التكافؤ الفاناديوم. الفاناديوم (عنصر كيميائي): تاريخ الاسم، التركيب الذري، التكافؤ حدوثه في الطبيعة والنظائر

الفاناديوم هو عنصر كيميائي يرمز له بالرمز "V". الكتلة الذرية للفاناديوم هي 50.9415 أ. العدد الذري - 23. وهو معدن صلب ذو لون رمادي فضي، قابل للطرق والانصهار، نادرًا ما يوجد في الطبيعة. يوجد في أكثر من 60 معدنًا ويمكن العثور عليه حتى في الوقود الأحفوري.

اكتشاف غير معترف به

تم اكتشاف معدن الفاناديوم لأول مرة من قبل عالم المعادن المكسيكي الإسباني المولد أندريس مانويل ديل ريو في عام 1801. استخرج أحد الباحثين عنصرا جديدا من عينة من خام الرصاص "البني" المستخرج في المكسيك. وكما تبين، فإن أملاح المعدن لها مجموعة واسعة من الألوان، لذلك أطلق عليه ديل ريو في الأصل اسم "بانكروميوم" (من الكلمة اليونانية "παγχρώμιο" - "متعدد الألوان").

أعاد عالم المعادن فيما بعد تسمية عنصر الإريثرونيوم (من الكلمة اليونانية "ερυθρός" - "الأحمر")، لأن معظم الأملاح تحولت إلى اللون الأحمر عند تسخينها. يبدو أن الحظ المذهل ابتسم لعالم غير معروف في أوروبا. لقد وعد اكتشاف العنصر الكيميائي الجديد الفاناديوم، إن لم يكن بالشهرة، فعلى الأقل بالاعتراف من زملائه. ومع ذلك، ونظرًا لعدم وجود سلطة كبيرة في العالم العلمي، تم تجاهل إنجاز المكسيكي.

في عام 1805، اقترح الكيميائي الفرنسي هيبوليت فيكتور كوليه-ديكوتيلز أن العنصر الجديد الذي درسه ديل ريو كان مجرد عينة من كرومات الرصاص مع الشوائب. في النهاية، قبل الباحث المكسيكي، حتى لا يفقد ماء وجهه تمامًا أمام الأخوة العلمية، بيان كوليه ديكوتيل وتخلى عن اكتشافه. ومع ذلك، فإن إنجازه لم يذهب إلى غياهب النسيان. اليوم، يُعرف أندريس مانويل ديل ريو بأنه مكتشف المعدن النادر.

إعادة الفتح

في عام 1831، اكتشف السويدي نيلز غابرييل سيفستروم عنصر الفاناديوم الكيميائي في الأكسيد الذي حصل عليه أثناء العمل مع خام الحديد. واختار العالم الحرف "V" كتسمية له، والذي لم يتم تخصيصه بعد لأي عنصر. سمى سيفستروم المعدن الجديد بسبب ألوانه الجميلة والغنية على اسم إلهة الجمال الإسكندنافية القديمة فاناديس.

أثارت الأخبار اهتمامًا متزايدًا في المجتمع العلمي. تذكرنا على الفور عمل عالم المعادن المكسيكي. في نفس عام 1831، قام فريدريش فولر بإعادة فحص وأكد اكتشاف ديل ريو السابق. حتى أن الجيولوجي جورج ويليام فيذرستونهوب اقترح تسمية المعدن بـ "الريونيوم" تكريمًا للمكتشف، لكن المبادرة لم تلق الدعم.

صعبة المنال

لقد ثبت أن عزل معدن الفاناديوم في شكله النقي أمر صعب. قبل ذلك، كان العلماء يعملون فقط بأملاحه. هذا هو السبب في أن الخصائص الحقيقية للفاناديوم غير معروفة. في عام 1831، أعلن بيرسيليوس عن حصوله على مادة ممعدنة، لكن هنري إنفيلد روسكو أثبت أن بيرزيليوس قد أنتج بالفعل نيتريد الفاناديوم (VN). في نهاية المطاف، أنتج روسكو المعدن في عام 1867 عن طريق اختزال كلوريد الفاناديوم (VCl 2) بالهيدروجين. منذ عام 1927، تم الحصول على الفاناديوم النقي عن طريق اختزال خامس أكسيد الفاناديوم مع الكالسيوم.

يعود أول استخدام صناعي متسلسل للعنصر إلى عام 1905. تمت إضافة المعدن إلى سبيكة فولاذية لصنع هيكل سيارة السباق، وبعد ذلك إلى طراز Ford Model T. تساعد خصائص الفاناديوم على تقليل الوزن الهيكلي مع زيادة قوة الشد. بالمناسبة، اكتشف الكيميائي الألماني مارتن هنز الفاناديوم في خلايا الدم (أو الخلايا الجوفية) لسكان البحار - الأسيديا - في عام 1911.

الخصائص الفيزيائية

الفاناديوم معدن رمادي-أزرق طيع، ذو صلابة متوسطة، وله بريق فولاذي، وكثافته 6.11 جم/سم3. تصف بعض المصادر المادة بأنها ناعمة، مما يعني ليونة عالية. التركيب البلوري للعنصر أكثر تعقيدًا من معظم المعادن والفولاذ.

يتمتع الفاناديوم بمقاومة جيدة للتآكل والقلويات وأحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك. ويتأكسد في الهواء عند حوالي 660 درجة مئوية (933 كلفن، 1220 درجة فهرنهايت)، على الرغم من أن تخميل الأكسيد يحدث حتى في درجة حرارة الغرفة. تذوب هذه المادة عندما تصل درجة الحرارة إلى 1920 درجة مئوية، وتغلي عند 3400 درجة مئوية.

