Википедија

Vanadijum

Хемијски елемент са симболом V и атомским бројем 23.

Vanadijum (V, lat. vanadium) metal je VB grupe, prelaznih metala.[3][4] [5] Ima 11 izotopa čije se atomske mase nalaze između 44-55. Postojan je samo 51. Zastupljen je u zemljinoj kori u količini od 80 ppm (engl. parts per million) u obliku minerala: patronita i vandanita. Otkrio ga je 1801. meksički naučnik, Andres Manuel del Rio. Ime je dobio po skandinavskoj boginji Vanadis.

Vanadijum
uzorak
Opšta svojstva
Ime, simbolvanadijum, V
Izgledplavo-srebrno-sivi metal
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
–
↑
V
↓
Nb
titanijum ← vanadijum → hrom ‍
Atomski broj (Z)23
Grupa, periodagrupa 5, perioda 4
Blokd-blok
Kategorija  prelazni metal
Rel. at. masa (Ar)50,9415(1)[1]
El. konfiguracija
po ljuskama
2, 8, 11, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja2183 K ​(1910 °‍C, ​3470 °F)
Tačka ključanja3680 K ​(3407 °‍C, ​6165 °F)
Gustina pri s.t.6,11 g/cm3
tečno st., na t.t.5,5 g/cm3
Toplota fuzije21,5 kJ/mol
Toplota isparavanja444 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet24,89 J/(mol·K)
Napon pare
P (Pa) 100 101 102
na T (K) 2101 2289 2523
P (Pa) 103 104 105
na T (K) 2814 3187 3679
Atomska svojstva
Elektronegativnost1,63
Energije jonizacije1: 650,9 kJ/mol
2: 1414 kJ/mol
3: 2830 kJ/mol
(ostale)
Atomski radijus134 pm
Kovalentni radijus153±8 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura ​unutrašnjecentr. kubična (BCC)
Unutrašnjecentr. kubična (BCC) kristalna struktura za vanadijum
Brzina zvuka tanak štap4560 m/s (na 20 °‍C)
Topl. širenje8,4 µm/(m·K) (na 25 °‍C)
Topl. vodljivost30,7 W/(m·K)
Električna otpornost197 nΩ·m (na 20 °‍C)
Magnetni rasporedparamagnetičan
Magnetna susceptibilnost (χmol)+255,0·10−6 cm3/mol (298 K)[2]
Jangov modul128 GPa
Modul smicanja47 GPa
Modul stišljivosti160 GPa
Poasonov koeficijent0,37
Mosova tvrdoća6,7
Vikersova tvrdoća628–640 MPa
Brinelova tvrdoća600–742 MPa
CAS broj7440-62-2
Istorija
OtkrićeAndres Manuel del Rio (1801)
Prva izolacijaHenri Enfild Rosko (1867)
Imenovanje i eponimNils Gabrijel Sefstrem (1830)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
48V syn 16 d β+ 48Ti
49V syn 330 d ε 49Ti
50V 0,25% 1,5×1017 y ε 50Ti
β− 50Cr
51V 99,75% stabilni
reference • Vikipodaci

Vanadijum gradi nekoliko oksida sa oksidacionim brojem od 1 do 5 sa različitim kristalnim strukturama. Mnogi od njih su našli primenu u industriji kao katalizatori oksidacionih reakcija u organskoj hemiji. Vanadijum je lisnat, srebrnast metal, loših mehaničkih osobina. Ipak on se dodaje čeliku da bi poboljšao njegovu otpornost na otiranje i pucanje. Zbog malih količina njegovih ruda i zbog njegove vojne primene on predstavlja metal od strateške važnosti.

Biološki značaj: Vanadijum se nalazi u čovekovom okruženju i u njegovoj ishrani. U čovekovom organizmu on se javlja u tragovima. Preporučljivo ga je unositi u količini od 10 mikrograma. Kod osoba koje se redovno i pravilno hrane ne dolazi do nedostatka vanadijuma. Vanadijumom može doći do industrijskog zagađenja životne sredine, najznačajniji efekti su: oštećenje bubrega, nadražaj sluzokože sistema za disanje i za varenje. Za mnoge žive organizme vanadijum je esencijalni mineral. Tako na primjer vanadijum ima određenu ulogu pri upravljanju enzimima koji učestvuju u fosforisanju, a koriste ga i neke bakterije za fiksiranje azota. S druge strane, za njega ili njegova jedinjenja sumnja se da deluju kao mutageni klastogeni koji izazivaju promene na hromozomima te su proglašeni otrovima i karcinogenima.[6] Vanadijum je element koji se nalazi u enzimima koji menjaju glukozu i druge šećere.

