новости бизнеса
компании и предприятия
нефтехимические компании
продукция / логистика
торговый центр
ChemIndex
новости науки
работа для химиков
химические выставки
лабораторное оборудование
химические реактивы
расширенный поиск
каталог ресурсов
электронный справочник
авторефераты
форум химиков
подписка / опросы
проекты / о нас


контакты
поиск
   

главная > справочник > химическая энциклопедия:

Ванадий


выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

ВАНАДИЙ (от имени др.-сканд. богини красоты Ванадис, Vanadis; лат. Vanadium) V, хим. элемент V гр. периодич. системы, ат. н. 23, ат. м. 50,9415. Прир. ванадий состоит из стабильного изотопа 51V (99,76%) и слабо радиоактивного 50V (T1/2 1014 лет). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для прир. смеси изотопов 4,98*10-28 м2. Конфигурация внеш. электронной оболочки 3d34s2; степень окисления от + 2 до +5; энергия (эВ) ионизации при последовательном переходе от Vo к V5+ соответственно 6,74, 14,65, 29,31, 48,4, 65,2; электроотрицательность по Полингу 1,6; атомный радиус 0,134 нм, ионные радиусы (в скобках - координац. числа ванадий): V2+ 0,093 нм (6), V3+ 0,078 нм (6), V4+ 0,067 (5), 0,072 (6) и 0,086 нм (8), V5+ 0,050 (4), 0,060 (5) и 0,068 нм (6). Содержание ванадия в земной коре 1,9*10-2 % по массе (в почве -1,0*10-2 %), в воде океанов -3*10-7 %, золе растений - 6,1*10-3 %. Относится к рассеянным элементам. В своб. виде в природе не встречается. Важнейшие минералы. патронит V(S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl, деклуазит Pb(Zn, Cu)(VO4)(OH), моттрамит 5(Cu, Pb)O*V2O5*2H2O, тюямунит Ca(UO2)2(VO4)2*8H,O, карнотит K2(UO2)2(VO4)2*3H2O, роскоэлит KV2 [AlSi3O10](OH)2. В некоторых магнетитовых, титаномагнетитовых и осадочных железных рудах и ванадийсодержащих фосфоритах содержится до 2,5-3,0% V2O5. ванадий также присутствует в окисленных медно-свинцово-цинковых рудах (в виде минералов), высокосернистых нефтях (до 300 г в 1т), битуминозных сланцах. асфальтитах. Мировые запасы ванадия (без СССР) - 42 млн. т.

Свойства. ванадий - серебристо-серый металл; кристаллич. решетка кубич. объемноцентрированная, а = 0,3024 нм, z = 2, пространственная группа Im3m. Т. пл. 1920°С, т. кип. 3400°С; плотн. 6,11 г/см3; Сp° 24,95 Дж/(моль*К); 23,05 кДж/моль, 474 кДж/моль (1900°С); So298 28,9 Дж/(моль*К); ур-ние теМnературной зависимости давления пара 1gр(мм рт. ст.) = - 26650/Т - 0,112*10-3Т + 10,815 (293 - 2173 К); теМnературный коэф. линейного расширения 8,98*10-6 К-1; теплопроводность 1,0 Вт/(м*К) (293 К); образца после холодной деформации 24,8*10-8 Ом*м, теМnературный коэф. 3,4*10-3 К-1 (273-373 К). ванадий парамагнитен, магн. восприимчивость массивного образца 5,48*10-9. Стандартный электродный потенциал V2+/V° - 1,50 ванадий Т-ра перехода в сверхпроводящее состояние ниже 5,4 К. Для металла (очищенного иодидным методом) после отжига модуль упругости 141000 МNа; пределы пропорциональности, текучести и прочности при растяжении соотванадий 85, 118 и 220 МNа; твердость по Бринеллю 600 МNа; коэф. Пуассона 0,36; относит. удлинение 17-45%. ванадий пластичен, при нагр. на воздухе выше 300°С становится хрупким. Примеси кислорода, водорода и азота резко снижают пластич. свойства ванадия и повышают его твердость и хрупкость.

ванадий отличается высокой хим. стойкостью в морской воде, водных растворах минер. солей, довольно стоек к действию разб. соляной кислоты, не взаимод. на холоду с разб. HNO3 и H2SO4. Реагирует с фтористоводородной к-той, концентрированными HNO3 и H2SO4, с царской водкой. Не взаимод. с растворами щелочей. но в расплавах щелочей в присут. воздуха окисляется с образованием ванадатованадий Кислород растворим в ванадий, причем растворимость увеличивается с повышением теМnературы. При содержании кислорода до ~ 1% кристаллич. решетка ванадия остается кубической ( фаза), при больших содержаниях она перестраивается в тетрагональную ( фаза), что, по-видимому, является осн. причиной сильного влияния кислорода на твердость ванадия. При комнатной теМnературе фаза сохраняет гомогенность при содержании кислорода от 2,0 до 10,3%. При 600-700°С происходит интенсивное окисление коМnактного металла до V2O5 (см. также Ванадия оксиды).