الخواص الكيميائية

الفاناديوم، عند تعرضه للأكسجين، يشكل أربعة أنواع من الأكاسيد:

مركبات الفاناديوم من النوع (II) هي عوامل اختزال، ومركبات النوع (V) هي عوامل مؤكسدة. غالبًا ما توجد المركبات (IV) كمشتقات من كاتيون الفاناديل.

أكسيد

المركب الأكثر أهمية تجاريًا هو خامس أكسيد الفاناديوم. وهي مادة صلبة ذات لون بني-أصفر، على الرغم من أنها عندما تترسب حديثا من محلول مائي يكون لونها برتقاليا داكنا.

ويستخدم الأكسيد كمحفز لإنتاج حامض الكبريتيك. يقوم هذا المركب بأكسدة ثاني أكسيد الكبريت (SO 2) إلى ثالث أكسيد (SO 3). في تفاعل الأكسدة والاختزال هذا، يتأكسد الكبريت من +4 إلى +6، ويتم تقليل الفاناديوم من +5 إلى +4. صيغة الفاناديوم هي كما يلي:

V 2 O 5 + SO 2 → 2VO 2 + SO 3

يتم تجديد المحفز عن طريق أكسدة الأكسجين:

2VO 2 + O 2 → V 2 O 5

يتم استخدام عمليات أكسدة مماثلة في إنتاج أنهيدريد المالئيك، وأنهيدريد الفثاليك والعديد من المركبات العضوية السائبة الأخرى.

ويستخدم هذا الأكسيد أيضًا في إنتاج الفيروفاناديوم. يتم تسخينه بالحديد والفيروسيليكون مع إضافة الجير. عند استخدام الألومنيوم، يتم إنتاج سبيكة الحديد والفاناديوم مع أكسيد الألومنيوم كمنتج ثانوي. نظرًا لمعامل المقاومة الحرارية العالية، يتم استخدام أكسيد الفاناديوم (V) كمواد كاشفة في مقاييس البولوميتر ومصفوفات المقاييس الدقيقة في أدوات التصوير الحراري.

صفات

يتميز المعدن النادر بالخصائص التالية:

• البنية البلورية: مكعبة مركزية الجسم.
• الموصلية الصوتية: 4560 م/ث (عند 20 درجة مئوية).
• تكافؤ الفاناديوم: V (في كثير من الأحيان IV، III، II).
• التمدد الحراري: 8.4 ميكرومتر/(م ك) (عند 25 درجة مئوية).
• الموصلية الحرارية: 30.7 واط/(م ك).
• المقاومة الكهربائية: 197 نانومتر (عند 20 درجة مئوية).
• المغناطيسية: مغناطيسية.
• القابلية المغناطيسية: +255·10 -6 سم3/مول (298 كلفن).
• معامل المرونة: 128 جيجا باسكال.
• معامل القص: 47 جيجا باسكال.
• معامل المرونة بالجملة: 160 جيجا باسكال.
• نسبة بواسون: 0.37.
• الصلابة على مقياس موس: 6.7.
• صلابة فيكرز: 628-640 ميجا باسكال.
• صلابة برينل: 600-742 ميجا باسكال.
• فئة العنصر: معدن انتقالي.
• التكوين الإلكتروني: 3D 3 4S 2.
• حرارة الانصهار: 21.5 كيلوجول/مول.
• حرارة التبخر: 444 كيلوجول/مول.
• السعة الحرارية المولية: 24.89 جول/(مول ك).

يقع الفاناديوم في الجدول الدوري في المجموعة الخامسة (مجموعة الفاناديوم الفرعية)، الدورة الرابعة، الكتلة d.

الانتشار

يشكل الفاناديوم على مقياس الكون حوالي 0.0001% من إجمالي حجم المادة. وهو شائع مثل النحاس والزنك. تم اكتشاف المعدن في الوهج الطيفي للشمس والنجوم الأخرى.

العنصر هو العشرين الأكثر وفرة في القشرة الأرضية. يعد معدن الفاناديوم نادرًا جدًا في شكله البلوري، ولكن توجد مركبات هذه المادة في 65 معدنًا مختلفًا. أهمها اقتصاديًا هي الباترونيت (VS 4)، والفانادينيت (Pb 5 (VO 4) 3 Cl) والكارنوتيت (K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 · 3 H 2 O).

تتواجد أيونات الفاناديل بكثرة في مياه البحر ويبلغ متوسط ​​تركيزها 30 نانومتر. تحتوي بعض مصادر المياه المعدنية أيضًا على هذه الأيونات بتركيزات عالية. على سبيل المثال، تحتوي الينابيع القريبة من جبل فوجي على ما يصل إلى 54 ميكروجرام/لتر.

إنتاج

يتم الحصول على معظم هذا المعدن النادر من معدن الفاناديوم، الموجود في صخور الجابرو النارية فائقة المافية. يتم استخراج المواد الخام بشكل رئيسي في جنوب أفريقيا وشمال غرب الصين وشرق روسيا. وفي عام 2013، أنتجت هذه البلدان أكثر من 97% من إجمالي الفاناديوم (79 ألف طن بالوزن).

المعدن موجود أيضًا في البوكسيت ورواسب النفط الخام والفحم والصخر الزيتي ورمال القطران. تم الإبلاغ عن تركيزات تصل إلى 1200 جزء في المليون في النفط الخام. بسبب الخصائص المؤكسدة للفاناديوم (بعض أكاسيده)، بعد احتراق هذه المنتجات البترولية، يمكن أن تسبب بقايا العنصر تآكلًا في المحركات والغلايات.

ويتم إطلاق ما يقدر بنحو 110.000 طن من المادة في الغلاف الجوي كل عام عن طريق حرق الوقود الأحفوري. اليوم، يتم تطوير التقنيات لاستخراج المواد القيمة من الهيدروكربونات.