Istorija uredi

 
Andres Manuel del Rio

Metal, za koji se kasnije ispostavilo da je vanadijum, otkrio je španski mineralog Andres Manuel del Rio u meksičkoj rudi olova, kasnije nazvanoj vanadinit. Novi element, on je nazvao panhromijum zbog njegove raznolikosti u pogledu boja, a kasnije je preimenovan u eritronijum, jer su njegove soli nakon zakiseljavanja dobijale crvenu boju. Međutim, del Riovo otkriće su opovrgavali Aleksandar fon Humbolt, te kasnije i francuski hemičar H.V. Kolet-Desotils zbog sličnosti vanadijuma sa jedinjenjima hroma, te su smatrali da se kod navodnog novog elementa radi o hromu sa određenim primesama.[7]

Vanadijum je ponovno otkrio 1830. godine švedski hemičar Nils Gabriel Sefstrem. On je ispitivao željezo iz švedskog rudnika željeza Taberg, tako što je rudu rastvarao u hlorovodoničnoj kiselini. Pri tome je pored drugih poznatih materijala otkrio i jedan nepoznati element, koji je u nekim osobinama dosta nalikovao hromu, ali je takođe pokazivao i osobine svojstvene uranijumu. Međutim, nakon kasnijih ispitivanja, nije se radilo o ova dva elementa. Novom elementu dali su ime po Vanadisu, drugom imenu nordijske boginje Freje. Nedugo zatim Fridrih Veler, koji se sa Bercelijusom već s tim bavio, pružio je dokaz identiteta i povezao vanadijum sa ranije opisanim eritronijumom.[8][9]

Vanadijum u čistom, metalnom obliku prvi je sačinio Henri Enfild Rosko 1867. putem redukcije vanadijum(II) hlorida sa vodonikom. Čisti 99,7% vanadijum dobili su Džon Vesli Marden i Malkolm Rič 1925. godine redukcijom vanadijum(V) oksida sa kalcijumom.[10] U Engleskoj se od 1903. počeo koristiti vanadijum za legiranje čelika. Veća upotreba ovog elementa u industriji čelika otpočela je 1905. kada je Henri Ford počeo da koristi vanadijumske čelike u proizvodnji svojih automobila.[11]

Osobine uredi

Fizičke uredi

 
Kristalna struktura vanadijuma, a = 302,4 pm

Vanadijum je nemagnetični, tvrdi ali kovni teški metal, čelično-plave nijanse. Ima gustinu od 6,11 g/cm3.[11] Čisti vanadijum je relativno mek, ali u prisustvu i najmanje količine primese drugih elemenata postaje izuzetno tvrd i ima izuzetno veliku mehaničku čvrstoću. Po većini osobina, on nalikuje svom „komšiji” iz periodnog sistema, titanijumu. Tačka topljenja čistog vanadijuma iznosi 1910 °C, a ako su prisutne nečistoće, poput ugljenika, ona je znatno viša. Tako na primer pri udelu od oko 10% ugljenika, tačka topljenja iznosi oko 2700 °C.[12] Vanadijum se kristalizuje slično kao hrom ili niobijum u kubnoj prostorno-centriranoj kristalnoj strukturi sa Im3m i parametrom rešetke a = 302,4 pm kao i dve formulske jedinice po elementarnoj ćeliji.[13]

Ispod kritične temperature od 5,13 K, vanadijum postaje superprovodnik.[14] Kao i čisti vanadijum, i njegove legure sa galijumom, niobijumom i cirkonijumom takođe su superprovodnici. Pri temperaturama ispod 5,13 K, kao i metali iz njegove grupe niobijum i tantal, vanadijum isitnjen u sićušnim grudvicama od po 200 atoma iskazuje neobičnu osobinu električne polarizacije koja do danas nije objašnjena. Osim njega, takvu osobinu imaju i nemetali.[15][16]

Hemijske uredi

Vanadijum nije plemeniti metal i u mogućnosti je da reaguje sa mnogim nemetalima. Izložen vazduhu zadržava metalni sjaj nekoliko nedelja. Međutim, nakon dužeg vremenskog perioda postaje primetan nastanak zelenkaste korozije. Ukoliko je potrebno konzervisati metalni vanadijum, on se mora držati zatvoren u atmosferi argona. Pri visokoj temperaturi napada ga kiseonik i oksidira u vanadijum(V) oksid. I dok sa ugljenikom i azotom reaguje tek kad je zagrejan do belog usijanja, reakcije sa fluorom i hlorom odvijaju se i u hladnom stanju.

Prema kiselinama i bazama pri sobnoj temperaturi, vanadijum je pretežno stabilan zbog svog tankog pasiviziranog sloja oksida. Napada ga samo fluorovodonična kiselina, kao i kiseline koje deluju snažno oksidirajuće, poput vruće azotne kiseline, koncentrirane sumporne kiseline i carske vode.

Do temperature od oko 500 °C, vanadijum može apsorbovati vodonik. Pri tome metal postaje veoma krhak i može se vrlo lako pretvoriti u prah. Vodonik se može osloboditi iz vanadijuma tek pri 700 °C u vakuumu.[11]

Izotopi uredi

Poznato je 25 izotopa vanadijuma i šest nuklearnih izomera.[17] Samo dva izotopa se javljaju u prirodi. To su izotop 50V sa prirodnom rasprostranjenošću od 0,25% i 51V kojeg ima 99,75%. Izotop 50V je blago radioaktivan. Raspada se sa vremenom poluraspada od 1,5 · 1017 godina tako što 83% izotopa putem elektronskog zahvata prelazi u 50Ti dok 17% izotopa putem β−-raspada prelazi u 50Cr.[17] Oba jezgra se mogu koristiti za ispitivanja sa NMR-spektroskopijom.

