Vanád

Z Wikipédie

23 titánvanádchróm
-

V

Nb
Všeobecne
Názov, Značka, Číslo vanád, V, 23
Séria prechodné prvky
Skupina, Perióda, Blok 5, 4, d
Vzhľad striebornosivý kov
Atómová hmotnosť 50,9415(23)  g·mol−1
Elektrónová konfigurácia [Ar] 3d3 4s2
Elektrónov na hladinu 2, 8, 11, 2
Fyzikálne vlastnosti
Skupenstvo pevné
Hustota (pri i.t.) 6,0  g·cm−3
Hustota tekutiny v b.t. 5,5  g·cm−3
Teplota topenia (tavenia) 2183 K
(1910 °C, 3470 °F)
Teplota varu 3680 K
(3407 °C, 6165 °F)
Teplo vyparovania 21,5  kJ·mol−1
Teplo tavenia 459  kJ·mol−1
Tepelná kapacita (25 °C) 24,89  J·mol−1·K−1
Tlak pary
P(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pri T(K) 2101 2289 2523 2814 3187 3679
Atómové vlastnosti
Kryštálová štruktúra kocková stredovo centrovaná
Oxidačné stupne 2, 3, 4, 5 (amfoterický oxid)
Elektronegativita 1,63 (Paulingova stupnica)
Ionizačné energie
(viac)
1.:  650,9  kJ·mol−1
2.:  1414  kJ·mol−1
3.:  2830  kJ·mol−1
Atómový polomer 135pm
Atómový polomer (vyp.) 171  pm
Kovalentný polomer 125  pm
Rôzne
Magnetické vlastnosti paramagnetický
Elektrický odpor (20 °C) 197 n Ω·m
Tepelná vodivosť (300 K) 30,7  W·m−1·K−1
Tepelná roztiažnosť (25 °C) 8,4  µm·m−1·K−1
Rýchlosť zvuku (úzka tyč) (20 °C) 4560 m/s
Youngov modul 128  GPa
Pružnosť v šmyku 47  GPa
Objemová pružnosť 160  GPa
Poissonova konštanta 0,37
Mohsova tvrdosť 7,0
Vickersova tvrdosť 628  MPa
Brinellova tvrdosť 628  MPa
Registračné číslo CAS 7440-62-2
Vybrané izotopy
Hlavný článok: Izotopy vanádu
izotop NA t1/2 ZM ER (MeV) PR
48V syn 15,9735 d ε+β+ 4,0123 48Ti
49V syn 330 d ε 0,6019 49Ti
50V 0,25% 1,5×1017y ε 2,2083 50Ti
β- 1,0369 50Cr
51V 99,75% V je stabilný s 28 neutrónmi
Referencie

Vanád (zo severogermánskeho Vanadis, mena germánskej bohyne krásy Freyje, podľa nádherného vzhľadu niektorých vanádových zlúčenín) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku V a protónové číslo 23. Vanád je zriedkavý, mäkký, nemagnetický, tuhý, kujný a striebristý prechodový kov. Vykazuje vysokú odolnosť voči korózii. Stálosť zachováva v alkáliách (zásadách), kyseline sírovej a chlorovodíkovej. Pri teplotách nad 933 K (660 °C) oxiduje na oxid vanadičný V2O5.
Vanád vykazuje vysokú mechanickú pevnosť.

V zlúčeninách má vanád najčastejšie oxidačný stupeň (oxidačné číslo) +5, ale často sa vyskytuje aj +2, +3, +4, aj keď s tendenciou prechádzať na stupeň +5. Oxidy vanadnaté a vanadité reagujú zásadito, oxid vanadičitý amfotericky a oxid vanadičný kyslo.

Obľúbeným experimentom na farebné zobrazenie týchto 4 oxidačných stupňov je redukcia bezfarebného vanadičnanu (?-)amónneho (NH4VO3) kovovým zinkom. Postupne sa vytvorí modrý (IV), zelený (III) a bledofialový (II) slaný roztok vanádu. Nižšie mocenstvá pôsobením vzduchu zoxidujú znova na zlúčeninu V. Pre túto ľahkú menitelnosť mocenstva sa vanád používa aj ako katalyzátor. Oxidačný stupeň +1 sa vyskytuje zriedka. Ale možné sú aj stupne 0, -1 a -3.

Obsah

[úprava] Využitie

Zhruba 80 % vyrobeného vanádu sa predáva vo forme ferovanádu alebo spotrebuje ako legujúca prísady (zliatinový prvok) v oceliarskom priemysle. Tvrdé a húževnaté vanádové ocele však zriedka obsahujú viac ako 1 % vanádu.

