وانادیوم

Vanadium

 

عمومی نام, علامت اختصاری, شماره Vanadium, V, 23 گروه شیمیایی فلز انتقالی گروه, تناوب, بلوک 5 , 4 , d جرم حجمی, سختی 6110 kg/m3, 7.0 رنگ خاکستری نقره ای فلزی

خواص  اتمی       وزن اتمی 50.9415 amu شعاع اتمی (calc.) 135 «171» pm شعاع کووالانسی 125 pm شعاع واندروالس n/a pm ساختار الکترونی Ar]3d34s2] e- بازای هر سطح انرژی 2, 8, 11, 2 درجه اکسیداسیون (اکسید) 5,3 (آمفوتریک) ساختار کریستالی body centered مکعبی

خواص  فیزیکی       حالت ماده جامد نقطه ذوب 2175 K (3456 °F) نقطه جوش 3682 K (6168 °F) حجم مولی  ש)10-6 * 8.32متر مکعب بر مول  گرمای تبخیر 0.452 kJ/mol گرمای هم جوشی 20.9 kJ/mol فشار بخار 3.06 Pa at 2175 K سرعت صوت 4560 m/s at 293.15 K

متفرقه         الکترونگاتیویته 1.63 (درجه پائولینگ) ظرفیت گرمایی ویژه 490 J/(kg*K) رسانائی الکتریکی 4.89 106/m اهم رسانائی گرمایی 30.7 W/(m*K) 1st پتانسیل یونیزاسیون 650.9 kJ/mol 2nd پتانسیل یونیزاسیون 1414 kJ/mol 3rd پتانسیل یونیزاسیون 2830 kJ/mol 4th پتانسیل یونیزاسیون 4507 kJ/mol 5th پتانسیل یونیزاسیون 6298.7 kJ/mol

 

پایدارترین  ایزوتوپها     iso NA نیمه عمر DM DE MeV DP 48V {syn.} 15.9735 روز ε 4.012 48Ti 49V {syn.} 330 روز ε 0.602 49Ti 50V {syn.} 1.4E17 y ε β 2.208 1.037 50Ti 50Cr 51V 100% vanadium با28 نوترون پایدار است. SI units & STP استفاده شده مگر آنکه ذکر شده باشد.

 

وانادیوم عنصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن v و عدد اتمی آن 23 میباشد. وانادیوم یک عنصر کمیاب نرم و هادی میباشد که به صورت ترکیبی با کانیهای خاصی یافت شده و برای تولید آلیاژهایی بکار گرفته میشود.

ویژگیهای  قابل توجه

وانادیوم که فلز نرم و رسانا به رنگ سفید براق میباشد. این عنصر در برابر فرسودگی توسط مواد قلیایی و اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک مقاوم است. در 933k به سرعت اکسید میشود. وانادیوم ساختار محکمی داشته و شکاف نیوترونی ندارد که این خاصیت آن را برای استفاده در زمینهای هسته ای مناسب می نماید. حالتهای اکسیداسیون معمول این عنصرد +2,+3,+4,+5 میباشدیک تجربه عمومی با وانادات آمونیم با فلز روی است که می تواند از طریق همه 4 حالت اکسیداسیون +1 نیز برای این عنصر دیده شده است.

کاربردهـــــــــا

تقریبا 80% وانادیوم تولید شده به مصرف فرووانادیم که یک ماده افزوده به فلز فولاد میباشد میرشد. موارد استفاده دیگر عبارتند از: در آلیاژها به عنوان: فلزات ضد خش وسایل جراحی و ابزار آلات ماده ضد زنگ و افزایش دهنده سرعت در فلزات ماده مخلوط شونده با آْلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم برای استفاده در موتورهای جت و هواپیما های پر سرعت آلیاژ فلز وانادیوم در ساخت محورها میل لنگ دنده ها و .... بکار میرود. متعادل کننده کاربید در ساخت فلزات کاربردهای هسته ای بدلیل نداشتن شکافت نوترونی استفاده از ورق وانادیوم در آبکاری تیتانیوم در فلزات نوار وانادیوم گالیوم که مگنت ابر رسانا میباشد. استفاده از ترکیبات وانادیوم به عنوان کاتالیزور در تولید Maleic Anhydride و اسید سولفوریک استفاده از پنتاکسید وانادیوم به عنوان کاتالیزور در سفالگری

 

