Ванадий история открытия элемента
В начале XIX в. в Швеции были найдены новые богатые месторождения железной руды. Одна за другой сооружались доменные печи.
Но что примечательно: при одинаковых условиях некоторые из них давали железо удивительной ковкости, в то время как из других получался более хрупкий металл.
После многих безуспешных попыток наладить процесс выплавки высококачественного металла в «плохих» домнах металлурги обратились за помощью к химикам, и в 1830 г. Нильсу Сефстрему удалось выделить из шлака «лучших» домен неизвестный черный порошок.
Сефстрем сделал вывод, что изумительную ковкость металлу придает присутствие в руде какого-то неизвестного элемента, содержащегося в черном порошке.
Этот новый элемент Сефстрем назвал ванадием в честь легендарной Ванадис — богини красоты древних скандинавов.
Открытие нового элемента всегда было большой честью для ученого.
Но принесло огорчение мексиканскому минералога Андреса Мануэля дель Рио, который еще в 1801 г. обнаружил в свинцовой руде никогда не встречавшийся прежде элемент и назвал его эритронием.
Но, усомнившись в собственных выводах, дель Рио отказался от своего открытия, решив, что встретился с недавно открытым хромом.
Еще большее разочарование постигло блестящего немецкого химика Фридриха Вёлера.
В те же годы, что и Сефстрему, ему довелось исследовать железные руды, привезенные из Мексики А. Гумбольдтом. Те самые, что исследовал дель Рио.
Вёлер тоже нашел в них что-то необычное, но его исследования прервала болезнь. Когда он возобновил работу, было уже поздно, Сефстрем обнародовал свое открытие.
Свойства нового элемента совпадали с теми, что были занесены в один из лабораторных журналов Вёлера.
И только в 1869 г., спустя 39 лет после открытия Сефстрема, элемент № 23 впервые был выделен в относительно чистом виде.
Английский химик Г. Роско, действуя водородом на хлористый ванадий, получил элементный ванадий чистотой около 96%.
В чистом виде ванадий — ковкий металл светло-серого цвета. Он почти в полтора раза легче железа, плавится при температуре 1900±25° С, а температура его кипения 3400° С.
При комнатной температуре в сухом воздухе он довольно пассивен химически, но при высоких температурах легко соединяется с кислородом, азотом и другими элементами.
В соединениях ванадий проявляет четыре валентности. Известны соединения: двух-, трех-, четырех— и пятивалентного ванадия.
Ванадий и химическая промышленность
В основную химическую промышленность ванадий пришел не сразу. Его служба человечеству началась в производстве цветного стекла, красок и керамики.
Изделия из фарфора и продукцию гончарных мастеров с помощью соединений ванадия покрывали золотистой глазурью, а стекло окрашивали солями ванадия в голубой или зеленый цвет.
В красильном деле ванадий появился вскоре после опубликования в 1842 г. сообщения выдающегося русского химика Н. Н. Зинина о получении им анилина из нитробензола.
Реакция Зинина открывала новые возможности для развития производства синтетических красителей.
Соединения ванадия нашли применение в этой отрасли химии и принесли ей значительную пользу.
Ведь достаточно всего одной весовой части V2О5, чтобы перевести 200 тыс. весовых частей бесцветной соли анилина в красящее вещество — черный анилин.
Столь же эффективным оказалось применение соединений ванадия в индиговом крашении.
Так элемент № 23 пришел в ситцепечатание, в производство цветных хлопчатобумажных и шелковых тканей.
Соединения ванадия
Промышленность нуждалась в ванадии и его соединениях, но руд, богатых этим элементом, было немного.
Инженеры французской сталелитейной фирмы «Крезо», видимо, обратили внимание на то, что первые соединения ванадия Сефстрем получил не из руды, а из металлургических шлаков.
И в 1882 г. наладили их производство на той же основе. На протяжении 10 лет завод «Крезо» ежегодно выбрасывал на мировой рынок по 60 т пятиокиси ванадия V2О5.
Однако вскоре спрос на соединения ванадня для получения черного анилина резко упал, и производство их значительно сократилось.
Катализатор в получении серной кислоты
Но в начале первой мировой войны химикам вновь пришлось обратиться к элементу № 23.
В эти годы сражающимся странам потребовались громадные количества серной кислоты. Ведь без нее невозможно получить нитроклетчатку — основу боевых порохов.
Известно, что серная кислота получается окислением сернистого ангидрида SО2 в серный ангидрид SО3 с последующим присоединением воды.
Однако SO2 непосредственно с кислородом реагирует крайне медленно.
Окисление сернистого ангидрида может происходить при восстановлении двуокиси азота (на этой реакции основан нитрозный способ производства серной кислоты).
Но более чистая и концентрированная кислота получается, если реакцию окисления SО2 в SО3 проводить в присутствии некоторых твердых катализаторов (контактный метод производства).
Первым катализатором сернокислотного контактного производства была дорогостоящая платина. Ее, естественно, не хватало, требовались заменители.
Ими оказались пятиокись ванадия V2О5 и некоторые соли ванадиевых кислот, например Ag3VО4.
Они почти с таким же успехом, как и платина, ускоряют окисление SО2 в SО3, но обходятся значительно дешевле, да и требуется их меньше.
И главное, они не боятся контактных ядов, выводящих из строя; платиновые катализаторы.
Катализаторы на основе ванадия играют большую роль и в современной химии.
Их по-прежнему можно встретить в большинстве цехов по производству серной кислоты.