Основное ВанадийТекст на темуСоли, минералы
ВАНАДИЙ. [Vanadium; по имени древнескандинавской богини красоты Ванадис (Vanadis)], V — хим. элемент V группы периодической системы элементов; ат. н. 23, ат. м. 50,9414. Металл серебристо-серого цвета. В соединениях может проявлять степени окисления от +2 до +5. Наиболее стойки и типичны соединения со степенью окисления +5. Природный В. состоит из изотопов 61 V (99,75%) и 50 V (0,25%); получены изотопы 47 V, 48 V, 62 V и 53 V, важнейший иэ к-рых 48 V (период полураспада 16 ± 0,2 суток). В. был обнаружен (1801) мекс минералогом А. М. дель Рио в свинцовой руде. В 1831 существование В. окончательно установил шведский химик Н. Г; Сефстрем.
 
Металлический ванадий получил (1869) англ. химик Г.Э. Роско восстановлением хлорида (VC12) водородом. В пром-сти В. начали применять на рубеже 19— 20 вв. в качестве легирующей добавки к стали (произ-во броневых плит во Франции, стали для автомобилей на заводах Форда). Содержание В. в земной коре 0,015%. В.— довольно распространенный, но рассеянный в породах и минералах элемент. Входит в состав более 65 минералов: патронита, карнотита, роскоэлита, моттрамита, деклуазита, ванадини-та, тюямунита и др. Содержится в комплексных рудах др. металлов, в веществах органического происхождения (осадочных железных рудах, углях, битумах, нефти и др.), в морской воде.
 
В. извлекают как побочный продукт при переработке уранового сырья, фосфоритов, бокситов и пр. Кристаллическая решетка В. объемноцентрированнаяв кубическая с периодом а = 3,024 А (т-ра 25° С); плотность В. чистотой 99,8— 99,9%   (т-ра  20° С)  6,11  г/см3;   tпл 1950° С; tкип 3309° С; температурный коэфф. линейного расширения (т-ра 20—1100° С) 10,9 • 10-6 град-1; коэфф. теплопроводности при т-ре 100 и 500° С соответственно 0,074 и 0,088 кал/см • сек • град; ср. значение удельной теплоемкости при пост, давлении и т-ре 20—100° С составляет 0,119 кал/г • град; теплота плавления 82,5 кал/г; теплота испарения 2150 кал/г. Упругость пара: при т-ре 1300 К составляет 1,34 • 10-10,   при   т-ре   2000   К —1,76 • 10-3, при т-ре 2600 К — 1,47, при т-ре 3000 К — 26,8 мм рт. ст. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 4,5 ± 0,9 барн/атом. Мех. св-ва в значительной степени зависят от наличия примесей,   особенно примесей внедрения.
 
В зависимости от содержания примесей получают В. от хрупкого и твердого (HV > 300 кгс/мм2) до пластичного и мягкого  (HV = 60—80  кгс/мм2). Микротвердость   чистейшего   В.— 65  кгс/мм2.   Предел  прочности В. чистотой   99,7—99,9%    составляет 32—60    кгс/мм2,    чистотой    выше 99,9% — 19—22 кгс/мм2; предел текучести соответственно 28—45 и 11— 12 кгс/мм2.  Относительное удлинение в зависимости от чистоты от 17 до 45%, сужение поперечного сечения от 25 до 75—85%. Угол загиба без разрушения чистого В. составляет 180°. Модуль упругости 13 800— 14 100 кгс/мм2, модуль сдвига 4730 кгс/мм2, модуль сжимаемости 55340 кгс/см2. Удельное электрическое сопротивление В. чистотой 99,9% (т-ра 26° С) 22,6 • 10-6 ом • см. Ионизационный потенциал 6,8 эв. Работа выхода 3,79 эв. В.— сверхпроводник второго рода, т-ра перехода в сверхпроводящее состояние 5,3 К (99,9% У).Для В. характерны парамагнитные св-ва. Отличается высокой хим. стойкостью  в органических к-тах, в разбавленных   неорганич.   к-тах (кроме   фтористоводородной   к-ты) при охлаждении, в морской воде, растворах  различных солей, в расплавах   щелочных  металлов.  Растворяется  в  плавиковой, концентрированной азотной и серной к-тах, в «царской водке», в расплавленных щелочах. При комнатной т-ре стойкий на воздухе. Окисление начинается при нагревании до т-ры 300° С и становится интенсивным при т-ре 600—700° С,   когда   образующаяся пятиокись   В.   расплавляется   (tпл 675° С) и стекает с поверхности металла. При повышенной т-ре реагирует с большинством неметаллов, образуя соответствующие соединения {карбиды, нитриды и т. д.).
 
Металлический В. получают восстановлением пятиокиси В. алюминием (металл чистотой 95%, к-рый служит исходным материалом для дальнейшего рафинирования др. методами, для произ-ва феррованадия и сплавов титан — ванадий — алюминий), кальцием или углеродом (использование углерода наиболее перспективно); восстановлением хлорида (VCl3) жидким магнием; термической. диссоциацией йодида (VI2) (получаемый металл — наиболее высокой чистоты). Метод термической диссоциации используют и для рафинирования металла. Черновой металл (чистотой 95—99%) рафинируют электролизом в солевой ванне (с помощью расплавленных хлоридов), переплавкой в индукционных, дуговых и электроннолучевых печах, зонной плавкой в высоком вакууме (до чистоты около 99,8—99,9%). Плотный металлический В. получают плавкой, а также прессованием с последующим спеканием или горячим прессованием. Для получения пластичного беспористого В. необходим высокий вакуум (не ниже 10-5 мм рт. ст.) или среда чистого инертного газа, не должно быть взаимодействия с материалом тигля. Плавка возможна в тиглях из BeO, Th02, CeS и СаО (кратковременная).
 