تاریخچه

وانادیوم (وانادیس الهه اسکاندیناوی ها) توسط Andres Manuel del Rio که یک معدن شناس اسپانیایی بود در شهر مکزیکو سیتی در سال 1801 کشف شد او این عنصر را سرب قرمز نام نهاد. با انجام آزمایشاتی وی ملاحظه کرد که رنگ این عنصر بدلیل وجود کرومیوم میباشد از ایو رو ایو عنصر را panchromium نام نهاد. وی بعدا این عنصر را به نام Erythronium تغییر داد چرا که بیشتر نمکها با حرارت دادن قرمز میشدند. یک شیمی دان فرانسوی اشتباها اعلام کرد که عنصر جدید del rio تنها یک کرومیوم ناخالص است. Del Rio نیز گمان داشت که اشتباه کرده است و نظر شیمیدان فرانسوی را قبول کرد. در سال 1831 سوئد وانادیوم را در اکسید جدیدی که وی به هنگام کار کردن با معادن آهن یافته بود دوباره کشف کرد در همان سال Friedrich W…r کشف سابق Del Rio را تائید کرد. وانادیوم فلزی در سال 1867 توسط Henry Enfield Roscoe که کلرید وانادیوم را با هیدروژن تقلیل کرد به صورت جدا گانه بدست آمد. نام وانادیوم از کلمه وانادیس الهه زیبایی در اسکاندیناوی گرفته شده است چرا که این عنصر در ترکیبات گوناگون رنگهای الوانی دارد.

 

نقش  بیولوژیکی

در بیولوژی اتم وانادیوم از اجزاء لازم آنزیمها بشمار میرود. به طور خاص Vanadium Nitrogenase توسط میکرو ارگانیسم های ثابت کننده هیدروژن استفاده میشود. وانادیوم برای Ascidian های لازم است. تمکز وانادیوم در بدن آنها یک میلیون برابر تمرکز وانادیوم در آب اطراف آنها میباشد. همچنین موشها و جوجه ها نیز به مقادیر بسیار کمی وانادیوم نیاز دارند و کمبود این عنصر باعث کمبود رشد و تولید مثل معیوب میشود. وجود ترکیبات oxovanadium برای سبک کردن نشانه های بیماری دیابت در برخی نمونه های حیوانی و انسان نشان داده شده است. همانند تاثیر کرومیوم بر متابولیسم شکر مکانیسم این تاثیر نیز ناشناخته مانده است.

 

پیدایش

وانادیوم هرگز بصورت آزاد در طبیعت یافت نمیشود. اما در 65 گونه کانی های گوناگون از جمله patronite (VS))4), vanadinite Pb5(VO4)3Cl, carnotite ((K2H2O بوجود می آید. وانادیوم همچنین در Bauxite و کربن نیز وجود دارد که حاوی ذخایری مانند نفت خام ذغال سنگ Oil Shale وTar میشود. طیف وانادیوم در نور خورشید و دیگر ستارگان نیز شناسایی شده است. بیشتر وانادیوم تولید شده توسط تقلیل کلسیوم از V2o5 در یک لوله فشار میباشد. وانادیوم معمولا به صورت محصولات جنبی بدست می آید. از این رو منابع جهانی ازن عنصر حاکی از وجود ذخایر در دسترس نمیباشد.

 

ترکیبــــــــات

پنتااکسید وانادیوم V2O5 به عنوان کاتالیزور رنگ دهنده و ثابت کننده رنگ استفاده میشود.

 

ایزوتوپها

وانادیوم طبیعی از یک ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است v-51. برای این عنصر 15 ایزوتوپ رادیواکتیوی دیگر شناسایی شده است که پایدارترین آنها V-50 با نیمه عمر 1.4e17 سال و V49 با نیمه عمر 330 روز و V48 با نیمه عمر 15.9735 روز میباشند. تمام ایزوتوپهای رادیو اکتیو باقی مانده نیمه عمری کمتر از یک ساعت دارد که نیمه عمر بیشتر آنها کمتر از 10 ثانیه است. این عنصر یک حالت متا دارد. ایزوتوپهای وانادیوم به ترتیب وزن اتمی از 43.981 amu تا 59.959 amu V59 مرتب شده اند. حالت Decay اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپV51 الکترون گیری و حالت اولیه بعد از آن Beta Decay میباشد. محصولات decay اولیه قبل از V51 ایزوتوپهای عنصر تیتانیوم22 و محصولات اولیه بعد از آن ایزوتوپهای عنصر Chromium24 میباشد.

 

هشدارهـــــــا

پودر فلز وانادیوم خطر آتش سوزی به همراه داشته و ترکیبات وانادیوم بشدت سمی هستند. ترکیبات وانادیوم ممکن است که در صورت تنفس باعث سرطان ریه شود. سازمان OSHA (Occupational Safety and Health Administration) محدودیت تماس تا 0.05mg/m را برای پنتا اکسید وانادیوم در نظر گرفته است. NIOSH(National Institute of Ocupational Safety and health) هم پیشنهاد کرده است که 335mg/m عنصر وانادیوم برای سلامتی بشدت خطرناک میباشد. این مقداری است که به سرعت باعث بوجود آمدن مشکلات همیشگی و حتی مرگ برای انسان میشود.