Vanadium oksida: formula, sifat

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 05:36

Menjelang pertengahan abad ke-20, satu istilah muncul dalam sains kimia - logam yang mempunyai kepentingan strategik. Ia bermaksud sekumpulan unsur yang sifat fizikokimianya memungkinkan untuk menggunakannya dalam pengeluaran kompleks industri ketenteraan. Kita bercakap tentang logam seperti kromium, tantalum, niobium, molibdenum dan tungsten. Vanadium, yang sifatnya akan kita pertimbangkan dalam artikel ini, juga berhak menduduki salah satu tempat utama di antara logam yang digunakan dalam kejuruteraan mekanikal moden, metalurgi ferus, alat dan pengeluaran kimia. Logam membentuk empat oksida dengan oksigen, menunjukkan valens 2, 3, 4 dan 5 di dalamnya. 5 _{yang akan kita kaji dengan lebih terperinci.}

Temui vanadium

Dalam sains kimia, ada yang sudah lama wujudperaturan yang menyatakan bahawa pencirian unsur kimia mesti bermula dengan kedudukannya dalam sistem berkala D. I. Mendeleev. Formula kimia vanadium sebagai bahan ringkas ialah V, nombor sirinya ialah 23, jisim atom ialah 50, 9414. Ia terletak dalam tempoh keempat, kumpulan kelima dan, bersama-sama dengan niobium dan tantalum, adalah wakil tipikal bagi logam refraktori. Sampel bahan tulen adalah plastik dan mempunyai warna kelabu keperakan. Atom vanadium ialah unsur-d, ia mempunyai dua elektron-s pada tahap tenaga terakhir, walau bagaimanapun, zarah-zarah negatif yang terletak pada tahap-d tahap keempat yang sama juga akan menjadi valensi.

Di manakah logam ditemui dan apakah sifat fizikalnya

Unsur itu sendiri tidak boleh ditemui dalam bentuk tulen di alam semula jadi. Tetapi ia hadir sebagai komponen wajib dalam bijih polimetal dan besi. Terdahulu kita bercakap tentang keplastikan dan kebolehtempaan bahan mudah, kini kita akan menambah bahawa sifat fizikal penting vanadium ialah takat didih dan lebur yang tinggi, masing-masing sama dengan 3400 ° C dan 1920 ° C. Seperti titanium, ia merosot secara drastik parameter fizikal dan kimianya apabila tercemar dengan bendasing seperti nitrogen, hidrogen atau oksigen. Khususnya, kemuluran dan kekuatan mekanikalnya berkurangan, dan vanadium menjadi rapuh.

Sifat kimia istimewa

Metal mampu memasifkan, i.e. mempunyai keupayaan unik untuk menahan tindakan persekitaran kimia yang agresif: larutan asid, alkali dan garam, membentuk filem pelindung pada permukaannya -vanadium oksida. Kekisi kristal unsur mempunyai struktur padu. Ia juga harus diperhatikan bahawa rintangan kakisan keluli yang mengandungi unsur adalah sangat tinggi, yang membolehkan ia digunakan sebagai pengikat galas beban untuk sokongan jambatan dan pelantar penggerudian minyak luar pesisir. Adalah mustahil untuk membayangkan pengeluaran alat moden tanpa keluli yang mengandungi vanadium. Bersama-sama dengan niobium, kromium dan titanium, unsur tersebut digunakan untuk mengaloi aloi khas yang digunakan dalam sains roket dan industri angkasa lepas. Walau bagaimanapun, asid nitrat dan sulfat pekat, larutan hidrogen fluorida dalam air, dan campuran asid klorida dan nitrat, dipanggil aqua regia, mudah berinteraksi dengan logam. Unsur vanadium sebagai bahan ringkas boleh bertindak balas dengan klorin, bromin, sulfur, dan garam yang sepadan terbentuk. Dengan oksigen, ia memberikan beberapa oksida yang sangat berbeza dalam sifat kimianya. Pertimbangkan lagi.

