Ванадій
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Ванадій

Ванадій (Vanadium), V, хімічний елемент V групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 23, атомна маса 50,942; метал серо-стального кольору. Природне Ст складається з двох ізотопів: 51 V (99,75%) і 50 V (0,25%); останній слабо радіоактивний (період напіврозпаду Т 1/2 = 10 14 років). Ст було відкрите в 1801 мексиканським мінералогом А. М. дель Ріо в мексиканською бурою свинцевої руді і названий по красивому червоному кольору нагрітих солей ерітронієм (від греч.(грецький) erythrós — червоний). У 1830 шведський хімік Н. Г. Сефстрем виявив новий елемент в залізняку з Таберга (Швеція) і назвав його Ст на честь древнеськандінавськой богині краси Ванадіс. Англійський хімік Г. Росько в 1869 отримав порошкоподібне металеве Ст відновленням Vcl 2 воднем. У промисловому масштабі Ст добувається з початку 20 ст

загрузка...

  Вміст Ст в земній корі складає 1,5-10 -2 % по масі, це задоволено поширений, але розсіяний в породах і мінералах елемент. З великого числа мінералів Ст промислове значення мають патроніт, роськоеліт, деклуазит, карнотіт, ванадиніт і деякі ін. (див. Ванадієві руди ). Важливим джерелом Ст служать тітаномагнетітовиє і осадовий (фосфористі) залізняк, а також окислені мідно-свинцево-цинкові руди. Ст витягують як побічний продукт при переробці уранової сировини, фосфорітов, бокситів і різних органічних відкладень (асфальтіти, горючі сланці). Див. також Ванадати природні .

  Фізичні і хімічні властивості. Ст має об'емноцентрірованную кубічні грати з періодом а = 3,0282 . У чистому стані Ст кувань, легко піддається обробці тиском. Щільність 6,11 г / см 3 , t пл 1900 ± 25°С, t кіп 3400°С; питома теплоємність (при 20—100°С) 0,120 кал / гград ; термічний коефіцієнт лінійного розширення (при 20—1000°С) 10,6·10 -6 град -1 , питомий електричний опір при 20 °С 24,8·10 -8 ом · м-код (24,8·10 -6 ом · см ), нижче 4,5 До Ст переходить в стан надпровідності. Механічні властивості Ст високої чистоти після відпалу: модуль пружності 135,25 н / м-коду 2 (13520 кгс / мм 2 ), межа міцності 120 нм / м-коду 2 (12 кгс / мм 2 ), відносне подовження 17%, твердість по Брінеллю 700 мн / м-коду 2 (70 кгс / мм 2 ). Домішки газів різко знижують пластичність Ст, підвищують його твердість і крихкість.

  При звичайній температурі Ст не схильний до дії повітря, морської води і розчинів лугів; стійкий до неокислюючих кислот, за винятком плавикової. По корозійній стійкості в соляній і сірчаній кислотах Ст значно перевершує титан і неіржавіючу сталь. При нагріванні на повітрі вище за 300°С Ст поглинає кисень і стає крихким. При 600—700°С Ст інтенсивно окислюється з утворенням п'ятиокису V 2 O 5 , а також і нижчих оксидів. При нагріванні Ст вище 700°С в струмі азоту утворюється нітрид VN ( t пл 2050°С), стійкий у воді і кислотах. З вуглецем Ст взаємодіє при високій температурі, даючи тугоплавкий карбід VC ( t пл 2800°С), що володіє високою твердістю.

  Ст дає з'єднання, що відповідають валентностям 2, 3, 4 і 5; відповідно цьому відомі оксиди: VO і V 2 O 3 (що мають основний характер), Vo 2 (амфотерний) і V 2 O 5 (кислотний). З'єднання 2- і 3-валентного Ст нестійкі і є сильними відновниками. Практичне значення мають з'єднання вищих валентностей. Схильність Ст до утворення з'єднань різної валентності використовується в аналітичній хімії, а також обумовлює каталітичні властивості V 2 O 5 . П'ятиокис Ст розчиняється в лугах з утворенням ванадатов .

