5. grupa hemijskih elemenata
5. grupa hemijskih elemenata je jedna od 18 grupa u periodnom sistemu elemenata. U ovoj grupi se nalaze: vanadijum, niobijum, tantalijum, i dubnijum. Sva četiri elementa ove grupe su prelazni metali. vanadijum, niobijum i tantalijum se javljaju u prirodi a dubnijum je veštački dobijen. Atomske mase ovih elemenata kreću se između 50,94 i 262,1. Ova grupa nosi naziv i VB grupa hemijskih elemenata.
| Grupa 5 periodnog sistema | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||
| ↓ Perioda | |||||||||
| 4 |  23 Prelazni metal | ||||||||
| 5 |  41 Prelazni metal | ||||||||
| 6 |  73 Prelazni metal | ||||||||
| 7 | Dubnijum (Db) 105 Prelazni metal | ||||||||
|
Legenda
| |||||||||
Tri lakša elementa Grupe 5 javljaju se prirodno i dele slična svojstva; sva tri su tvrdi vatrostalni metali pod standardnim uslovima. Četvrti element, dubnijum, sintetisan je u laboratorijama, ali nije pronađen u prirodi, pri čemu je vreme poluraspada najstabilnijeg izotopa, dubnijum-268, samo 29 sati, a drugi izotopi su još radioaktivniji. Do danas, nijedan eksperiment u superkolajderu nije sproveden da bi se sintetisao sledeći član grupe, bilo unpentseptijum (Ups) ili unpentenijum (Upe). Pošto su unpenseptijum i unpentenijum elementi preostalo dela periode 8, malo je verovatno da će ovi elementi biti sintetisani u bliskoj budućnosti.
Hemija uredi
Kao i druge grupe, članovi ove porodice pokazuju obrasce u svojoj elektronskoj konfiguraciji, posebno najudaljenijoj ljusci, iako niobijum ne prati trend:
| Z | Element | Br. elektrona/ljuska |
|---|---|---|
| 23 | vanadijum | 2, 8, 11, 2 |
| 41 | niobijum | 2, 8, 18, 12, 1 |
| 73 | tantal | 2, 8, 18, 32, 11, 2 |
| 105 | dubnijum | 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 |
Većina hemije je poznata samo za prva tri člana grupe, hemija dubnijuma nije dobro utvrđena i stoga se ostatak odeljka bavi samo vanadijumom, niobijumom i tantalom. Svi elementi grupe su reaktivni metali sa visokim tačkama topljenja (1910 °C, 2477 °C, 3017 °C). Reaktivnost nije uvek očigledna zbog brzog formiranja stabilnog oksidnog sloja, koji sprečava dalje reakcije, slično trendovima u grupi 3 ili grupi 4. Metali formiraju različite okside: vanadijum formira vanadijum(II) oksid, vanadijum(III) oksid, vanadijum(IV) oksid i vanadijum(V) oksid, niobijum formira niobijum(II) oksid, niobijum(IV) oksid i niobijum(V) oksid, ali je od tantalovih oksida poznat samo tantal(V) oksid. Metalni(V) oksidi su generalno nereaktivni i deluju više kao kiseline nego baze, ali su niži oksidi manje stabilni. Oni, međutim, imaju neka neobična svojstva za okside, kao što je visoka električna provodljivost.[1]
Sva tri elementa formiraju različita neorganska jedinjenja, uglavnom u oksidacionom stanju +5. Niža oksidaciona stanja su takođe poznata, ali su manje stabilna, smanjujući stabilnost sa povećanjem atomske mase.
