Радиус атома | 134 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 122 пм |
| Радиус иона | (+5e)59 (+3e)74 пм |
| Электроотрицательность | 1,63 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | |
| Степени окисления | 5, 4, 3, 2, 0 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 650,1 (6,74) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 6,11[2] г/см³ |
| Температура плавления | 2160 К (1887 °C) |
| Температура кипения | 3650 К (3377 °C) |
| Уд. теплота плавления | 17,5 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 460 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 24,95[2] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 8,35 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированная |
| Параметры решётки | 3,024 Å[2] |
| Температура Дебая | 390 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 30,7 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-62-2 |
Вот такой тяжелый характер у металла.
Добыча: из руды, асцидий и мухоморов ⛏️
Основными месторождениями владеют:
Лидером в производстве ванадия является Китай, он и диктует цены на металл.
Некоторые мухоморы тоже очень богаты ванадием. Так что и в наших лесах можно открывать добычу ценного элемента.
Наш пострел везде поспел ⚙️
Применение ванадия и его соединений ограничивается довольно высокой ценой. Но во многих случаях эти вещества просто необходимы.
Почти весь ванадий (по разным данным от 87% до 90%) использует черная и цветная металлургия.
По статистике ванадий лидер среди легирующих металлов. Используется для придания сплавам требуемых свойств.
Ванадиевая лигатура придает сплавам износоустойчивость, хорошо повышает вязкость и прочность сплавов.
Все свойства ценного металла еще не исследованы; металлурги и ученые находят все больше привлекательных характеристик металла Ванадис.
Оставшиеся проценты используют:
Соединения ванадия использует атомно-водородная энергетика.
Многоцветьем соединений ванадия пользуются в производстве тканей для их окраски.
Купить металл богини Ванадис 💰
Металл продают в виде порошка и слитков. Желающие могут купить прокат ванадия: проволоку, прутки, листы, полосы, трубчатый профиль.
Ванадий — удовольствие не дешевое. Посмотрите цены и убедитесь.
| Продукция | Цена в рублях за килограмм |
| Лист | От 20 000 |
| Пруток | От 30 000 |
| Проволока | От 45 000 |
Однако металл богини Ванадис того стоит.
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!
Ванадий. Свойства ванадия. Применение ванадия
Описание и свойства ванадия
Ванадий первоначально был обнаружен мексиканцем А.М. Дель Рио в рудах бурого цвета, содержащих свинец, которые при нагревании давали красноватый цвет.
Но официальное признание элемент получил позднее, когда его обнаружил химик из Швеции Н.Г.Сефстрем при исследовании железной руды из местного месторождения и дал ему название Ванадий созвучное с именем Ванадис, которое носила древнегреческая богиня красоты.
Плавится он при температуре 1920 о С, а кипеть начинает при 3400 о С. А вот нагревание на открытом воздухе до температуры выше 300 о С снижает пластические свойства металла и делает его хрупким, повышая при этом твердость. Понять такое поведение помогает строение атома металла.
Несмотря на то что это элемент V группы, валентность ванадия не всегда равна 5. Она бывает 2, 3. 4 и 5 с положительным знаком. Разные значения валентности объясняются разными вариантами заполнения электронных оболочек, при которых они приходят в стабильное состояние.
Известно, что положительное значение валентности определяется числом отданных атомом химического элемента электронов, а отрицательное – числом электронов, присоединенных к внешнему энергетическому уровню для формирования его стабильности. Электронная формула ванадия — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 .
Он может легко отдать два электрона с 4-го подуровня, при этом его степень окисления обусловлена 2-х валентным положительным проявлением. Но атом этого элемента способен отдавать еще 3 электрона с предшествующей внешнему подуровню орбиты и проявить максимальную степень окисления, равную +5.
Оксиды этого элемента с валентностью от 2-х до 5 различны по своему химическому проявлению. Оксиды VO и V2O3 имеют основной характер, VO2 – амфотерный и V2O5 – кислотный.
При обработке металл практически не подвержен наклепу и может выдержать большие нагрузки при обжатии в холодном виде без промежуточного отжига. Он устойчив к коррозии и не изменяется под влиянием воды, в том числе и морской, а также слабых растворах некоторых кислот, солей и щелочей.