إنتاج

يستخدم الفاناديوم في المقام الأول كمادة مضافة لسبائك الصلب تسمى السبائك الحديدية. يتم إنتاج الفيروفاناديوم مباشرة عن طريق اختزال خليط من أكسيد الفاناديوم التكافؤ (V) وأكاسيد الحديد والحديد النقي في فرن كهربائي.

يتم إنتاج المعدن باستخدام عملية متعددة الخطوات تبدأ بتحميص خام الفاناديوم المغنتيت المطحون مع إضافة كلوريد الصوديوم (NaCl) أو كربونات الصوديوم (Na2CO3) عند حوالي 850 درجة مئوية لإنتاج ميتافانادات الصوديوم (NaVO3). يتم تحميض المستخلص المائي لهذه المادة للحصول على ملح البوليفانادات الذي يتم اختزاله بمعدن الكالسيوم. وكبديل للإنتاج على نطاق صغير، يتم اختزال خامس أكسيد الفاناديوم بالهيدروجين أو المغنيسيوم.

يتم أيضًا استخدام العديد من الطرق الأخرى، وكلها تنتج الفاناديوم كمنتج ثانوي لعمليات أخرى. يمكن تنقيته باستخدام طريقة اليوديد، التي طورها أنطون إدوارد فان آركيل وجان هندريك دي بوير في عام 1925. يتضمن تكوين يوديد الفاناديوم (III) وتحلله لاحقًا لإنتاج معدن نقي:

2 فولت + 3ط 2 ⇌ 2 السادس 3

توصل اليابانيون إلى طريقة غريبة للحصول على هذا العنصر. يقومون بتربية الأسكيديين (نوع من الحبليات) في المزارع تحت الماء، والتي تمتص الفاناديوم من مياه البحر. ثم يتم جمعها وحرقها. يتم استخراج المعادن الثمينة من الرماد الناتج. بالمناسبة، تركيزه في هذه الحالة أعلى بكثير مما كان عليه في أغنى الودائع.

سبائك

ما هي سبائك الفاناديوم؟ يتم استخدام ما يقرب من 85٪ من المعدن النادر المنتج لإنتاج الفيروفاناديوم أو كمادة مضافة للصلب. في بداية القرن العشرين، تم اكتشاف أنه حتى كمية صغيرة من الفاناديوم تزيد بشكل كبير من قوة الفولاذ. يشكل هذا العنصر نيتريدات وكربيدات مستقرة، مما يؤدي إلى تحسين خصائص الفولاذ والسبائك.

منذ ذلك الوقت، تم استخدام الفاناديوم في المحاور والإطارات وأعمدة الكرنك والتروس وغيرها من المكونات المهمة للمركبات ذات العجلات. هناك مجموعتان من السبائك:

• نسبة عالية من الكربون بنسبة 0.15% إلى 0.25% فاناديوم.
• فولاذ الأدوات عالي السرعة (HSS) الذي يحتوي على 1% إلى 5% من هذا العنصر.

يمكن تحقيق صلابة أعلى من HRC 60 للفولاذ من فئة HSS، ويتم استخدامها في الأدوات الجراحية. في تعدين المساحيق، يمكن أن تحتوي السبائك على ما يصل إلى 18٪ من الفاناديوم. يزيد المحتوى العالي من الكربيد في هذه السبائك من مقاومة التآكل بشكل كبير. منها تصنع الأدوات والسكاكين.

نظرًا لخصائصه، يعمل الفاناديوم على تثبيت شكل بيتا من التيتانيوم، ويزيد من قوته وثباته في درجة الحرارة. يتم خلطه مع الألومنيوم في سبائك التيتانيوم، ويستخدم في المحركات النفاثة والطائرات عالية السرعة وزراعة الأسنان. السبائك الأكثر شيوعًا للأنابيب غير الملحومة هي التيتانيوم 3/2.5، والتي تحتوي على 2.5% فاناديوم. وتستخدم هذه المواد على نطاق واسع في صناعات الطيران والدفاع والدراجات. ومن السبائك الشائعة الأخرى، والتي يتم إنتاجها بشكل أساسي على شكل صفائح، التيتانيوم 6AL-4V، والذي يتكون من 6% ألومنيوم و4% فاناديوم.

تظهر العديد من سبائك الفاناديوم خصائص فائقة التوصيل. كان الموصل الفائق للمرحلة الأولى A15 عبارة عن مركب الفاناديوم V 3 Si، والذي تم الحصول عليه في عام 1952. يستخدم شريط الغاليوم الفاناديوم في المغناطيس فائق التوصيل. يشبه هيكل مرحلة الموصلية الفائقة A15 V 3 Ga بنية الموصلات الفائقة الأكثر شيوعًا: ستانيد الترينيوبيوم (Nb 3 Sn) والتيتانيوم النيوبيوم (Nb 3 Ti).

اكتشف العلماء مؤخرًا أنه في العصور الوسطى، تمت إضافة كميات صغيرة من الفاناديوم (من 40 إلى 270 جزءًا في المليون) إلى بعض عينات الفولاذ الدمشقي والفولاذ الدمشقي. أدى هذا إلى تحسين خصائص الشفرات. ومع ذلك، فمن غير الواضح أين وكيف تم استخراج المعدن النادر. ربما كان جزءًا من بعض الخامات.

طلب

بالإضافة إلى المعادن، يستخدم الفاناديوم لتطبيقات أخرى. إن المقطع العرضي لالتقاط النيوترونات الحرارية ونصف العمر القصير للنظائر الناتجة عن التقاط النيوترونات يجعل المعدن مادة مناسبة للاستخدام داخل مفاعل الاندماج.

يستخدم أكسيد الفاناديوم الأكثر شيوعا، خامس أكسيد V2O5، كمحفز في إنتاج حمض الكبريتيك وكعامل مؤكسد في إنتاج أنهيدريد المالئيك. تستخدم رغوة الفاناديوم في صناعة منتجات السيراميك.