Перспективна бестигельная плавка или плавка в водоохлаждаемом медном тигле. В. можно подвергать деформированию (ковке, волочению) в холодном состоянии с промежуточными отжигами, в горячем состоянии — со спец. защитой (инертным газом, обработкой в оболочке); возможна ковка с кратковременным нагревом на воздухе с последующим   удалением    поверхностного твердого слоя. При обработке В. резанием применяют высокие скорости резания с небольшой подачей, а в качестве смазки — керосин. Отжиг с целью дегазации, снятия   напряжений и   получения макс,   пластичности   целесообразно проводить в высоком вакууме, в среде очищенного аргона или гелия при норм,  или  пониженном давлении, т-ра отжига 900—1000° С. Осн. область    применения    В.— произ-во спец. сталей . В. может быть использован для изготовления    покрытий   топливных элементов и оболочек ядерных реакторов. Ванадиевые листы и покрытия применяют в судостроении и хим.   аппаратостроении.   Ванадиевую фольгу используют в качестве прослойки при плакировании стали и тугоплавких металлов титановыми, циркониевыми сплавами,  а также сплавами   благородных   металлов; можно применять В. в качестве высокотемпературного припоя для тугоплавких металлов. Из чистого В. изготовляют антикатоды рентгеновских трубок, рентгеновские фильтры для получения чистого  Kа-излучения хрома. В. служит основой сверхпроводящих сплавов, твердых сплавов и др. сплавов со спец. св-ва-ми ,   присадкой к др.  переходным   металлам. Соединения В. находят применение в химической промышленности (как активные   катализаторы),   в  стекольной, текстильной и др. отраслях пром-сти.
 
Характеристика элемента. Ванадий является как бы связующим между подгруппой VA и подгруппой VB. Его химия до такой степени напоминает химию подгруппы мышьяка, что в степени окисления + 5 ванадию соответствует кислота, гораздо более устойчивая, чем кислоты сурьмы и висмута — членов главной подгруппы. Одновременно же этот элемент образует простое вещество в виде типичного устойчивого тугоплавкого металла. По количеству степеней окисления ванадий напоминает азот. Правда, при низших степенях окисления из ряда +1, +2, +3, +4 свойства образуемых им соединений уже напоминают больше химию металла, чем неметалла. По стабильности валентные состояния ванадия неравноценны. Самым устойчивым состоянием ванадия является +4, а степень окисления +1 подтверждается его органическими производными. В комплексах K5[V(CN)5NO] и карбонилах [V(CO)6]¯ и V(CO)6 при координационном числе, равном 6, его степень окисления —1 или даже нуль.
 
Свойства простого вещества и соединений. В виде металла с чистотой, близкой к 100%, ванадий — серебристо-серый металл, ковкий, пластичный, твердый и стойкий к коррозии. Небольшие примеси углерода резко меняют его температуру плавления: чистый плавится при ~1900°C, а с добавкой углерода температура плавления поднимается до ~2700° С. При этом металл становится твердым и хрупким. Ванадий при комнатной температуре устойчив к
большинству реагентов: воде, кислороду, щелочам, не окисляющим кислотам, за исключением плавиковой, которая легко растворяет оксидную пленку ванадия:
 
V2O6 + 12HF = 2Н[VF6] + 5Н2O
 
Растворяется ванадий в азотной кислоте, «царской водке», концентрированной серной кислоте :
 
V + 4H2SO4 = V(SO4)2 + 4Н2O + 2SO2
 
При повышении температуры до 500—700° С он реагирует с большинством неметаллов :
                t°
V + 2Cl2 VCl4
 
V+2S VS2
                   < 700°                > 700°
4V + 5O2 2V2O5 4VO2 + O2
 
Элемент образует целый ряд оксидов . Их характер меняется от основного у VO и V2O3 до кислотного V2O5, который образует при растворении в воде бледно-желтый раствор слабой ванадиевой кислоты .
Соли этой кислоты образуются при взаимодействии ванадия с расплавом щелочей :
 
4V + 12NaOH + 5O2 = 4Na3VO4 + 6Н20
 
Известны его соединения со всеми галогенами , а также нитриды, сульфиды, арсениды и силициды. Для техники важен высокотвердый и тугоплавкий карбид ванадия VC, нитрид VN,
а для производства серной кислоты сульфат ванадила VOSO4.
 
Получение и использование. Ванадий в земной коре более распространен ,чем медь, цинк или свинец, однако крупные месторождения его крайне редки. Получают его при обжиге полиметаллических руд (обычно в виде феррованадия), далее переводят в металл
восстановлением кальцием, углем, водородом или иодидным способом. Главное применение ванадия — получение высококачественной стали и сплавов.
Ванадий — элемент, активно участвующий в процессах, совершающихся в живой природе. Он находится в целом ряде растений, а содержание его у морских ежей и голотурий достигает 10%. О роли его в организмах существуют две гипотезы: одна утверждает, что он участвует в процессах дыхания (как железо в гемоглобине), а согласно другой — ванадий прежде всего участвует в процессах питания. Опыты по введению ванадия в пищу животных показали, что он благотворно влияет на аппетит.
 
Лит.: Савицкий Е. М., Б урла в о в Г, С. Металловедение тугоплавких металлов и сплавов. М., 1967; Гончаре н-к о А. С. Электрохимия ванадия и его соединений. М., 1969; Ефимов Ю. В., Барон В. В., Савицкий Е. М. Ванадий и его сплавы. М., 1969

Также читают на тему Ванадий.

ГлавнаяВанадиевая стальИсторияСтальСплавы

Соли, минералы.

ВанадатыВанадинитТюямунитКарнотит

С этим часто ищут.

ВанадийНиобийТанталДубний