Istorija uredi
Vanadijum je otkrio Andres Manuel del Rio, meksički mineralog španskog porekla, 1801. godine u mineralu vanadinitu. Nakon što su drugi hemičari odbacili njegovo otkriće eritronijuma, on je povukao svoju tvrdnju.[2]
Niobijum je otkrio engleski hemičar Čarls Hačet 1801. godine.[3]
Tantal je prvi otkrio Anders Gustav Ekeberg 1802. Međutim, smatralo se da je identičan niobijumu sve do 1846. godine, kada je Hajnrih Rouz dokazao da su ta dva elementa različita. Čisti tantal je proizveden tek 1903. godine.[4]
Dubnijum je prvi put proizveden 1968. godine u Zajedničkom institutu za nuklearna istraživanja bombardovanjem americijuma-243 neonom-22 i ponovo je proizveden u Laboratoriji Lorens Berkli 1970. Predloženi su nazivi „nilsborijum” i „joliotijum” za element, ali je 1997. godine, IUPAC je odlučio da element nazove dubnijum.[4]
Etimologija uredi
Vanadijum je dobio ime po Vanadis, skandinavskoj boginji ljubavi. Niobijum je dobio ime po Niobi, liku iz grčke mitologije. Tantal je dobio ime po Tantalu, liku iz grčke mitologije. Dubnium je dobio ime po Dubni u Rusiji, gde je otkriven.[4]
Pojava uredi
Postoji 160 delova na milion vanadijuma u zemljinoj kori, što ga čini 19. najzastupljenijim elementom. Zemljište sadrži u proseku 100 delova na milion vanadijuma, a morska voda 1,5 delova na milijardu vanadijuma. Tipičan čovek sadrži 285 delova na milijardu vanadijuma. Poznato je preko 60 ruda vanadijuma, uključujući vanadinit, patronit i karnotit.[4]
Postoji 20 delova na milion niobijuma u zemljinoj kori, što ga čini 33. najzastupljenijim elementom. Zemljište sadrži u proseku 24 dela na milion niobijuma, a morska voda sadrži 900 delova na kvadrilion niobijuma. Tipičan čovek sadrži 21 deo na milijardu niobijuma. Niobijum se nalazi u mineralima kolumbitu i pirohloru.[4]
Postoje 2 dela na milion tantala u zemljinoj kori, što ga čini 51. najzastupljenijim elementom. Zemljište sadrži u proseku 1 do 2 dela na milijardu tantala, a morska voda sadrži 2 dela na bilion tantala. Tipičan čovek sadrži 2,9 delova na milijardu tantala. Tantal se nalazi u mineralima tantalitu i pirohloru.[4]
Produkcija uredi
Godišnje se proizvede oko 70.000 tona rude vanadijuma, od kojih se 25.000 t rude vanadijuma proizvodi u Rusiji, 24.000 u Južnoj Africi, 19.000 u Kini i 1.000 u Kazahstanu. Godišnje se proizvede 7000 t metalnog vanadijuma. Vanadijum je nemoguće dobiti zagrevanjem njegove rude ugljenikom. Umesto toga, vanadijum se proizvodi zagrevanjem vanadijum oksida sa kalcijumom u posudi pod pritiskom. Vanadijum veoma visoke čistoće se dobija reakcijom vanadijum trihlorida sa magnezijumom.[4]
Godišnje se proizvede 230.000 t rude niobijuma, pri čemu Brazil proizvodi 210.000 t, Kanada 10.000 t, a Australija 1.000 t. Godišnje se proizvede 60000 t čistog niobijuma.[4]
Godišnje se proizvede 70000 t rude tantala. Brazil proizvodi 90% rude tantala, a Kanada, Australija, Kina i Ruanda takođe proizvode ovaj element. Potražnja za tantalom je oko 1200 t godišnje.[4]
Dubnijum se proizvodi sintetički bombardovanjem aktinida lakšim elementima.[4]
Aplikacije uredi
Glavna primena vanadijuma je u legurama, kao što je vanadijumski čelik. Legure vanadijuma se koriste u oprugama, alatima, mlaznim motorima, oklopima i nuklearnim reaktorima. Vanadijum oksid daje keramici zlatnu boju, a druga jedinjenja vanadijuma se koriste kao katalizatori za proizvodnju polimera.[4]
Male količine niobijuma se dodaju u nerđajući čelik da bi se poboljšao njegov kvalitet. Legure niobijuma se takođe koriste u raketnim mlaznicama zbog visoke otpornosti niobijuma na koroziju.[4]
Tantal ima četiri glavne vrste aplikacija. Tantal se dodaje u predmete izložene visokim temperaturama, u elektronske uređaje, u hirurške implantate i za rukovanje korozivnim supstancama.[4]
Toksičnost uredi
Nije poznato da je čist vanadijum toksičan. Međutim, vanadijum pentoksid izaziva jaku iritaciju očiju, nosa i grla.[4]
Smatra se da su niobijum i njegova jedinjenja blago toksični, ali nije poznato da je došlo do trovanja niobijumom. Niobijumska prašina može da iritira oči i kožu.[4]
Tantal i njegova jedinjenja retko izazivaju povrede, a kada do toga dođe, povrede su obično osipi.[4]
Biološke pojave uredi
Od elemenata grupe 5, identifikovano je da samo vanadijum igra ulogu u biološkoj hemiji živih sistema, ali čak i on igra veoma ograničenu ulogu u biologiji, i važniji je u okeanskim sredinama nego na kopnu.