يعد المعدن مكونًا مهمًا لمحفزات أكسيد الفلز المختلط المستخدمة في أكسدة البروبان والبروبيلين إلى الأكرولين أو حمض الأكريليك أو أموكسيد البروبيلين إلى أكريلونيتريل. ويستخدم أكسيد الفاناديوم الآخر، ثاني أكسيد VO 2، في إنتاج الطلاء الزجاجي الذي يمنع الأشعة تحت الحمراء عند درجات حرارة معينة.

بطارية الأكسدة والاختزال الفاناديوم عبارة عن خلية فولتية تتكون من أيونات الفاناديوم المائية في حالات أكسدة مختلفة. تم اقتراح البطاريات من هذا النوع لأول مرة في الثلاثينيات، وبدأ الاستخدام التجاري في الثمانينيات. يمكن استخدام الفاناديت لحماية الفولاذ من التآكل.

الفاناديوم مهم لصحة الإنسان. فهو يساعد على تنظيم استقلاب الكربون والدهون ويشارك في إنتاج الطاقة. يوصى باستهلاك 6-63 ميكروغرام يوميًا (بيانات منظمة الصحة العالمية) من المادة من الطعام. وهي كافية تمامًا في الحبوب والبقوليات والخضروات والأعشاب والفواكه.

تعريف

الفاناديوميقع في الفترة الرابعة من المجموعة الخامسة من المجموعة الفرعية الثانوية (ب) من الجدول الدوري.

يشير إلى عناصر من عائلة د. معدن. التعيين - V. الرقم التسلسلي - 23. الكتلة الذرية النسبية - 50.941 amu.

الهيكل الإلكتروني لذرة الفاناديوم

تتكون ذرة الفاناديوم من نواة موجبة الشحنة (+23)، يوجد بداخلها 23 بروتونًا و28 نيوترونًا، ويتحرك 23 إلكترونًا في أربعة مدارات.

رسم بياني 1. الهيكل التخطيطي لذرة الفاناديوم.

توزيع الإلكترونات بين المدارات هو كما يلي:

1س 2 2س 2 2ص 6 3س 2 3ص 6 3د 3 4س 2 .

يحتوي مستوى الطاقة الخارجي لذرة الفاناديوم على 5 إلكترونات، وهي إلكترونات التكافؤ. حالة أكسدة الكالسيوم هي +5. يأخذ مخطط الطاقة للحالة الأرضية الشكل التالي:

بناءً على الرسم البياني، يمكن القول أن الفاناديوم لديه أيضًا حالة أكسدة تبلغ +3.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

يمارس	ارسم توزيع الإلكترونات عبر مستويات الطاقة والمستويات الفرعية في ذرات السيليكون والفاناديوم. ما هي أنواع العناصر التي تنتمي إليها من حيث التركيب الذري؟
إجابة	السيليكون: 14 سي) 2) 8) 4 ; 1س 2 2س 2 2ص 6 3س 2 3ص 2 . الفاناديوم: 23 ف) 2) 8) 11) 2 ; 1س 2 2س 2 2ص 6 3س 2 3ص 6 3د 3 4س 2 . السيليكون ينتمي إلى العائلة ص- والفاناديوم د-عناصر.

الفاناديوم

الفاناديوم-أنا؛ م.[لات. الفاناديوم من سكاند القديم.] العنصر الكيميائي (V)، وهو معدن صلب ذو لون رمادي فاتح، يستخدم لصنع درجات قيمة من الفولاذ. ● سميت على اسم إلهة الجمال الإسكندنافية القديمة فاناديس بسبب اللون الجميل لأملاحها.

◁ الفاناديوم، -آية، -أوه. الخامات الثانية . الصلب الثاني.

الفاناديوم

(lat. الفاناديوم)، العنصر الكيميائي للمجموعة الخامسة من الجدول الدوري. يأتي الاسم من إلهة الجمال الإسكندنافية القديمة فاناديس. معدن صلب رمادي اللون. الكثافة 6.11 جم/سم 3 ر 1920 درجة مئوية. مقاوم للماء والعديد من الأحماض. وهو منتشر في القشرة الأرضية وغالباً ما يصاحب الحديد (خامات الحديد مصدر صناعي مهم للفاناديوم). مكون صناعة السبائك من الفولاذ الهيكلي والسبائك المستخدمة في تكنولوجيا الطيران والفضاء، وبناء السفن البحرية، ومكونات السبائك فائقة التوصيل. وتستخدم مركبات الفاناديوم في صناعات النسيج والطلاء والورنيش والزجاج.

