Sejarah vanadio, properti, struktur, penggunaan

Dia Vanadium Ini adalah logam transisi ketiga dari tabel periodik, diwakili oleh simbol kimia v. Ini tidak sepopuler logam lain, tetapi mereka yang memahami baja dan Titanian akan mendengarnya menyebutkannya sebagai aditif untuk penguatan mereka dalam paduan atau alat. Secara fisik itu identik dengan kekerasan, dan secara kimia, berwarna.

Beberapa bahan kimia berani memenuhi syarat sebagai logam bunglon, yang mampu mengadopsi senyawa mereka berbagai warna; Properti elektronik yang menyerupai logam mangan dan kromium. Dalam keadaan asalnya dan murni, ia terlihat seperti logam lain: perak, tetapi dengan nada kebiruan. Setelah teroksidasi, lihat ke bawah.

Potongan vanadium logam dengan lapisan tipis oksida kuning. Sumber: Jurii [CC oleh 3.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/oleh/3.0)]

Dalam gambar ini, warna -warni oksida hampir tidak dibedakan, yang tergantung pada lelang atau permukaan kristal logam. Lapisan oksida ini melindunginya dari oksidasi berikutnya dan, oleh karena itu, dari korosi.

Resistansi korosi semacam itu, serta fraktur termal, memberikannya paduan ketika atom V terhadap mereka ditambahkan. Semua ini, tanpa menaikkan berat badannya terlalu banyak, karena vanadium bukanlah logam berat tetapi ringan; Tidak seperti apa yang mungkin dipikirkan banyak orang.

Namanya berasal dari dewi Nordik Vanad, dari Skandinavia; Namun, ditemukan di Meksiko, sebagai bagian dari Mineral Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃Cl, dari kristal kemerahan. Masalahnya adalah untuk mendapatkannya dari mineral itu dan banyak lainnya, Vanadium harus melakukannya₂SALAH SATU₅ (yang dikurangi dengan kalsium).

Sumber vanadium lainnya terletak pada makhluk laut, atau di minyak mentah, "dipenjara" di dalam petroporfirin.

Dalam larutan warna yang dapat dimiliki senyawanya, tergantung pada keadaan oksidasi, berwarna kuning, biru, hijau tua atau ungu. Vanadium tidak hanya menonjol untuk angka -angka ini atau keadaan oksidasi (dari -1 hingga +5), tetapi untuk kemampuannya untuk berkoordinasi dengan cara yang berbeda dengan lingkungan biologis.

Kimia vanadium berlimpah, misterius, dan dibandingkan dengan logam lain masih ada banyak cahaya yang harus ditumpahkan di atasnya karena pemahamannya yang erat.

[TOC]

Sejarah

Penemuan

Meksiko mendapat kehormatan telah menjadi negara tempat elemen ini ditemukan. Ahli mineral Andrés Manuel del Río, pada tahun 1801, menganalisis mineral kemerahan yang ia sebut sebagai pemeran utama Brown (Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃Cl), diekstraksi oksida logam yang karakteristiknya tidak sesuai dengan elemen yang diketahui saat itu.

Dengan demikian, ia pertama -tama membaptis elemen ini dengan nama 'pancromo' untuk beragam warna senyawanya; Lalu dia berganti nama menjadi 'Eryron', dari kata Yunani erythronium, yang berarti merah.

Empat tahun kemudian, ahli kimia hippolyte Prancis Victor Collet Donso. Dan lebih dari dua puluh tahun berlalu untuk mengetahui sesuatu tentang elemen yang terlupakan ini yang ditemukan di tanah Meksiko lagi.

Munculnya Nama

Pada tahun 1830 ahli kimia Swiss Nils Gabriel Sefström, menemukan elemen baru lain dalam mineral besi, yang disebut Vanadio; Nama yang berasal dari dewi Nordik Vanad, dibandingkan dengan keindahannya dengan warna -warna cerah senyawa logam ini.