Vanadijum, neophodan za ascidije i tunikate u vidu vanabina, poznat je u krvnim ćelijama Ascidiacea (morske plaštaša) od 1911. godine,[5][6] pri čemu je koncentracija vanadijuma u njihovoj krvi preko od 100 puta veća od koncentracije vanadijuma u morskoj vodi oko njih. Nekoliko vrsta makrogljiva akumulira vanadijum (do 500 mg/kg u suvoj težini).[7] Bromoperoksidaza zavisna od vanadijuma stvara organobrominska jedinjenja u brojnim vrstama morskih algi.[8]
Takođe je poznato da je pacovima i pilićima potreban vanadijum u veoma malim količinama, a deficijencije rezultiraju smanjenim rastom i poremećenom reprodukcijom.[9] Vanadijum je relativno kontroverzan dodatak ishrani, prvenstveno radi povećanja osetljivosti na insulin[10] i bodibilding. Vanadil sulfat može poboljšati kontrolu glukoze kod ljudi sa dijabetesom tipa 2.[11] Pored toga, dekavanadat i oksovanadat su vrste koje potencijalno imaju mnoštvo bioloških aktivnosti i koje se uspešno koriste kao alati u razumevanju nekoliko biohemijskih procesa.[12]
Reference uredi
- ^ Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (na jeziku: nemački) (91–100 izd.). Walter de Gruyter. ISBN 3-11-007511-3.
- ^ Cintas, Pedro (2004). „The Road to Chemical Names and Eponyms: Discovery, Priority, and Credit”. Angewandte Chemie International Edition. 43 (44): 5888—94. PMID 15376297. doi:10.1002/anie.200330074.
- ^ Hatchett, Charles (1802). „Eigenschaften und chemisches Verhalten des von Charlesw Hatchett entdeckten neuen Metalls, Columbium”. Annalen der Physik (na jeziku: nemački). 11 (5): 120—122. Bibcode:1802AnP....11..120H. doi:10.1002/andp.18020110507.
- ^ a b v g d đ e ž z i j k l lj m n Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks.
- ^ Henze, M. (1911). „Untersuchungen über das Blut der Ascidien. I. Mitteilung. Die Vanadiumverbindung der Blutkörperchen”. Hoppe-Seyler's Zeitschrift für Physiologische Chemie (na jeziku: nemački). 72 (5–6): 494—501. doi:10.1515/bchm2.1911.72.5-6.494.
- ^ Michibata, H; Uyama, T; Ueki, T; Kanamori, K (2002). „Vanadocytes, cells hold the key to resolving the highly selective accumulation and reduction of vanadium in ascidians” (PDF). Microscopy Research and Technique. 56 (6): 421—434. PMID 11921344. doi:10.1002/jemt.10042. Arhivirano iz originala (PDF) 17. 03. 2020. g. Pristupljeno 08. 11. 2021.
- ^ Kneifel, Helmut; Bayer, Ernst (1997). „Determination of the Structure of the Vanadium Compound, Amavadine, from Fly Agaric”. Angewandte Chemie International Edition in English. 12 (6): 508. ISSN 1521-3773. doi:10.1002/anie.197305081.
- ^ Butler, Alison; Carter-Franklin, Jayme N. (2004). „The role of vanadium bromoperoxidase in the biosynthesis of halogenated marine natural products”. Natural Product Reports. 21 (1): 180—8. PMID 15039842. doi:10.1039/b302337k.
- ^ Schwarz, Klaus; Milne, David B. (1971). „Growth Effects of Vanadium in the Rat”. Science. 174 (4007): 426—428. Bibcode:1971Sci...174..426S. JSTOR 1731776. PMID 5112000. doi:10.1126/science.174.4007.426.
- ^ Yeh, Gloria Y.; Eisenberg, David M.; Kaptchuk, Ted J.; Phillips, Russell S. (2003). „Systematic Review of Herbs and Dietary Supplements for Glycemic Control in Diabetes”. Diabetes Care. 26 (4): 1277—1294. PMID 12663610. doi:10.2337/diacare.26.4.1277
.
- ^ Badmaev, V.; Prakash, Subbalakshmi; Majeed, Muhammed (1999). „Vanadium: a review of its potential role in the fight against diabetes”. The Journal of Alternative and Complementary Medicine. 5 (3): 273—291. PMID 10381252. doi:10.1089/acm.1999.5.273.
- ^ Aureliano, Manuel; Crans, Debbie C. (2009). „Decavanadate and oxovanadates: Oxometalates with many biological activities”. Journal of Inorganic Biochemistry. 103: 536—546. doi:10.1016/j.jinorgbio.2008.11.010.
Literatura uredi
- Greenwood, N (2003). „Vanadium to dubnium: from confusion through clarity to complexity”. Catalysis Today. 78 (1–4): 5—11. doi:10.1016/S0920-5861(02)00318-8.