الفاناديوم

الفاناديوم (لاتينية الفاناديوم)، V (يُقرأ "الفاناديوم")، عنصر كيميائي برقم ذري 23، وزن ذري 50.9415. الفاناديوم الطبيعي عبارة عن خليط من نويدتين (سم.نيوكليد): ثابت 51 فولت (99.76% بالكتلة) وضعيف الإشعاع 52 فولت (عمر النصف أكثر من 3.9×10×17 سنة). تكوين طبقتين إلكترونيتين خارجيتين 3 س 2 ص 6 د 3 4س 2 . في الجدول الدوري لمندليف يقع في الدورة الرابعة في المجموعة VB. يشكل الفاناديوم مركبات في حالات الأكسدة من +2 إلى +5 (التكافؤ من II إلى V).
يبلغ نصف قطر ذرة الفاناديوم المحايدة 0.134 نانومتر، ونصف قطر أيونات V2+ هو 0.093 نانومتر، V3+ هو 0.078 نانومتر، V4+ هو 0.067-0.086 نانومتر، V5+ هو 0.050-0.068 نانومتر. طاقات التأين المتتابعة لذرة الفاناديوم هي 6.74، 14.65، 29.31، 48.6 و 65.2 فولت. وفقا لمقياس بولينج، فإن السالبية الكهربية للفاناديوم هي 1.63.
وهو في شكله الحر معدن رمادي فضي لامع.
تاريخ الاكتشاف
تم اكتشاف الفاناديوم في عام 1801 من قبل عالم المعادن المكسيكي إيه إم ديل ريو كشوائب في خام الرصاص من منجم في زيمابان. أطلق ديل ريو على العنصر الجديد اسم الإريثرونيوم (من الكلمة اليونانية إريثروس - الأحمر) بسبب اللون الأحمر لمركباته. ومع ذلك، قرر لاحقًا أنه لم يكتشف عنصرًا جديدًا، بل مجموعة متنوعة من الكروم، تم اكتشافها قبل أربع سنوات وما زالت غير مدروسة تقريبًا. في عام 1830، درس الكيميائي الألماني ف. فولر المعدن المكسيكي. (سم.فيلر فريدريش)ومع ذلك، بعد تسممه بفلوريد الهيدروجين، توقف عن البحث لعدة أشهر. وفي نفس العام الكيميائي السويدي ن. سيفستروم (سم.سيفستروم نيلز غابرييل)ولفت الانتباه إلى وجود شوائب في خام الحديد تحتوي مع العناصر المعروفة على مادة جديدة. نتيجة التحليل في مختبر ج. بيرسيليوس (سم.بيرزيليوس ينس جاكوب)وثبت أنه تم اكتشاف عنصر جديد. ويشكل هذا العنصر مركبات ذات ألوان جميلة، ومن هنا جاء اسم العنصر، المرتبط باسم إلهة الجمال الاسكندنافية فاناديس. في عام 1831، أثبت فولر هوية الإريثرونيوم والفاناديوم، لكن العنصر احتفظ بالاسم الذي أطلقه عليه سيفستروم وبيرسيليوس.
التواجد في الطبيعة
لا يتواجد الفاناديوم في الطبيعة بشكله الحر، بل يُصنف على أنه عنصر نزري. (سم.أثر العناصر). محتوى الفاناديوم في القشرة الأرضية هو 1.6 · 10 -2٪ بالكتلة، في مياه المحيطات 3.10 -7٪. وأهم المعادن: الباترونيت V(S2)2، الفانادينيت Pb5 (VO4)3Cl وبعض المعادن الأخرى. المصدر الرئيسي للفاناديوم هو خامات الحديد التي تحتوي على الفاناديوم كشوائب.
إيصال
في الصناعة، عند الحصول على الفاناديوم من خامات الحديد مع خليطه، يتم تحضير المركز أولاً، حيث يصل محتوى الفاناديوم إلى 8-16٪. بعد ذلك، عن طريق المعالجة المؤكسدة، يتم نقل الفاناديوم إلى أعلى حالة أكسدة +5 ويتم فصل فانادات الصوديوم NaVO 3، القابل للذوبان في الماء بسهولة. عندما يتم تحمض المحلول بحمض الكبريتيك، يتشكل راسب، والذي يحتوي بعد التجفيف على أكثر من 90٪ من الفاناديوم.
يتم تقليل التركيز الأولي في الأفران العالية ويتم الحصول على تركيز الفاناديوم، والذي يستخدم بعد ذلك في صهر سبيكة الفاناديوم والحديد - ما يسمى بالفيروفاناديوم (يحتوي على 35 إلى 70٪ فاناديوم). يمكن تحضير الفاناديوم المعدني عن طريق اختزال كلوريد الفاناديوم بالهيدروجين، واختزال الكالسيوم الحراري لأكاسيد الفاناديوم (V2O5 أو V2O3)، والتفكك الحراري لـ VI2 وطرق أخرى.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
يشبه الفاناديوم الفولاذ في مظهره، فهو صلب جدًا، ولكنه في نفس الوقت معدن قابل للطرق. نقطة الانصهار 1920 درجة مئوية، درجة الغليان حوالي 3400 درجة مئوية، الكثافة 6.11 جم/سم3. الشبكة البلورية مكعبة، تتمحور حول الجسم، المعلمة a = 0.3024 نانومتر.
كيميائيا، الفاناديوم خامل تماما. إنه مقاوم لمياه البحر والمحاليل المخففة لأحماض الهيدروكلوريك والنيتريك والكبريتيك والقلويات. مع الأكسجين، يشكل الفاناديوم عدة أكاسيد: VO، V 2 O 3، V 3 O 5، VO 2، V 2 O 5. البرتقالي V 2 O 5 هو أكسيد حمضي، والأزرق الداكن VO 2 مذبذب، وأكاسيد الفاناديوم المتبقية أساسية. مع الهالوجينات، يشكل الفاناديوم هاليدات من التركيبات VX 2 (X = F، Cl، Br، I)، VX 3، VX 4 (X = F، Cl، Br)، VF 5 والعديد من هاليدات الأكسوهاليدات (VOCl، VOCl 2، VOF) 3، الخ.).
مركبات الفاناديوم في حالات الأكسدة +2 و +3 هي عوامل اختزال قوية؛ وفي حالة الأكسدة +5 تظهر خصائص العوامل المؤكسدة. من المعروف أن كربيد الفاناديوم الحراري VC (t pl = 2800 درجة مئوية)، ونيتريد الفاناديوم VN، وكبريتيد الفاناديوم V 2 S 5، ومبيد سيليكات الفاناديوم V 3 Si ومركبات الفاناديوم الأخرى معروفة.
عندما يتفاعل V 2 O 5 مع الأكاسيد الأساسية، يتم تشكيل الفاناديتات (سم.فانادات)- أملاح حمض الفناديك ذات التركيب المحتمل H 2 .
طلب
يستخدم الفاناديوم بشكل أساسي كمادة مضافة للسبائك في إنتاج السبائك المقاومة للتآكل والحرارة والتآكل (الفولاذ الخاص في المقام الأول)، وكعنصر في إنتاج المغناطيس. يعمل أكسيد الفاناديوم V2O5 كمحفز فعال، على سبيل المثال، في أكسدة ثاني أكسيد الكبريت SO 2 إلى غاز الكبريت SO 3 في إنتاج حمض الكبريتيك. تجد مركبات الفاناديوم مجموعة متنوعة من التطبيقات في مختلف الصناعات (النسيج والزجاج والطلاء والورنيش، وما إلى ذلك).
الدور البيولوجي
الفاناديوم موجود باستمرار في أنسجة جميع الكائنات الحية بكميات ضئيلة. محتواه في النباتات (0.1-0.2%) أعلى بكثير منه في الحيوانات (1·10 –5 -1·10 –4%). بعض الكائنات البحرية - البريوزوان والرخويات، وخاصة الصدقيين - قادرة على تركيز الفاناديوم بكميات كبيرة (في الزبديين، يوجد الفاناديوم في بلازما الدم أو الخلايا الخاصة - الخلايا الفاناديومية). على ما يبدو، يشارك الفاناديوم في بعض عمليات الأكسدة في الأنسجة. تحتوي الأنسجة العضلية البشرية على 2·10 - 6% فاناديوم، والأنسجة العظمية - 0.35·10 - 6%، في الدم - أقل من 2·10 - 4% ملغم/لتر. في المجموع، يحتوي الشخص العادي (وزن الجسم 70 كجم) على 0.11 ملغ من الفاناديوم. الفاناديوم ومركباته سامة. الجرعة السامة للإنسان هي 0.25 ملغ، والجرعة المميتة هي 2-4 ملغ. بالنسبة لـ V 2 O 5 فإن الحد الأقصى للتركيز المسموح به في الهواء هو 0.1-0.5 مجم/م3.

