20-րդ դարի կեսերին քիմիական գիտության մեջ հայտնվեց մի տերմին՝ ռազմավարական նշանակություն ունեցող մետաղներ։ Դա նշանակում էր տարրերի խումբ, որոնց ֆիզիկաքիմիական հատկությունները հնարավորություն էին տալիս դրանք օգտագործել ռազմարդյունաբերական համալիրի արտադրության մեջ։ Խոսքը այնպիսի մետաղների մասին է, ինչպիսիք են քրոմը, տանտալը, նիոբիումը, մոլիբդենը և վոլֆրամը։ Վանադիումը, որի հատկությունները մենք կքննարկենք այս հոդվածում, նույնպես իրավամբ զբաղեցնում է կենտրոնական տեղերից մեկը ժամանակակից մեքենաշինության, գունավոր մետալուրգիայի, գործիքների և քիմիական արտադրության մեջ օգտագործվող մետաղների շարքում: Մետաղը թթվածնի հետ կազմում է չորս օքսիդ՝ ցույց տալով դրանցում 2, 3, 4 և 5 վալենտություն։ 5, որը մենք կուսումնասիրենք ավելի մանրամասն։
Հանդիպեք վանադիումին
Քիմիական գիտության մեջ կա վաղուց հաստատվածկանոնը, որը նշում է, որ քիմիական տարրի բնութագրումը պետք է սկսվի D. I-ի պարբերական համակարգում նրա դիրքից: Մենդելեևը։ Վանադիումի՝ որպես պարզ նյութի քիմիական բանաձևը V է, սերիական համարը՝ 23, ատոմային զանգվածը՝ 50, 9414։ Այն գտնվում է չորրորդ շրջանում՝ հինգերորդ խմբում և նիոբիումի և տանտալի հետ միասին տիպիկ ներկայացուցիչ է։ հրակայուն մետաղներ. Մաքուր նյութի նմուշները պլաստիկ են և ունեն արծաթափայլ մոխրագույն գույն։ Վանադիումի ատոմը d-տարր է, այն ունի երկու s-էլեկտրոն վերջին էներգիայի մակարդակում, սակայն այն բացասական մասնիկները, որոնք գտնվում են նույն չորրորդ մակարդակի d-ենթամակարդակում, նույնպես վալենտ կլինեն։
։
Որտե՞ղ է հայտնաբերվել մետաղը և ինչպիսի՞ ֆիզիկական հատկություններ ունի
Ինքը տարրը բնության մեջ չի կարելի գտնել իր մաքուր տեսքով: Բայց որպես պարտադիր բաղադրիչ այն առկա է բազմամետաղային և երկաթի հանքաքարերում։ Նախկինում խոսեցինք պարզ նյութի պլաստիկության և ճկունության մասին, այժմ կավելացնենք, որ վանադիումի կարևոր ֆիզիկական հատկությունները բարձր եռման և հալման կետերն են՝ համապատասխանաբար 3400°C և 1920°C։ Ինչպես տիտանը, այն կտրուկ վատացնում է իր ֆիզիկական և քիմիական պարամետրերը, երբ աղտոտվում է այնպիսի կեղտերով, ինչպիսիք են ազոտը, ջրածինը կամ թթվածինը: Մասնավորապես, նրա ճկունությունը և մեխանիկական ուժը նվազում են, և վանադիումը դառնում է փխրուն։
Հատուկ քիմիական հատկություններ
Մետաղն ունակ է պասիվացման, այսինքն. ունի յուրահատուկ ունակություն՝ դիմակայելու ագրեսիվ քիմիական միջավայրերի՝ թթուների, ալկալիների և աղերի լուծույթներին՝ իր մակերեսի վրա պաշտպանիչ թաղանթ կազմելով.վանադիումի օքսիդ. Տարրի բյուրեղյա վանդակը ունի խորանարդ կառուցվածք։ Հարկ է նաև նշել, որ տարր պարունակող պողպատների կոռոզիոն դիմադրությունը շատ բարձր է, ինչը թույլ է տալիս դրանք օգտագործել որպես կրող ամրակներ կամուրջների հենարանների և ծովային նավթի հորատման սարքերի համար: Անհնար է պատկերացնել ժամանակակից գործիքների արտադրությունն առանց վանադիում պարունակող պողպատների։ Նիոբիումի, քրոմի և տիտանի հետ միասին տարրն օգտագործվում է հրթիռային գիտության և տիեզերական արդյունաբերության մեջ օգտագործվող հատուկ համաձուլվածքների համաձուլման համար: Այնուամենայնիվ, խտացված նիտրատ և սուլֆատ թթուները, ջրածնի ֆտորիդի լուծույթը և քլորիդի և նիտրատ թթուների խառնուրդը, որը կոչվում է aqua regia, հեշտությամբ փոխազդում են մետաղի հետ: Վանադիում տարրը որպես պարզ նյութ կարող է արձագանքել քլորի, բրոմի, ծծմբի հետ, և առաջանում են համապատասխան աղեր։ Թթվածնի հետ այն տալիս է մի քանի օքսիդներ, որոնք մեծապես տարբերվում են իրենց քիմիական հատկություններով: Դիտարկենք դրանք հետագա:
Հիմնական և ամֆոտերային օքսիդներ