Месторождения и добыча ванадия
Ванадий химический элемент, достаточно распространенный в земных породах, но в чистом виде не встречается, присутствуя в минералах в рассеянном состоянии. Скопления его в породах присутствуют очень редко. Это редкий металл. Руда с содержанием 1% чистого вещества относится к категории богатой.
В промышленности не пренебрегают даже рудами с содержанием 0,1% дефицитного элемента. В малых концентрациях он встречается более чем в сорока минералах. Значимыми для промышленности можно назвать роскоэлит, называемый ванадиевой слюдкой, в котором содержится до 29% пятиокиси V2O5, карнотит (урановая слюдка), содержащий 20% V2O5, и ванадинит с содержанием 19% V2O5.
Крупные месторождения руд, содержащие металл, находятся в Америке, ЮАР, России, Финляндии и Австралии. Большое месторождение есть в горах Перу, где он представлен патронитом V2S5, содержащим серу. При его обжиге образуется концентрат, содержащий до 30% V2O5.
Найден минерал в Киргизии и Казахстане. Знаменитое Кызылординское месторождение является одним из крупнейших. В России его добывают в основном в Краснодарском крае (Керченское месторождение) и на Урале (Гусевогорское месторождение титаномагнетитов).
Технология извлечения металла зависит от требований к его чистоте и области использования. Основные методы, применяемые в технологии его получения – это йодидный, кальцетермический, алюминотермический, углетермический в вакууме, хлоридный.
При этом происходит реакция по формуле: V2O5+5Ca = 2V+5CaC+1460 кДж с выделением тепла, которого достаточно для расплавления образовавшегося V, что позволяет ему стекать и собираться в твердом виде. Чистота металла, полученного таким способом, достигает 99,5%.
Современный способ извлечения V — это восстановление оксидов в условиях вакуума углеродом при температуре от 1250 о С до 1700 о С. Метод хлоридной добычи заключается в восстановлении VCl3 жидким магнием.
Применение ванадия
Одно из основных применений металл нашел в качестве легирующей добавки — феррованадия для улучшения качества сталей. Добавление ванадиевой лигатуры повышает прочностные параметры сталей, а также ее вязкость, износостойкость и другие характеристики.
При этом добавка выполняет функцию как раскислителя, так и карбидообразующего компонента. Карбиды равномерно располагаются в сплаве, предотвращая структурный рост зерен стали при нагревании. Легированный ванадием чугун также способствует улучшению его качеств.
Применяется ванадий для улучшения сплавов на основе титана. Есть сплавы титана, в составе которых содержится до 13% этой легирующей добавки. Присутствует ванадий также в сплавах ниобия, тантала и хрома, используемых в авиационной промышленности, а также алюминиевых, титановых и других материалах авиации и ракетостроения.
Уникальность элемента позволяет использовать его в атомной отрасли при производстве канальных труб ТВЭЛов для атомных станций, т. к. он, как и цирконий, обладает свойством малого поперечного захвата тепловых нейтронов, что важно при протекании ядерных реакций. В атомно-водородной технологии используют хлорид ванадия для термохимического взаимодействия с водой.
Используют ванадий в химической и сельскохозяйственной отрасли, медицине, стекольном производстве, текстильной области, лакокрасочном производстве и изготовлении аккумуляторов. Широко распространены ручные инструменты и оснастка из сплава хром ванадий, отличающиеся своей прочностью.
Одно из последних направлений — это электроника. Особенно интересным и перспективным является материал на основе диоксидов титана и ванадия. Соединенные определенным образом, они создают систему, обладающую способностью значительно увеличивать память и скорость компьютеров и других электронных устройств.
Цена ванадия
Например, Екатеринбургское предприятие НПК «Специальная металлургия» реализует слитки по цене 7 тыс. за кг, лом — по цене от 440 до 500 тыс. за тонну, слитки марки ВНМ-1 по цене 500 тыс.за тонну. Цена может меняться также в зависимости от рыночных условий и спроса на продукцию.
Ванадий (V, Vanadium)
История ванадия
Химический элемент с «божественным» названием Ванадий (от древнескандинавской Vanadis, дочери Ванов, которая была богиней любви и красота у скандинавских народов) был открыт дважды. В самом начале XIX столетия новый металл открыл Андрес Мануэль Дель Рио, профессор минералогии из Мехико в свинцовых рудах мексиканских горных пород. Но для химиков из Европы это открытие показалось сомнительным.