القاموس الموسوعي. 2009 .

المرادفات:

انظر ما هو "الفاناديوم" في القواميس الأخرى:

- (لات. الفاناديوم). معدن هش، أبيض اللون، اكتشف عام 1830 وسمي على اسم الإله الاسكندنافي الفاناديوم. قاموس الكلمات الأجنبية المدرجة في اللغة الروسية. تشودينوف إيه إن، 1910. فاناديوم لات. الفاناديوم، اسمه فاناديا، ... ... قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية

- (القيمة الكيميائية V، الوزن الذري 51) عنصر كيميائي يشبه المركبات ذات الفوسفور والنيتروجين. V. توجد المركبات غالبًا، وإن كانت بكميات ضئيلة، في خامات الحديد وبعض الطين؛ المعالجة المسبقة لخامات الحديد الفاناديك الجزء الخامس... ... موسوعة بروكهاوس وإيفرون

قاموس فاناد للمرادفات الروسية. اسم الفاناديوم عدد المرادفات: 2 فاناديوم (1) عنصر... قاموس المرادفات

الفاناديوم- الفاناديوم الكيميائي. علامة V، في. الخامس. 51.0، معدن صلب ومرن بلون الفولاذ، نقطة انصهار 1715 درجة، sp. الوزن 5.688. V. المركبات منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة. هذه المركبات هي سموم وليست أقل قوة من الزرنيخ. يملكون... ... الموسوعة الطبية الكبرى

- (الفاناديوم)، V، عنصر كيميائي من المجموعة الخامسة من النظام الدوري، العدد الذري 23، الكتلة الذرية 50.9415؛ معدن، نقطة انصهار 1920 درجة مئوية. يستخدم في صناعة سبائك الصلب والحديد الزهر، كأحد مكونات السبائك المقاومة للحرارة والصلبة والمقاومة للتآكل،... الموسوعة الحديثة

- (lat. الفاناديوم) V، العنصر الكيميائي للمجموعة الخامسة من النظام الدوري، العدد الذري 23، الكتلة الذرية 50.9415. يأتي الاسم من إلهة الجمال الإسكندنافية القديمة فاناديس. معدن صلب رمادي اللون. الكثافة 6.11 جم/سم3³ درجة الانصهار 1920 م.… … القاموس الموسوعي الكبير

- (الرمز V)، العنصر الانتقالي، تم اكتشافه عام 1801. معدن أبيض فضي، قابل للطرق، وقوي. يوجد في خامات الحديد والرصاص واليورانيوم، وكذلك في الفحم والنفط. يستخدم في سبائك الصلب لزيادة القوة والمقاومة للحرارة.… ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني الموسوعة الفيزيائية

الفاناديوم- عنصر V من المجموعة الخامسة الدورية. الأنظمة؛ في. ن. 23، في. م.50.942؛ معدن رمادي فولاذي. يتكون V الطبيعي من نظيرين: 51V (99.75%) و50V (0.25%). تم افتتاح V في عام 1801 في المكسيك. عالم المعادن أ.م.ديل ريو. في حفلة موسيقية. مقياس V... ... دليل المترجم الفني

وصف وخصائص الفاناديوم

تم اكتشاف الفاناديوم في الأصل على يد المكسيكي أ.م. ديل ريو في خامات بنية تحتوي على الرصاص، والتي عند تسخينها تعطي لونًا محمرًا.

لكن العنصر حصل على اعتراف رسمي فيما بعد، عندما اكتشفه الكيميائي من السويد ن.ج. سيفستروم أثناء دراسته لخام الحديد من رواسب محلية وأعطاه اسم الفاناديوم، وهو ما يتوافق مع اسم فاناديس، الذي حملته إلهة الجمال اليونانية القديمة. .

