Ванадиев оксид: формули, свойства

До средата на 20-ти век терминът "метали със стратегическо значение" се появява в химическата наука. Това означава група елементи, чиито физикохимични свойства им позволяват да бъдат използвани в производството на военно-промишлен комплекс. Това са метали като хром, тантал, ниобий, молибден и волфрам. Ванадий, чиито свойства ние разглеждаме в тази статия, заслужава да заема едно от централните места сред металите, използвани в съвременното инженерство, металургията, инструменталната и химическата промишленост. Металът образува четири оксида с кислород, показващи валентност 2, 3, 4 и 5. Най-интересното е съединението с най-висока степен на окисление на метала - V₂

Запознаваме се с ванадий

В химическата наука съществува отдавна установено правило, според което характеристиката на даден химичен елемент трябва да започне с позицията му в периодичната система на D.I. Университета Менделеев. Химичната формула на ванадий като проста субстанция е V, номерът на поръчката е 23, а атомната маса е 50.9414. Намира се в четвъртия период, петата група и заедно с ниобий и тантал е типичен представител на огнеупорните метали. проби чисто вещество Пластмаса и имат сребристосив цвят. Ванадиумният атом е d-елемент, има две S-електрони на последното енергийно ниво, но тези отрицателни частици, които се намират на d-подложката на същото четвърто ниво също са валентни.

Къде се среща металът и какви са неговите физични свойства

Самият елемент в чистата му форма не може да се намери в природата. Но той присъства като задължителен компонент в полиметалните и железни руди. По-рано говорихме за пластичността и издържливостта на просто вещество, сега добавяме, че важните физични свойства на ванадий са съответно високи точка на кипене и точка на топене, равна на 3400 ° C и 1920 ° C. Подобно на титана, той рязко влошава физикохимичните си параметри, когато е замърсен с примеси като азот, водород или кислород. По-специално пластиката и механичната му сила намаляват и ванадият става крехък.

Специални химични свойства

Металът е способен на пасивация, т.е. има уникална способност да издържи на въздействието на агресивни химични среди: разтвори на киселини, алкали и соли, образувайки на повърхността си защитен филм - ванадиев оксид. Кристалната решетка на елемента има кубична структура. Също така отбелязваме, че антикорозионната устойчивост на стоманите, съдържащи елемента, е много висока, което прави възможно използването им като носещи товари за мостове и офшорни петролни сондажи. Невъзможно е да си представим съвременната инструментална продукция без стомани, съдържащи ванадий. Заедно с ниобий, хром и титан, елементът се използва за легиране на специални сплави, използвани в ракетно инженерство и космическата индустрия. Въпреки това, концентриран нитрат и сулфатна киселина, разтвор на флуороводород във вода и смес от хлоридни и нитратни киселини, наречена царска водка, лесно взаимодействат с метала. Елементът на ванадий като проста субстанция може да взаимодейства с хлор, бром, сяра и се образуват съответните соли. С кислород той дава няколко оксида, които се различават значително по отношение на техните химични свойства. Нека ги разгледаме допълнително.

Основни и амфотерни оксиди

Металът образува два оксида - VO и V₂О₃, които показват типични основни свойства. В лабораторията, моноксидът се получава чрез реакция на редукция на V₂О₅ фин ванадиев прах. Основни оксиди реагират с кисели разтвори за образуване на съответните соли. И вече от тях е възможно да се получат хидроксиди, извършващи реакция на обмен с алкали. Ванадиев оксид (III) се намира като компонент на минерала Карелианит, но се получава при лабораторни условия с нагряване V₂О₅ със сяра, въглища или водород. Двата основни оксида имат силно изразени редуциращи свойства. VO оксид₂ - това е типично амфотерно съединение, което реагира както с киселини, така и с алкали. В разтвор, чието рН е по-малко от 7, положително зареден ванадилов йон VO²⁺, като разтворът дава светлосин цвят и в алкална среда се образуват соли на поливадинова киселина. Ванадиевият оксид (IV) привлича вода, т.е. е хигроскопично вещество, действа като редуциращо средство в реакциите.

Ванадиев хемипеноксид

Съединението, чиято формула V₂О₅ - най-важният метален оксид. Това оранжево оранжево кристално вещество реагира с алкали, за да образува ванадат - соли на метаванадиновата киселина HVO₃. Широко използван като катализатор в реакцията на окисляване на серен диоксид до сярен анхидрид в индустриалното производство на сулфатна киселина. Ванадиевият петоксид има ромбична кристална решетка и признаци на амфотерност с преобладаване на свойствата на киселинния оксид. В реакциите се държи като силен окислител. Съставът се използва в технологиите за производство на стъкло, медицина и органичен синтез.

Методи за извличане на ванадий от неговите съединения

По-рано споменахме, че металът е компонент от желязна руда. При производството на доменни пещи елементът, заедно с примесите от въглерод и фосфор, преминава в чугун. при стоманено топене ванадиевият оксид 5 се отлага в състава на шлаката, където съдържанието му може да достигне 16%. Чрез добавяне на сол към него и печене на сместа в пещи се получава продукт, който след това се разтваря във вода. Полученият воден концентрат се обработва със сулфатна киселина и V₂О₅. За да се изолира чист ванадий от оксида, може да се използва методът на калциетермия - редукцията на металите с помощта на метален калций. За да се намалят технологичните разходи при реакцията с ванадиев пентоксид, вместо калций често се използва алуминий. Металът може да се получи и чрез редукция на оксида на тривалентния ванадий с въглища.

Биологична роля

Ванадийът присъства в живите организми като микроелемент, който е част от междуклетъчната течност на морските бодлокожи. При холоурианците и морските арки се свързва с протеини, които изпълняват функцията на транспортиране до кислородни клетки и отстраняване на въглеродния диоксид. Слабо съдържание на елемента в организмите на топлокръвните животни и хората, където се намира в ензимите на панкреаса, в невроглиите и нефроните. В растенията микроелементът участва като ензим на тъмната фаза на фотосинтеза и влияе на нивото на хлорофилния пигмент, присъстващ в хлоропластите. Също така се среща в бактериите с нодула, които са азотни фиксиращи вещества в тъканите на по-високи гъбички. В състава на чернозем, заедно със съединения на бор, мед, цинк и манган, ванадиев оксид засяга плодородието на почвата.

В тази статия сме изследвали основните свойства на ванадий и неговите оксиди и също така изследвахме използването на неговите съединения в промишлеността.