Մետաղը ձևավորում է երկու օքսիդ՝ VO և V2O3, որոնք ցուցադրում են բնորոշ հիմնական հատկություններ: Լաբորատորիայում մոնօքսիդը արդյունահանվում է V2O5 նուրբ վանադիումի փոշի ռեակցիայի միջոցով: Հիմնական օքսիդները փոխազդում են թթվային լուծույթների հետ՝ առաջացնելով համապատասխան աղեր։ Իսկ դրանցից արդեն հիդրօքսիդներ կարելի է ստանալ՝ ալկալիների հետ փոխանակման ռեակցիա իրականացնելով։ Վանադիումի (III) օքսիդը հայտնաբերվում է որպես կարելիանիտի միներալային բաղադրիչ և ստացվում է լաբորատորիայում՝ ծծմբով տաքացնելով V2O5, ածուխ կամ ջրածին. Երկու հիմնական օքսիդներն էլ ունեն ընդգծված վերականգնող հատկություններ։ Օքսիդ VO2 տիպիկ ամֆոտերային միացություն է, որը փոխազդում է ինչպես թթուների, այնպես էլ ալկալիների հետ: Լուծույթում, որի pH-ը 7-ից պակաս է, հայտնաբերվում են դրական լիցքավորված վանադիլային իոններ VO2+՝ լուծույթին տալով բաց կապույտ գույն, և ալկալային միջավայրում առաջանում են պոլիվանադաթթվի աղեր։ Վանադիումի (IV) օքսիդը ձգում է ջուրը, այսինքն. հիգրոսկոպիկ նյութ է, ռեակցիաներում այն իրեն պահում է որպես վերականգնող նյութ։
Վանադիումի հեմիպենտօքսիդ
Միացություն, որի բանաձևն է V2O5, ամենակարևոր մետաղի օքսիդն է: Այն ջրում լուծվող նարնջագույն բյուրեղային նյութ է, որը փոխազդում է ալկալիների հետ՝ առաջացնելով վանադատներ՝ մետավանադաթթվի HVO3 աղեր: Այն լայնորեն օգտագործվում է որպես կատալիզատոր ծծմբի երկօքսիդի ծծմբային անհիդրիդ օքսիդացման մեջ սուլֆատաթթվի արդյունաբերական արտադրության մեջ։ Վանադիումի պենտօքսիդն ունի ռոմբիկ բյուրեղային ցանց և ամֆոտերության նշաններ՝ թթվային օքսիդի հատկությունների գերակշռությամբ: Ռեակցիաներում այն իրեն պահում է որպես ուժեղ օքսիդացնող նյութ։ Միացությունն օգտագործվում է ապակու տեխնոլոգիայի, բժշկության և օրգանական սինթեզի մեջ։
Մեթոդներ վանադիումի արդյունահանման նրա միացություններից
Մենք ավելի վաղ նշել էինք, որ մետաղը երկաթի հանքաքարի բաղադրիչ է։ Պայթեցման վառարանների արտադրության մեջ տարրը ածխածնի և ֆոսֆորի կեղտերի հետ միասին անցնում է չուգուն: Երբ պողպատը հալեցնում են, վանադիումի օքսիդ 5-ը նստում է խարամի բաղադրության մեջ, որտեղ դրա պարունակությունը կարող է հասնել 16%-ի։ Դրան ավելացնելովկերակրի աղ և խառնուրդը վառարաններում թրծելով՝ ստացվում է արտադրանք, որը հետագայում լուծվում է ջրի մեջ։ Ստացված ջրային խտանյութը մշակվում է սուլֆատաթթվով և դրանից առանձնացվում է V2O5: Մաքուր վանադիումը օքսիդից մեկուսացնելու համար կարող եք օգտագործել կալցիումի ջերմային մեթոդը՝ մետաղների կրճատում մետաղական կալցիումի միջոցով: Վանադիումի պենտօքսիդի հետ ռեակցիայի տեխնոլոգիական ծախսերը նվազեցնելու համար կալցիումի փոխարեն հաճախ օգտագործվում է ալյումին։ Մետաղը կարելի է ձեռք բերել նաև եռավալենտ վանադիումի օքսիդը ածուխով վերականգնելով։
Կենսաբանական դեր
Վանադիումը առկա է կենդանի օրգանիզմներում որպես հետքի տարր, որը ծովային էխինոդերմների միջբջջային հեղուկի մի մասն է։ Հոլոտուրյանների և ծովային ոզնիների մոտ այն կապված է սպիտակուցների հետ, որոնք իրականացնում են թթվածինը բջիջներ տեղափոխելու և ածխաթթու գազը հեռացնելու գործառույթը։ Տարրի պարունակությունը աննշան է տաքարյուն կենդանիների և մարդկանց օրգանիզմներում, որտեղ այն գտնվում է ենթաստամոքսային գեղձի ֆերմենտների բաղադրության մեջ, նեյրոգլիայի և նեֆրոնների մեջ։ Բույսերի մեջ հետքի տարրը ներգրավված է որպես ֆերմենտ ֆոտոսինթեզի մութ փուլում և ազդում է քլորոֆիլային պիգմենտի մակարդակի վրա, որը գտնվում է քլորոպլաստներում: Այն նաև հայտնաբերվում է նոդուլային բակտերիաներում, որոնք ազոտի ամրագրողներ են, բարձրագույն սնկերի հյուսվածքներում։ Որպես չեռնոզեմի մի մաս, բորի, պղնձի, ցինկի և մանգանի միացությունների հետ մեկտեղ, վանադիումի օքսիդը ազդում է հողի բերրիության վրա:
Մեր հոդվածում մենք ուսումնասիրեցինք վանադիումի և նրա օքսիդների հիմնական հատկությունները, ինչպես նաև քննարկեցինք դրա միացությունների օգտագործումըարդյունաբերություն.