  • Špeciálne ušľachtilé ocele na výrobu lekárskych nástrojov a pre nástrojárstvo.
    • Nehrdzavejúce rýchlorezné ocele (nástrojové ocele)
    • s hliníkom ako zliatinovou prísadou do titánových zliatin pre spaľovacie turbínové motory a vysokorýchlostné lietadlá.
  • ocele obsahujúce vanád nachádzajú uplatnenie ako hriadele, kľukové hriadele, ozubené kolesá v prevodovkách a iných kritických dielcoch.
  • Karbidotvorný prvok v oceliarstve.
  • Vanádové fólie ako medzistielka pri plátovaní titánu na oceľ.
  • Vanádovo-gáliové pásy pre výrobu supravodivých magnetov s hustotou magnetického toku 175000 gaussov
  • Vanádové zlúčeniny slúžia ako katalyzátor pri výrobe anhydridu kyseliny maleínovej a kyseliny sírovej
  • Oxid vanadičný (V2O5) sa používa vo výrobe keramiky a ako katalyzátor

[úprava] História

Vanád najprv objavil Andres Manuel del Rio, španielsky mineralóg v roku 1801 v Mexiko-City v olovenej rude s dnešným názvom vanadinit (vanadičnan (?-)olova), ktorý nazval "brown lead". Pre farby podobné chrómu rôznych zlúčenín tohoto prvku ho nazval panchróm. Neskôr del Rio zmenil jeho meno na erythronium (po gr. červený) , pretože pri zahriatí sa farbil väčšinou na červeno.

Francúzsky chemici presvedčili del Rio, že "brown lead" je bázický chroman olovnatý, takže erythronium je len znečistený chróm. Del Rio sa dal presvedčiť a na jeho objav sa zabudlo. Roku 1831 znovuobjavil vanád Švéd Nils Gabriel Sefström pri experimentovaní so železnými rudami. V tom istom roku potvrdil Friedrich Wöhler del Riove skoršie práce. Kovový vanád bol vyrobený roku 1867 Henrym Enfieldom Roscoe redukciou chloridu vanaditého pomocou vodíka.

Zlúčeniny vanádu sa vyznačujú veľkou a peknou farebnou pestrosťou. Preto ho Sefström nazval podľa Freyje, nordickej bohyne krásy, zvanej Vanadis.

[úprava] Fyziológia

V biologických sústavách je vanád esenciálnou súčastou niektorých enzýmov. Nitrogenázu vanádu (?) používajú niektoré mikroorganizmy oxidujúce dusík.

Potkany a sliepky vo veľmi malých množstvách taktiež potrebujú vanád. Nedostatok vanádu u nich vedie k zníženému rastu a slabšiemu rozmnožovaniu.

Ióny vanadičnanu VO43- majú podobný účinok ako inzulín. Bohužiaľ sú však potrebné dávky toxické. Oveľa menej toxický je vanadylion(?) VO2-, ale telo ho nevie vstrebať v potrebnom množstve. Sľubné sú organické vanadylové komplexy. Vanád sa okrem toho dnes používa aj ako anoretikum, ktoré pomáha cítiť sa rýchlejšie sýty. Je napr. v tabletkách na chudnutie TrimSpa.

[úprava] Výskyt

Vanád sa vyskytuje len vo forme zlúčenín. Momentálne je známych 65 nerastov.

  • patronit(?) VS4
  • vanadinit [Pb5(VO4)3Cl]
  • carnotit [K2(UO2)2(VO4)2.3H2O]
  • ako nečistota v magnetite, železnej rude, ktorá môže obsahovať až 1-2 % vanádu.

Aj bauxit a fosílne nosiče energie ako ropa, uhlie, olejová bridlica a dechtový piesok obsahuje nezanedbateľné množstvá vanádu.Spektrálnou analýzou možno vanád preukázať v slnečnom svetle a svetle niektorých hviezd.

[úprava] Výroba

Kovový vanád sa najčastejšie vyrába redukciou oxidu vanadičného V2O5 pomocou vápnika pod pretlakom.

[úprava] Zlúčeniny

Oxid vanadičný (V2O5) sa používa ako NH3-SCR-katalyzátor v spaľovniach odpadu (TiO2-WO3-V2O5) a ako farbivo.

[úprava] Bezpečnostné opatrenia

Vanád je vysoko horľavý. Zlúčeniny vanádu sú vysoko jedovaté. Vdychovaný prach obsahujúci vanád môže spôsobiť rakovinu pľúc.

Legovacie vlastnosti pre oceľ
Mechanické vlastnosti*
Tvrdosť zvyšuje
Pevnosť
(Medza pevnosti)
zvyšuje
Medza elasticity
(Medza klzu)
zväčšuje
Tepelná roztažnosť výrazne nemení
Zoškrtenie(kontrakcia) výrazne nemení
Prierazuvzdornosť
(Vrubová húževnatosť)
zvyšuje
Elasticita zvyšuje
Žiarupevnosť zvyšuje
Ochladzovanie výrazne zrýchľuje
Karbidácia extrémne zvyšuje
Oteruvzdornosť výrazne zvyšuje
Kujnosť zlepšuje
Obrábatelnosť -
Nitridácia zlepšuje
Hrdzuvzdornosť zlepšuje
Magnetické vlastnosti
Hysterézia -
Permeabilita -
Koercivita -
Remanencia -
Výkonová strata -
Poznámky
* Len vlastnosti nadobudnuté priamym dodaním prísady a bez dodatočných úprav (kalenie, valcovanie atď.)

[úprava] Dodatočný popis (legúra pre oceľ)

Je to užitočný prvok. Zjemňuje primárne zrno, a tým aj štruktúru zliatiny.Najlepší karbidátor - zvyšuje tvorbu karbidu a tým aj tvrdosť, oteruvzdornosť a iné. Preto je spolu s chrómom dobrý na pracovné nástroje (na každých lepších kliešťach je materiálová značka Cr-V).

[úprava] Weblinks

Wikimedia Commons ponúka multimediálny obsah k téme
Vanád