В 1830 году Нильс Сефстрём (химик из Швеции) открыл ванадий в железной руде. За необыкновенную красоту соединений, образуемых новым металлом, его назвали Ванадий.
Общая характеристика ванадия
Ванадий – химический элемент с атомным номером 23, занимает место в побочной подгруппе V группы IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Пластичный ковкий металл серебристо-стального цвета,
Нахождение ванадия в природе
Ванадий является рассеянным элементом, встречается в осадочных и магматических породах, сланцах и железных рудах. Месторождения ванадия имеются в Австралии, Перу, Турции, Англии, ЮАР и США (calorizator). На территории России ванадий добывают в Ферганской долине, на Урале, в Киргизии, центральном Казахстане, Красноярском крае и Оренбургской области.
В организме человека ванадий присутствует в жировой ткани, костях и подкожных иммунных клетках.
Физические и химические свойства ванадия
Внешний вид ванадия больше всего напоминает сталь, это пластичный металл с температурой плавления 1920˚С. Не подвержен действию воздуха, морской воды и щелочных растворов при нормальной температуре.
Суточная потребность в ванадии
Суточная потребность 6-63 мкг/сутки (ВОЗ, 2000). Всего 1% поступающего извне ванадия всасывается в организме, остальное выводится с мочой.
Продукты питания богатые ванадием
Дополнительный приём препаратов, содержащих ванадий, обычно не назначается, суточная потребность в микроэлементе покрывается за счёт продуктов питания. Ванадий содержат злаки (рожь и овёс, пшеница и ячмень), крупы (неочищенный рис и гречка), бобовые (горох, фасоль), а также некоторые овощи, фрукты и ягоды (салат, редис, свекла, морковь и картофель, груши, вишня и земляника).
Полезные свойства ванадия и его влияние на организм
Ванадий играет заметную роль в регулировании липидного и углеводного обмена, принимает участие в активной выработке энергии. Медики отмечают, что уменьшение уровня холестерина связано с количеством поступающего в организм ванадия. Является стимулирующим фактором для движения кровяных клеток, которые поглощают болезнетворные микробы (фаоцитов).
Взаимодействие ванадия с другими
Токсичность ванадия снижается при его взаимодействии с хромом и белками. Обратный эффект дают соединения железа и алюминия, а также витамин С.
Признаки нехватки ванадия
Дефицит ванадия представлен единичными случаями ванадийдефицитной шизофрении, а также связан с патологией углеводного обмена.
Признаки избытка ванадия
Применение ванадия в жизни
Основным потребителем ванадия является металлургическая промышленность. Введение ванадия в состав сплавов нержавеющей, быстрорежущей и инструментальной стали увеличивается прочность и износоустойчивость стали.
Также ванадий применяется в атомно-водородной энергетике, в производстве серной кислоты, как химический источник тока.
Ванадий – полезные свойства и особенности металла
Что представляет собой
Ванадий – это серебристо-серый металл, внешне напоминающий сталь.
Причислен к группе тугоплавких металлов. По некоторым классификациям считается тяжелым металлом.
Химический элемент системы Менделеева №23, международное обозначение – V, Vanadium.
Вещество наделено прочностью, пластичностью.
История открытия
История открытия металла «многосерийная»:
Название тоже подобралось не сразу:
Отдать должное первооткрывателю Дель Рио попытался геолог Джордж Фезерстонхау.
Он предложил переименовать элемент «рионием», но поддержки не нашел.
Физико-химические характеристики
Металл равнодушен к воздействию воздуха, воды, щелочных растворов. Такая инертность «роднит» благородные газы (аргон, ксенон, гелий, криптон) с ванадием.