Oksid asas dan amfoterik

Logam membentuk dua oksida, VO dan V₂O₃, yang mempamerkan sifat asas yang tipikal. Di makmal, monoksida dilombong oleh tindak balas pengurangan V₂O₅ serbuk vanadium halus. Oksida asas bertindak balas dengan larutan asid untuk membentuk garam yang sepadan. Dan sudah hidroksida boleh diperoleh daripada mereka dengan menjalankan tindak balas pertukaran dengan alkali. Vanadium (III) oksida didapati sebagai komponen mineral karelianit, dan diperolehi di makmal dengan memanaskan V₂O₅ dengan sulfur, arang batu atau hidrogen. Kedua-dua oksida asas mempunyai sifat pengurangan yang jelas. Oksida VO₂ ialah sebatian amfoterik biasa yang bertindak balas dengan kedua-dua asid dan alkali. Dalam larutan yang pHnya kurang daripada 7, ion vanadyl bercas positif VO²⁺ ditemui, memberikan larutan itu warna biru muda, dan garam asid polivanadik terbentuk dalam medium alkali. Vanadium (IV) oksida menarik air, i.e. ialah bahan higroskopik, dalam tindak balas ia berkelakuan seperti agen pengurangan.

Vanadium hemipentoxide

Sebatian yang formulanya ialah V₂O_5, ialah oksida logam yang paling penting. Ia adalah bahan hablur oren larut air yang bertindak balas dengan alkali untuk membentuk vanadat - garam asid metavanadik HVO₃. Ia digunakan secara meluas sebagai pemangkin dalam pengoksidaan sulfur dioksida kepada anhidrida sulfurik dalam pengeluaran industri asid sulfat. Vanadium pentoksida mempunyai kekisi kristal rombik dan tanda-tanda amfoterisiti dengan dominasi sifat oksida berasid. Dalam tindak balas ia bertindak sebagai agen pengoksidaan yang kuat. Kompaun ini digunakan dalam teknologi kaca, perubatan dan sintesis organik.

Kaedah untuk mengekstrak vanadium daripada sebatiannya

Kami menyebut sebelum ini bahawa logam itu adalah komponen bijih besi. Dalam pengeluaran relau letupan, unsur itu, bersama-sama dengan kekotoran karbon dan fosforus, masuk ke dalam besi tuang. Apabila keluli dilebur, vanadium oksida 5 mendakan dalam komposisi sanga, di mana kandungannya boleh mencapai 16%. Menambahkannyagaram meja dan memanggang campuran dalam relau, produk diperolehi, yang selanjutnya dibubarkan dalam air. Pekat berair yang terhasil dirawat dengan asid sulfat dan V₂O₅ diasingkan daripadanya. Untuk mengasingkan vanadium tulen daripada oksida, anda boleh menggunakan kaedah calciumthermy - pengurangan logam menggunakan kalsium logam. Untuk mengurangkan kos teknologi dalam tindak balas dengan vanadium pentoksida, aluminium sering digunakan sebagai ganti kalsium. Logam itu juga boleh didapati dengan mengurangkan trivalen vanadium oksida dengan arang batu.

Peranan biologi

Vanadium terdapat dalam organisma hidup sebagai unsur surih, yang merupakan sebahagian daripada cecair antara sel echinoderms marin. Dalam holothurian dan landak laut, ia dikaitkan dengan protein yang menjalankan fungsi mengangkut oksigen ke sel dan mengeluarkan karbon dioksida. Kandungan unsur itu tidak penting dalam organisma haiwan dan manusia berdarah panas, di mana ia berada dalam komposisi enzim pankreas, dalam neuroglia dan nefron. Dalam tumbuhan, unsur surih terlibat sebagai enzim dalam fasa gelap fotosintesis dan mempengaruhi tahap pigmen klorofil yang terletak dalam kloroplas. Ia juga terdapat dalam bakteria nodul, yang merupakan penetap nitrogen, dalam tisu kulat yang lebih tinggi. Sebagai sebahagian daripada chernozem, bersama-sama dengan sebatian boron, kuprum, zink dan mangan, vanadium oksida menjejaskan kesuburan tanah.