Au milieu du 20e siècle, un terme est apparu dans la science chimique - les métaux d'importance stratégique. Il s'agissait d'un groupe d'éléments dont les propriétés physico-chimiques permettaient de les utiliser dans la production du complexe militaro-industriel. Nous parlons de métaux tels que le chrome, le tantale, le niobium, le molybdène et le tungstène. Le vanadium, dont nous examinerons les propriétés dans cet article, occupe également à juste titre l'une des places centrales parmi les métaux utilisés dans l'ingénierie mécanique moderne, la métallurgie ferreuse, l'outillage et la production chimique. Le métal forme quatre oxydes avec l'oxygène, montrant en eux une valence de 2, 3, 4 et 5. 5 que nous étudierons plus en détail.
Rencontrez le vanadium
En science chimique, il y a une longue traditionla règle stipulant que la caractérisation d'un élément chimique doit commencer par sa position dans le système périodique de D. I. Mendeleev. La formule chimique du vanadium en tant que substance simple est V, le numéro de série est 23, la masse atomique est 50, 9414. Il est situé dans la quatrième période, le cinquième groupe et, avec le niobium et le tantale, est un représentant typique de métaux réfractaires. Les échantillons d'une substance pure sont en plastique et ont une couleur gris argenté. L'atome de vanadium est un élément d, il a deux électrons s au dernier niveau d'énergie, cependant, les particules négatives qui sont situées au sous-niveau d du même quatrième niveau seront également de valence.
Où se trouve le métal et quelles sont ses propriétés physiques
L'élément lui-même ne peut être trouvé sous sa forme pure dans la nature. Mais il est présent comme composant obligatoire dans les minerais polymétalliques et de fer. Plus tôt, nous avons parlé de la plasticité et de la malléabilité d'une substance simple, nous ajouterons maintenant que les propriétés physiques importantes du vanadium sont des points d'ébullition et de fusion élevés, égaux à 3400 ° C et 1920 ° C, respectivement. Comme le titane, il détériore considérablement ses paramètres physiques et chimiques lorsqu'il est contaminé par des impuretés telles que l'azote, l'hydrogène ou l'oxygène. En particulier, sa ductilité et sa résistance mécanique sont réduites et le vanadium devient cassant.
Propriétés chimiques spéciales
Le métal est capable de passivation, c'est-à-dire a une capacité unique à résister à l'action d'environnements chimiques agressifs: solutions d'acides, d'alcalis et de sels, formant un film protecteur à sa surface -oxyde de vanadium. Le réseau cristallin de l'élément a une structure cubique. Il convient également de noter que la résistance à la corrosion des aciers contenant l'élément est très élevée, ce qui leur permet d'être utilisés comme éléments de fixation porteurs pour les supports de pont et les plates-formes de forage pétrolier offshore. Il est impossible d'imaginer la production d'outils modernes sans aciers au vanadium. Avec le niobium, le chrome et le titane, l'élément est utilisé pour allier des alliages spéciaux utilisés dans la science des fusées et l'industrie spatiale. Cependant, les acides nitrate et sulfate concentrés, une solution de fluorure d'hydrogène dans l'eau et un mélange d'acides chlorure et nitrate, appelé eau régale, interagissent facilement avec le métal. L'élément vanadium en tant que substance simple peut réagir avec le chlore, le brome, le soufre et les sels correspondants se forment. Avec l'oxygène, il donne plusieurs oxydes qui diffèrent grandement par leurs propriétés chimiques. Considérez-les plus loin.
Oxydes basiques et amphotères
Le métal forme deux oxydes, VO et V2O3, qui présentent des propriétés de base typiques. En laboratoire, le monoxyde est extrait par la réaction de réduction V2O5 fine poudre de vanadium. Les oxydes basiques réagissent avec les solutions acides pour former les sels correspondants. Et déjà des hydroxydes peuvent être obtenus à partir d'eux en effectuant une réaction d'échange avec des alcalis. L'oxyde de vanadium (III) se trouve en tant que composant du minéral karelianite et est obtenu en laboratoire en chauffant V2O5 avec du soufre, charbon ou hydrogène. Les deux oxydes basiques ont des propriétés réductrices fortement prononcées. L'oxyde VO2 est un composé amphotère typique qui réagit avec les acides et les alcalis. Dans une solution dont le pH est inférieur à 7, on trouve des ions vanadyle chargés positivement VO2+, donnant à la solution une couleur bleu clair, et des sels d'acide polyvanadique se forment en milieu alcalin. L'oxyde de vanadium (IV) attire l'eau, c'est-à-dire est une substance hygroscopique, dans les réactions, elle se comporte comme un agent réducteur.
Hémipentoxyde de vanadium
Composé dont la formule est V2O5, est l'oxyde métallique le plus important. C'est une substance cristalline orange soluble dans l'eau qui réagit avec les alcalis pour former des vanadates - des sels d'acide métavanadique HVO3. Il est largement utilisé comme catalyseur dans l'oxydation du dioxyde de soufre en anhydride sulfurique dans la production industrielle d'acide sulfaté. Le pentoxyde de vanadium a un réseau cristallin rhombique et des signes d'amphotéricité avec une prédominance de propriétés d'oxyde acide. Dans les réactions, il se comporte comme un agent oxydant puissant. Le composé est utilisé dans la technologie du verre, la médecine et la synthèse organique.
Méthodes d'extraction du vanadium de ses composés
Nous avons mentionné plus tôt que le métal est un composant du minerai de fer. Dans la production de hauts fourneaux, l'élément, avec les impuretés de carbone et de phosphore, passe dans la fonte. Lors de la fusion de l'acier, l'oxyde de vanadium 5 précipite dans la composition du laitier, où sa teneur peut atteindre 16 %. En y ajoutantsel de table et torréfaction du mélange dans des fours, un produit est obtenu, qui est ensuite dissous dans de l'eau. Le concentré aqueux résultant est traité avec de l'acide sulfaté et V2O5 en est isolé. Pour isoler le vanadium pur de l'oxyde, vous pouvez utiliser la méthode calciumthermy - la réduction des métaux à l'aide de calcium métallique. Pour réduire les coûts technologiques dans la réaction avec le pentoxyde de vanadium, l'aluminium est souvent utilisé à la place du calcium. Le métal peut également être obtenu en réduisant l'oxyde de vanadium trivalent avec du charbon.
Rôle biologique
Le vanadium est présent dans les organismes vivants sous forme d'oligo-élément, qui fait partie du liquide intercellulaire des échinodermes marins. Chez les holothuries et les oursins, il est associé à des protéines qui assurent la fonction de transport de l'oxygène vers les cellules et d'élimination du dioxyde de carbone. Le contenu de l'élément est insignifiant dans les organismes des animaux à sang chaud et des humains, où il se trouve dans la composition des enzymes pancréatiques, dans la névroglie et les néphrons. Chez les plantes, l'oligo-élément est impliqué comme enzyme dans la phase sombre de la photosynthèse et affecte le niveau du pigment chlorophyllien situé dans les chloroplastes. On le trouve également dans les bactéries nodulaires, qui sont des fixateurs d'azote, dans les tissus des champignons supérieurs. Dans le cadre du chernozem, avec des composés de bore, de cuivre, de zinc et de manganèse, l'oxyde de vanadium affecte la fertilité du sol.
Dans notre article, nous avons étudié les propriétés de base du vanadium et de ses oxydes, ainsi que l'utilisation de ses composés dansindustrie.