Основные свойства металла:
Известны следующие оксиды ванадия:
| Систематическое наименование | Хим. формула | Плотность, г/см³ | Температура плавления, °C | Температура кипения, °C | Молярная масса, г/моль | Цвет |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Оксид ванадия(II) | VO | 5,76 | 3100 | 66,94 | Чёрный | |
| Оксид ванадия(III) | V2O3 | 4,87 | 1967 | 3000 | 149,88 | Чёрный |
| Оксид ванадия(IV) | VO2 | 4,571 г/см³ | 1542 | 2700 | 82,94 | Тёмно-голубой |
| Оксид ванадия(V) | V2O5 | 3,357 | 670 | 2030 | 181,88 | Красно-жёлтый |
Это типичный переходный металл: наделен переменными степенями окисления, образует комплексные соединения. Зарегистрировано 84 соединения ванадия, основные – оксиды, ванадаты, сульфиды.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Вана́дий / Vanadium (V), 23 |
| Атомная масса (молярная масса) | 50,9415(1) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d3 4s2 |
| Радиус атома | 134 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 122 пм |
| Радиус иона | (+5e)59 (+3e)74 пм |
| Электроотрицательность | 1,63 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степени окисления | 5, 4, 3, 2, 0 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 650,1 (6,74) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 6,11 г/см³ |
| Температура плавления | 2160 К (1887 °C) |
| Температура кипения | 3650 К (3377 °C) |
| Уд. теплота плавления | 17,5 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 460 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 24,95 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 8,35 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированная |
| Параметры решётки | 3,024 Å |
| Температура Дебая | 390 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 30,7 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-62-2 |
Оксиды металла разной валентности отличаются по цвету: черный (II III), глубокий голубой (IV), оранжевый (V).
Нахождение в природе
Металл не относится к редким элементам: на планете он 20-й по распространенности.
Каждая тонна земной коры содержит в среднем 260 г ванадия.
Это рассеянный элемент, в свободном виде в природе не представленный:
Их выращивание поставлено на поток в той же Японии. Плантации разбивают на побережье, собранный «урожай» сушат, сжигают.
Зола асцидий богаче ванадием, чем большинство земных месторождений.
Технология получения
Основной поставщик вещества – железные руды с примесью ванадия.
Металлический продукт получают несколькими способами:
Высокой чистоты (95-99%) продукта добиваются рафинированием. Для этого задействуется электролиз расплава галогенидов вещества и вакуумная плавка.
Бруски ванадия 99,95 % чистоты, полученные переплавкой в электронном пучке. Поверхность брусков протравлена для проявления структуры
Российскими учеными созданы наногабаритные модификации оксида ванадия.
Области применения
Свойства ванадия обусловили его востребованность гражданским и военным промышленным комплексом.
Металлургия
90% сырья забирает металлургия. Здесь главный способ применения ванадия – как добавки-лигатуры к сталям:
Достоинства сталей с ванадием оценил «отец» американского автопрома Генри Форд в начале XX века.
Российская номенклатура сталей предусматривает маркировку ванадия в их составе буквой Ф.
Самые востребованные соединения металла – сплавы с титаном и хромом. Из последнего выполняют ручной инструмент (например, гаечные ключи, ножи).
Хром в сплавах понижает токсичность ванадия.
Другие отрасли промышленности
Металл, сплавы используются в широком ассортименте операций и изделий:
Также применяется атомно-водородной энергетикой (ядерные реакторы), как химический источник тока.
Это стойкий пигмент для лаков, красок, керамики, текстиля, стекла.
Одной массовой части пятиокиси ванадия достаточно для яркой окраски 200 тысяч частей бесцветной анилиновой соли.
Соединения металла – катализатор при производстве серной кислоты.
Она – исходник для создания нитроклетчатки. А нитроклетчатка – основной компонент пороха.
В «пороховом» сегменте ванадий вытеснил элитную платину.
Ванадиевые месторождения есть в нескольких странах, включая Россию и США. Однако половина мирового производства сосредоточена в Китае.
Он и диктует цены. Особенность ценообразования – учет вида продукции.
Самые дорогие позиции – пруток и прокат ванадия ($1800-2000/кг). Слитки на порядок дешевле, на два порядка – оксид, другие соединения.
Значение для человека
В организме человека металл аккумулируется костной и жировой тканями.
Суточная потребность человека в ванадии – 10-60 мкг, в зависимости от возраста и массы тела.
Как правило, она обеспечивается продуктами питания.
Металлом богаты разные пищевые группы:
Металл участвует в регулировании липидного, углеводного обмена, выработке энергии. Активирует кровь, растворяет «плохой» холестерин.
Токсичен переизбыток вещества. Это фактор риска для работников металлургических предприятий.
Организм человека средней комплекции (68-72 кг) содержит 0,0001 г ванадия. Отравление вызывает ее двойное превышение. Смертельная доза – 0,002-0,004 г.