Najstabilniji veštački izotopi su 48V sa vremenom poluraspada od 16 dana i 49V koji ima vreme poluraspada od 330 dana. Ovi izotopi našli su primenu u nuklearnoj medicini kao traseri.[12] Svi ostali izotopi i nuklearni izomeri su veoma nestabilni i raspadaju se u vremenu od nekoliko minuta ili sekundi.

Reference uredi

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  3. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  4. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  5. ^ Mišić, Milan, ur. (2005). Enciklopedija Britanika. V-Đ. Beograd: Narodna knjiga : Politika. str. 17. ISBN 86-331-2112-3. 
  6. ^ Juan J. Rodríguez-Mercado, Rodrigo A. Mateos-Nava, Mario A. Altamirano-Lozano: DNA damage induction in human cells exposed to vanadium oxides in vitro. u: Toxicology in Vitro 25, br. 8, 2011, str. 1996–2002, Rodríguez-Mercado, Juan J.; Mateos-Nava, Rodrigo A.; Altamirano-Lozano, Mario A. (2011). „DNA damage induction in human cells exposed to vanadium oxides in vitro”. Toxicology in Vitro. 25 (8): 1996—2002. PMID 21803147. S2CID 11236668. doi:10.1016/j.tiv.2011.07.009. .
  7. ^ L. R. Caswell: Andres del Rio, Alexander von Humboldt, and the Twice-Discovered Element (PDF). u: Bull. Hist. Chem.. 2003, 28 (1), str. 35–41.
  8. ^ N. G. Sefstöm: Über das Vanadin, ein neues Metall, gefunden im Stangeneisen von Eckersholm, einer Eisenhütte, die ihr Erz von Taberg in Småland bezieht. u: Annal. d. Physik, 1831, 97 (1), str. 1–4.
  9. ^ Pismo Berzeliusa upućeno Wöhleru 22. januara 1831. u djelu: O. Wallach (ur.): Briefwechsel zwischen J. Berzelius und F. Wöhler. Leipzig 1901.
  10. ^ Vanadium. u: Encyclopædia Britannica. 2008. Encyclopædia Britannica Online, pristupljeno 6. oktobra 2008. (online).
  11. ^ a b v Günter Bauer et al.: Vanadium and Vanadium Compounds. u: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim 2000, Bauer, Günter; Güther, Volker; Hess, Hans; Otto, Andreas; Roidl, Oskar; Roller, Heinz; Sattelberger, Siegfried (2000). „Vanadium and Vanadium Compounds”. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. ISBN 9783527303854. doi:10.1002/14356007.a27_367. .
  12. ^ a b Arnold F. Holleman; E. Wiberg; N. Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 izd.). Berlin: de Gruyter. str. 1542-1543. ISBN 978-3-11-017770-1. 
  13. ^ K. Schubert: Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente. u: Acta Crystallographica, 1974, 30, str. 193–204, Schubert, K. (1974). „Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente”. Acta Crystallographica Section B Structural Crystallography and Crystal Chemistry. 30: 193—204. doi:10.1107/S0567740874002469. .
  14. ^ Aaron Waxler, William S. Corack: Superconductivity of Vanadium. u: Physical Review, 1952, 85, (1), str. 85–90, Wexler, Aaron; Corak, William S. (1952). „Superconductivity of Vanadium”. Physical Review. 85 (1): 85—90. Bibcode:1952PhRv...85...85W. doi:10.1103/PhysRev.85.85. .
  15. ^ T. Krome: Metalle auf Abwegen. Über das ungewöhnliche Tieftemperaturverhalten winziger Metallklumpen. u: Spektrumdirekt.de od 22. maja 2003; sažetak, pristupljeno 23. oktobra 2015.
  16. ^ Ramiro Moro, Xiaoshan Xu, Shuangye Yin, Walt A. de Heer: Ferroelectricity in Free Niobium Clusters, u: Science, 2003, Vol. 300, br. 5623, str. 1265–1269, Moro, Ramiro; Xu, Xiaoshan; Yin, Shuangye; De Heer, Walt A. (2003). „Ferroelectricity in Free Niobium Clusters”. Science. 300 (5623): 1265—1269. Bibcode:2003Sci...300.1265M. PMID 12764191. S2CID 30993305. doi:10.1126/science.1083247. .
  17. ^ a b G. Audi; O. Bersillon; J. Blachot; A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics. A 729: 3—128. doi:10.1016/S0375-9474(97)00482-X. Arhivirano iz originala 24. 07. 2013. g. Pristupljeno 11. 01. 2021. 

Literatura uredi

Spoljašnje veze uredi

 
Vanadijum na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Ванадијум&oldid=27548679”