في المظهر، يشبه المعدن الفولاذ بلونه الرمادي الفضي. ولكن هذا هو المكان الذي تنتهي فيه أوجه التشابه. هيكل الفاناديوم: شبكة مكعبة محورها الجسم مع المعلمات a=3.024A وz=2. الكثافة 6.11 جم/سم3.

وينصهر عند درجة حرارة 1920 درجة مئوية، ويبدأ بالغليان عند 3400 درجة مئوية. لكن تسخينه في الهواء الطلق إلى درجة حرارة أعلى من 300 درجة مئوية يقلل من الخواص البلاستيكية للمعدن ويجعله هشاً، مع زيادة صلابته. يساعدنا هيكل الذرة المعدنية على فهم هذا السلوك.

عنصر الفاناديوم,يحتوي على عدد ذري ​​23 وكتلة ذرية 50.942، وهو ينتمي إلى المجموعة الخامسة من الفترة الرابعة للنظام D. وهذا يعني ذلك ذرة الفاناديوميتكون من 23 بروتونًا و23 إلكترونًا و28 نيوترونًا.

على الرغم من أن هذا هو عنصر المجموعة الخامسة، التكافؤ الفاناديوملا يساوي دائمًا 5. يمكن أن يكون 2، 3، 4 و5 بعلامة إيجابية. يتم تفسير قيم التكافؤ المختلفة من خلال خيارات مختلفة لملء الأصداف الإلكترونية، حيث تصل إلى حالة مستقرة.

ومن المعروف أن القيمة الموجبة للتكافؤ تحدد بعدد الإلكترونات التي تمنحها ذرة العنصر الكيميائي، أما القيمة السالبة فتحدد بعدد الإلكترونات المرتبطة بمستوى الطاقة الخارجي لتكوين استقراره. الصيغة الإلكترونية للفاناديوم- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 .

يمكنه بسهولة التبرع بإلكترونين من المستوى الفرعي الرابع، في حين أن حالة الأكسدة الخاصة به ترجع إلى المظهر الإيجابي ثنائي التكافؤ. لكن ذرة هذا العنصر قادرة على التبرع بثلاثة إلكترونات أخرى من المدار الذي يسبق المستوى الفرعي الخارجي وتظهر حالة أكسدة قصوى تبلغ +5.

تختلف أكاسيد هذا العنصر ذات التكافؤ من 2 إلى 5 في مظاهرها الكيميائية. الأكاسيد VO وV 2 O 3 أساسية في الطبيعة، VO 2 مذبذب وV 2 O 5 حمضي.

يتميز المعدن النقي بالليونة وبالتالي يمكن معالجته بسهولة عن طريق الختم والضغط والدحرجة. يجب أن يتم اللحام والقطع في بيئة خاملة، حيث يتم فقدان الليونة عند التسخين.

أثناء المعالجة، لا يخضع المعدن عمليا لتصلب العمل ويمكنه تحمل الأحمال الثقيلة عند ضغطه على البارد دون التلدين المتوسط. وهو مقاوم للتآكل ولا يتغير تحت تأثير الماء بما فيها ماء البحر وكذلك المحاليل الضعيفة لبعض الأحماض والأملاح والقلويات.

رواسب الفاناديوم والتعدين

عنصر كيميائي الفاناديوم، شائع جدًا في الصخور الأرضية، لكنه لا يوجد في شكل نقي، فهو موجود في المعادن في حالة مشتتة. وتراكماته في الصخور نادرة جداً. هذا معدن نادر. الخام الذي يحتوي على 1% مادة نقية يصنف على أنه غني.

ولا تهمل الصناعة حتى الخامات التي تحتوي على 0.1% من العنصر النادر. ويوجد بتركيزات منخفضة في أكثر من أربعين معدنًا. تشمل العناصر الهامة للصناعة الروسكوليت، المسمى ميكا الفاناديوم، والذي يحتوي على ما يصل إلى 29% خامس أكسيد V2O5، والكارنوتيت (ميكا اليورانيوم)، الذي يحتوي على 20% V2O5، والفانادينيت الذي يحتوي على 19% V2O5.

توجد رواسب خام كبيرة تحتوي على المعدن في أمريكا وجنوب إفريقيا وروسيا وفنلندا وأستراليا. توجد رواسب كبيرة في جبال البيرو، حيث تتمثل بالبترونيت V2S5 المحتوي على الكبريت. عند حرقه، يتكون تركيز يحتوي على ما يصل إلى 30٪ V2O5.

تم العثور على المعدن في قيرغيزستان وكازاخستان. يعد حقل Kyzylorda الشهير واحدًا من أكبر الحقول. في روسيا، يتم استخراجه بشكل رئيسي في منطقة كراسنودار (رواسب كيرتش) وفي جبال الأورال (رواسب جوسيفوجورسك تيتانوماغنيتيت).

تعتمد تقنية استخراج المعدن على متطلبات نقائه ومساحة استخدامه. الطرق الرئيسية المستخدمة في تكنولوجيا إنتاجها هي اليوديد، والكالسيترميك، والألومينوثرميك، والكربون الحراري في الفراغ، والكلوريد.

تعتمد تقنية طريقة اليوديد على التفكك الحراري لليوديد. ومن الشائع الحصول على المعدن عن طريق اختزال V2O5 بطريقة حرارية باستخدام الكالسيوم أو الألومنيوم.

في هذه الحالة، يحدث التفاعل وفقًا للصيغة: V 2 O 5 +5Ca = 2V+5CaC+1460 kJ مع إطلاق حرارة كافية لإذابة V الناتج، مما يسمح له بالتصريف والتجمع في صورة صلبة . تصل درجة نقاء المعدن الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة إلى 99.5%.

الطريقة الحديثة لاستخلاص V هي اختزال الأكاسيد تحت ظروف الفراغ بالكربون عند درجات حرارة تتراوح من 1250 درجة مئوية إلى 1700 درجة مئوية. تتضمن طريقة استخلاص الكلوريد اختزال VCl 3 بالمغنيسيوم السائل.