  Здобуття і вживання. Для витягання Ст застосовують: безпосереднє вилуговування руди або рудного концентрату розчинами кислот і лугів; випалення вихідної сировини (часто з добавками Nacl) з подальшим вилуговуванням продукту випалення водою або розбавленими кислотами. З розчинів методом гідролізу (при рН = 1—3) виділяють гідратований п'ятиокис В. Прі плавці ванадійсодержащих залізняку в домні Ст переходить в чавун, при переробці якого в сталь отримують шлаки, що містять 10—16% V 2 O 5 . Ванадієві шлаки піддають випаленню з куховарською сіллю. Обпалений матеріал вилуговують водою, а потім розбавленою сірчаною кислотою. З розчинів виділяють V 2 O 5 . Остання служить для виплавки ферованадію (сплави заліза з 35—70% Ст) і здобуття металевого Ст і його з'єднань. Ковке металеве Ст отримують кальциетермічеським відновленням чистої V 2 O 5 або V 2 O 3 ; відновленням V 2 O 5 алюмінієм; вакуумним углетермічеським відновленням V 2 O 3 ; магнієтермічеським відновленням Vc1 3 ; термічною дисоціацією йодиду В. Плавят Ст у вакуумних дугових печах з електродом, що витрачається, і в електроннопроменевих печах.

  Чорна металургія — основний споживач Ст (до 95% всього вироблюваного металу). Ст входить до складу швидкорізальної сталі, її замінників, малолегованих інструментальних і деяких конструкційних сталей. При введенні 0,15—0,25% Ст різко підвищуються міцність, в'язкість, опір втомі і зносостійкість стали. Ст, введене в сталь, є одночасно розкислюючим і карбідоутворювальним елементом. Карбіди Ст, розподіляючись у вигляді дисперсних включень, перешкоджають зростанню зерна при нагріві стали. Ст в сталь вводять у формі лігатурного сплаву — ферованадію. Застосовують Ст і для легування чавуну. Новим споживачем Ст виступає промисловість титанових сплавів, що швидко розвивається; деякі титанові сплави містять до 13% Ст В авіаційній, ракетній і ін. областях техніки знайшли вживання сплави на основі ніобію, хрому і танталу, що містять присадки В. Разрабативаются різні по складу жароміцні і корозійностійкі сплави на основі Ст з додаванням Ti, Nb, W, Zr і Al, вживання яких очікується в авіаційній, ракетній і атомній техніці. Цікаві надпровідні сплави і з'єднання Ст з Ga, Si і Ti.

  Чисте металеве Ст використовують в атомній енергетиці (оболонки для тепловиділяючих елементів, труби) і у виробництві електронних приладів.

  З'єднання Ст застосовують в хімічній промисловості як каталізатори, в сільському господарстві і медицині, в текстильній, лакофарбній, гумовій, керамічній, скляній, фото і кінопромисловій.

  З'єднання Ст отруйні. Отруєння можливе при вдиханні пилу, що містить з'єднання В. Оні викликають роздратування дихальних доріг, легеневі кровотечі запаморочення, порушення діяльності серця, нирок і т.п.

  Ст в організмі. Ст — постійна складова частина рослинних і тваринних організмів. Джерелом Ст служать вивержені породи і сланці (містять близько 0,013% Ст), а також піщаники і вапняки (близько 0,002% Ст). У грунтах Ст близько 0,01% (в основному в гумусі); у прісних і морських водах 1·10 7 —2·10 7 %. У наземних і водних рослинах вміст Ст значно вище (0,16—0,2%), ніж в наземних і морських тваринах (1,5·10 -5 —2·10 -4 %). Концентраторами Ст є: моховатка Plumatella, молюск Pleurobranchus plumula, голотурія Stichopus mobii, деякі асцидії, з цвілі — чорний аспергилл, з грибів — поганка (Amanita muscaria). Біологічна роль Ст вивчена на асцидіях, в кров'яних клітках яких Ст знаходиться в 3- і 4-валентному стані, тобто існує динамічна рівновага

 

  Фізіологічна роль Ст в асцидії пов'язана не з дихальним перенесенням кисню і вуглекислого газу, а з окислювально-відновними процесами — перенесенням електронів за допомогою так званої ванадієвої системи, що ймовірно має фізіологічне значення і в ін. організмів.

  Літ.: Мєєрсон Р. А., Зелікман А. Н., Металургія рідких металів, М., 1955; Поляків А. Ю., Основи металургії ванадію, М., 1959; Ростокер В., Металургія ванадію, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1959; Киффер P., Браун Х., Ванадій, ніобій, тантал, пер.(переведення) з йому.(німецький), М., 1968; Довідник по рідких металах, [пер. з англ.(англійський)], М., 1965, с. 98—121; Тугоплавкі матеріали в машинобудуванні. Довідник, М., 1967, с. 47—55, 130—32; Ковальський Ст Ст, Резаєва Л. Т., Біологічна роль ванадію в асцидії, «Успіхи сучасної біології», 1965, т. 60, ст 1(4); Воwen Н. J. М., Trace elements in biochemistry, L. — N. Y., 1966.

   І. Романьков. Ст Ст Ковальський.