Выше 700°С с N2 ванадий образует нитрид VN (желтые кристаллы. т. пл. 2360 °С), с углеродом и углеродсодержащими газами выше 800°С - карбид VC (черные кристаллы. т. пл. ок. 2830 °С, микротвердость 20900 МNа), с С12 - хлориды и оксохлориды, с F2 - фториды и оксофториды (см. Ванадия галогениды), с Н2 - твердые растворы (р-римость Н2 в 100 г ванадий 122,6 см3). С металлами ванадий дает сплавы и интерметаллич. соединения. Ниже приводятся сведения о других соед. этого элемента.

Галлид (галлид триванадия) V3Ga - светло-серые кристаллы. не растворим в воде и орг. растворителях. Получают его взаимод. V с Ga или галлиевой бронзой при 1300°С, хим. осаждением из газовой фазы с использованием VC14 и GaCl3 в присутствии Н2. Сверхпроводник с критич. теМnературой 16,8 К; обладает высокой плотностью тока в сильных магн. полях (до 1*105 А/см2 при 18 Тл). Применяют V3Ga при изготовлении обмоток соленоидов, кабелей для линий электропередачи, магнитов для магн. подвесок.

Диборид VB2 - серые кристаллы. т. пл. ок. 2400°С; не растванадий в воде и орг. растворителях. Получают восстановлением оксидов V бором или В4С в вакууме при 1500-1600 °С, спеканием V и ванадий КоМnонент жаропрочных сплавов. огнеупорный материал.

Силицид (силицид триванадия) V3Si - светло-серые кристаллы. т. пл. 1910°С (с разл.); не растворим в воде и орг. растворителях. Получают его из V и Si конденсацией паров в вакууме или взаимод. в твердой фазе. Сверхпроводник с критич. теМnературой 17,2 К. Перспективен для использования в магн. системах электротехн. устройстванадий

Сульфид (пентасульфид диванадия) V2S5 - черные кристаллы; растворим в растворах сульфидов щелочных металлов с образованием красно-бурых р-ров тиованадатов - М3VS4, MVS3, M4V2S7; получают взаимод. V2S3 с избытком S при 400°С. Сесквисульфид V2S3 - черные кристаллы. при 1000°С диссоциирует с образованием VS; получают при действии CS2 на V2O5, нагретый до 700°С. Моносульфид VS - темно-коричневые кристаллы. получают нагреванием V2S3 в среде Н2 при 850-1100 °С или сплавлением S с V2O5 при 400 °С в среде СО2.

О ванадиевых бронзах см. Бронзы оксидныеПолучение. Осн. источник ванадия – ванадийсодержащие железные руды. При их обогащении получают концентраты, содержащие 60-67% Fe. Богатые ванадием концентраты (8-16%) в смеси с Na2CO3 или Na2SO4 окомковывают, а окатыши обжигают в окислит, среде при 800-1300 °С. При этом низшие оксиды Fe и V окисляются и образуются легкорастворимые ванадаты Na (V2O5 + Na2CO3 -> 2NaVO3 + CO2), которые при водной обработке переходят в раствор. К последнему добавляют минер, кислоты (до рН 1,6-1,9) и нагревают до 90-95°С. При этом в результате гидролиза ванадатов образуется осадок (хим. концентрат), который после удаления влаги содержит 92-95% V2O5, 4,5-7,5% Na2O и примеси др. оксидованадий При осаждении в присутствии солей аммония содержание Na2O в осадке значительно меньше.

Концентраты с содержанием ванадия ок. 1% подвергают окомкованию и термич. упрочению (агломерации), а затем плавят в доменной печи. Ванадий переходит в чугун, а при продувке последнего в конвертере воздухом или кислородом - в ванадиевый шлак (10-15% ванадий). Последний смешивают с Na2CO3, NaCl или СаСО3 и обжигают в окислит. среде при 750-900°С. Обожженную шихту выщелачивают водой или разб. H2SO4. Из раствора, как и в предыдущем случае, выделяют хим. концентрат, содержащий после сушки до 92% V2O5.

Полученный по обоим способам хим. концентрат используют для выплавки феррованадия и др. сплавов. Феррованадий (35-80% ванадий) получают путем восстановления V2O5 ферросилицием или А1.

Значительную часть ванадия (в виде V2O5) получают в качестве побочного продукта при переработке фосфоритов, апатитов, патронитовых, карнотитовых, роскоэлитовых руд, бокситов, алунитов, медно-свинцово-цинковых и др. полиметаллич. руд, золы высокосернистых нефтей и нефтепродуктов, битуминозных сланцеванадий Патронитовые руды из-за большого содержания ванадий подвергают сначала окислит. обжигу, а затем восстановит. плавке в электропечах с получением феррованадия.