تطبيقات الفاناديوم

أحد الاستخدامات الرئيسية للمعدن كان كمادة مضافة لصناعة السبائك - الفيروفاناديوم لتحسين جودة الفولاذ. تؤدي إضافة الفاناديوم إلى زيادة معلمات قوة الفولاذ، فضلاً عن صلابته ومقاومته للتآكل وخصائص أخرى.

في هذه الحالة، تعمل المادة المضافة كمزيل للأكسدة ومكون مكون للكربيد. يتم توزيع الكربيدات بالتساوي في السبيكة، مما يمنع النمو الهيكلي لحبيبات الفولاذ عند تسخينها. يساعد الحديد الزهر المخلوط بالفاناديوم أيضًا على تحسين صفاته.

يستخدم الفاناديوملتحسين السبائك القائمة على التيتانيوم. يوجد التيتانيوم الذي يحتوي على ما يصل إلى 13٪ من هذه المادة المضافة للسبائك. ويوجد الفاناديوم أيضًا في سبائك النيوبيوم والتنتالوم والكروم المستخدمة في صناعة الطيران، وكذلك الألومنيوم والتيتانيوم ومواد أخرى للطيران والصواريخ.

إن تفرد العنصر يسمح باستخدامه في الصناعة النووية في إنتاج أنابيب القنوات لقضبان الوقود لمحطات الطاقة النووية، لأنه، مثل الزركونيوم، لديه خاصية الالتقاط العرضي المنخفض للنيوترونات الحرارية، وهو أمر مهم أثناء الطاقة النووية تفاعلات. في تكنولوجيا الهيدروجين الذري، يستخدم كلوريد الفاناديوم للتفاعل الكيميائي الحراري مع الماء.

ويستخدم الفاناديوم في الصناعات الكيميائية والزراعية والأدوية وإنتاج الزجاج والمنسوجات وإنتاج الطلاء والورنيش وصناعة البطاريات. أدوات يدوية وسبائكية واسعة النطاق الفاناديوم الكروم,تتميز بمتانتها.

واحدة من أحدث المجالات هي الإلكترونيات. مثيرة للاهتمام وواعدة بشكل خاص هي المواد التي تعتمد على ثاني أكسيد. التيتانيوم والفاناديوم. يتم دمجها بطريقة معينة لإنشاء نظام لديه القدرة على زيادة ذاكرة وسرعة أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الأخرى بشكل كبير.

سعر الفاناديوم

كمادة خام جاهزة يتم تحرير الفاناديومعلى شكل قضبان، ودوائر، وأكاسيد. تشتمل مجموعة العديد من الشركات العاملة في إنتاج هذا المعدن الحراري على سبائك من مختلف الدرجات. يعتمد السعر إلى حد كبير على الغرض ونقاء المعدن وطريقة الإنتاج وكذلك نوع المنتج.

على سبيل المثال، تبيع شركة Yekaterinburg NPK "Special Metallurgy" السبائك بسعر 7 آلاف للكيلوغرام الواحد، بسعر من 440 إلى 500 ألف للطن، وسبائك من الدرجة VNM-1 بسعر 500 ألف للطن. قد يتغير السعر أيضًا حسب ظروف السوق والطلب على المنتجات.

تعريف

على شكل مادة بسيطة الفاناديوممعدن رمادي مقاوم للحرارة مع شبكة مكعبة مركزية الجسم. يقع في الفترة الرابعة من المجموعة الخامسة من المجموعة الفرعية الثانوية (ب) من الجدول الدوري.

الكثافة - 6.11 جم/سم3. تبلغ درجة الانصهار والغليان 1920 درجة مئوية و3400 درجة مئوية على التوالي. تعتمد الخواص الفيزيائية والكيميائية للفاناديوم بشكل كبير على نقاء المعدن. وبالتالي، فإن المعدن النقي مرن، في حين أن وجود الشوائب فيه يضعف بشكل كبير ليونته ويزيد من صلابته. في الظروف العادية فهو معدن مقاوم كيميائيا.

تكافؤ الفاناديوم في المركبات

يقع الفاناديوم في الدورة الرابعة في المجموعة VB من الجدول الدوري D.I. مندليف. العدد الذري هو 23. تحتوي نواة ذرة الفاناديوم على 23 بروتونًا و27 نيوترونًا (العدد الكتلي 50). تحتوي ذرة الفاناديوم على أربعة مستويات طاقة تحتوي على 23 إلكترونًا (الشكل 1).

أرز. 1. هيكل ذرة الفاناديوم.

الصيغة الإلكترونية لذرة الفاناديوم في الحالة الأرضية هي كما يلي:

1س 2 2س 2 2ص 6 3س 2 3ص 6 3د 3 4س 2 .

ومخطط الطاقة (الذي تم إنشاؤه فقط للإلكترونات في مستوى الطاقة الخارجي، والتي تسمى التكافؤ):

يشير وجود ثلاثة إلكترونات غير متزاوجة إلى أن الفاناديوم في مركباته يمكن أن يظهر التكافؤ III (V III 2 O 3، V III F 3، V III Cl 3).

ذرة الفاناديوم قادرة على الانتقال إلى حالة مثارة: حيث تتبخر إلكترونات المستوى الفرعي 4s ويحتل أحدها مدارًا شاغرًا للمستوى الفرعي ثلاثي الأبعاد:

يشير وجود خمسة إلكترونات غير متزاوجة إلى أن الفاناديوم يُظهر أيضًا التكافؤ V في مركباته (V V 2 O 5، V V F 5).

ومن المعروف أن الفاناديوم لديه التكافؤ II (V II O) والرابع (V IV O 2، V IV Cl 4).

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1