Металлич. ванадий высокой чистоты получают: восстановлением хлоридов ванадий (образуются при хлорировании феррованадия) водородом; кальциетермич. восстановлением V2O3 (образуется при восстановлении V2O5 водородом); магниетермич. восстановлением VC13; термич. диссоциацией VI2 (при этом получают металл наиб. высокой чистоты); электролизом расплавов галогенидов ванадий Чистота ванадия повышается (до 99,8-99,9%) после плавки в вакуумных электронно-лучевых печах или электрорафинирования.

Определение. Для обнаружения V(V) в растворе используют: реакцию с Н2О2 в 20%-ной H2SO4 (красное окрашивание) или в щелочной среде (желтое окрашивание); восстановление в кислом растворе действием SO2, H2S, Fe2 + , спирта и др. (синее окрашивание); осаждение из слабокислого раствора сине-черного коМnлекса с таннином; образование вишнево-красного соед. Fe(II) при добавлении в солянокислый раствор FeCl3, диметилглиоксима и NH3; окрашивание раствора в красно-бурый цвет при добавлении (NH4)2S; осаждение белого осадка NH4VO3 при насыщении раствора NH4C1 или др. При совместном растирании образца, содержащего ванадий, с 8-гидроксихинолином смесь окрашивается в желто-оранжевый цвет, который при нагр. переходит в густо-синий.

При количественном определении ванадий образцы сплавляют с К2СО3 и Na2O2, а затем выщелачивают плав водой или разлагают к-тами. Для отделения ванадий от сопутствующих элементов его осаждают в виде ванадатов Са, Ва, Hg, Pb, Ag, малые кол-ва м. б. выделены аммиаком совместно с А1(ОН)3 и Fe(OH)3. Используют также осаждение с (NH4)3H4[P(Mo2O7)6], 8-гидроксихинолином, бензоатом аммония и др. орг. реагентами, электролиз с ртутным катодом, экстракцию эфиром и отгонку ванадий в струе сухого НС1, ионный обмен. Гравиметрически ванадий определяют в виде V2O5. наиб. достоверные результаты получают с помощью титриметрич. методов, заключающихся в предварит. восстановлении V(V) до V(IV) при действии SO2, FeSO4 и некоторых металлов и послед, титровании КМnО4. Распространен способ окисления ванадий КМnО4 с послед, титрованием р-ром соли Fe(II). Используют также потенциометрич., фотометрич. (с Н2О2) и др. методы. Получили применение физ. методы определения ванадия: эмиссионный спектральный, атомно-абсорбционный, нейтронно-активационный (с использованием короткоживущего изотопа 52V) и др.

Применение. ванадий в осн. (на 85%) используют как легирующую добавку для сталей, резко повышающую их прочность, сопротивление усталости и износоустойчивость. ванадий в сталях быстрее, чем др. элементы, взаимод. с растворенным С, образуя твердые и жаростойкие карбид., которые, равномерно распределяясь в железе, способствуют образованию мелкокристаллич. структуры.

Ванадий используют также для легирования чугуна, как компонент сплавов для постоянных магнитов, жаропрочных, твердых и коррозионностойких сплавов, а также в кач-ве конструкционного материала для ядерных реакторованадий Добавки ванадий в золото повышают твердость последнего.

Мировое производство ванадий составляет ок. 25 тыс. т/год (1981). Важнейшие страны-производители: ЮАР (~ 45%), США (~19%), Чили (-3%), Финляндия, Норвегия.

Соединения ванадий токсичны. Они могут поражать органы дыхания, пищеварения, систему кровообращения и нервную систему, а также вызывать воспалит. и аллергич. заболевания кожи.

В кач-ве микроэлемента ванадий входит в состав микроорганизмов, животных и растений. Некоторые организмы, например асцидии, лишайники, избирательно концентрируют ванадий

Впервые ванадий был открыт в 1801 А. М. дель Рио. Однако позднее стали считать, что за новый элемент принят Сr. Лишь в 1830 существование ванадий было твердо установлено Н. Сефстрёмом и независимо от него Ф. Вёлером.

Лит.: Химия пятивалентного ванадия в водных растворах, Свердловск, 1971 (Труды института Химии УНЦ АН СССР, ванадий 24); Борисенко Л.Ф., Ванадий (минералогия, геохимия и типы эндогенных месторождений), М., 1973; Химия и технология редких и рассеянных элементов, под ред. К. А. Большакова, 2 изд., ч. 3, М., 1976, с. 3-37; Коган Б.И., Редкие металлы. Состояние и перспективы, М., 1979, с. 168-202; Слотвински й-Сидак Н. П., Андреев ванадий К., Ванадий в природе и технике, М., 1979; Аналитическая химия ванадия, М., 1981. © Б. Г. Коршунов

Дополнительная информация: "Ванадий: химические и физические свойства".


выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


Все новости



Новости компаний

Все новости


© ChemPort.Ru, MMII-MMXXIII
Контактная информация