Itu dapat melayani Anda: kalium nitrit (kno2): struktur, sifat dan penggunaan

Pada tahun yang sama, ahli geologi Jerman George William Featherstonhaugh, mengatakan bahwa Vanadium dan Erythrone sebenarnya adalah elemen yang sama; Dan meskipun dia ingin nama sungai menang dengan menyebutnya 'Rionio', proposalnya tidak diterima.

Isolasi

Untuk mengisolasi vanadium itu perlu. Pertama -tama harus mengubahnya menjadi spesies yang dikurangi dengan relatif mudah; Dalam prosesnya, Berzelius memperoleh Vanadium Nitruro pada tahun 1831, yang bingung dengan logam asli.

Pada tahun 1867 ahli kimia Inggris Henry Enfield Roscoe, berhasil mengurangi vanadium klorida (II), VCL₂, Vanadium logam menggunakan gas hidrogen. Namun, logam yang ia hasilkan tidak murni.

Akhirnya, menandai prinsip sejarah teknologi vanadium, sampel kemurnian besar diperoleh dengan mengurangi v₂SALAH SATU₅ Dengan kalsium logam. Salah satu kegunaan luar biasa adalah digunakan untuk memproduksi sasis mobil Ford Model T.

Properti

Penampilan fisik

Dalam bentuknya yang murni, itu adalah logam abu -abu dengan nuansa kebiruan, lembut dan ulet. Namun, ketika lapisan oksida tertutup (terutama produk yang lebih ringan), ia mengisi warna yang mencolok seolah -olah itu adalah bunglon kaca.

Masa molar

50.9415 g/mol

Titik lebur

1910 ° C

Titik didih

3407 ° C

Kepadatan

-6,0 g/ml, pada suhu kamar

-5.5 g/ml, pada titik leleh, yaitu, nyaris tidak meleleh.

Panas fusi

21,5 kJ/mol

Panas penguapan

444 kJ/mol

Kapasitas panas molar

24.89 J/(mol · k)

Tekanan uap

1 Pa A 2101 K (praktis tercela bahkan pada suhu tinggi).

Elektronegativitas

1.63 pada skala Pauling.

Energi ionisasi

Pertama: 650.9 kJ/mol (v⁺ gas)

Kedua: 1414 kJ/mol (v²⁺ gas)

Ketiga: 2830 kJ/mol (v³⁺ gas)

Kekerasan Mohs

6.7

Penguraian

Saat dipanaskan dapat melepaskan asap beracun dari V₂SALAH SATU₅.

Warna solusi

Dari kiri ke kanan, larutan vanadium dalam keadaan oksidasi yang berbeda: +5, +4, +3 dan +2. Sumber: w. Oelen via Wikipedia.

Salah satu karakteristik vanadium utama dan terkenal adalah warna senyawanya. Ketika beberapa dari mereka dilarutkan dalam media asam, larutan (kebanyakan berair) menunjukkan warna yang memungkinkan membedakan angka atau status oksidasi dari yang lain.

Sebagai contoh, empat tabung reaksi dengan vanadium dalam keadaan oksidasi yang berbeda ditunjukkan pada gambar atas. Yang di sebelah kiri, kuning, sesuai dengan V⁵⁺, khusus sebagai vo kation₂⁺. Kemudian, mereka mengikuti kation vo²⁺, dengan v⁴⁺, warna biru; Kation v³⁺, hijau tua; dan v²⁺, Violet atau lembu.

Saat solusi terdiri dari campuran senyawa V⁴⁺ dan v⁵⁺, Warna hijau cerah diperoleh (produk kuning dengan biru).

Reaktivitas

Lapisan V₂SALAH SATU₅ Tentang vanadium melindunginya dari bereaksi dengan asam kuat, seperti sulfat atau hidroklorik, basa kuat, dan selain korosi yang disebabkan oleh oksidasi yang lebih besar.

Ketika dipanaskan di atas 660 ° C, vanadium benar -benar teroksidasi, mengenakan padatan kuning dengan kecerahan warna -warni (tergantung pada sudut permukaannya). Oksida kuning oranye ini dapat larut jika asam nitrat ditambahkan, yang akan kembali ke vanadium warna peraknya.

Itu dapat melayani Anda: siklus kalsium: karakteristik, tahapan dan kepentingan

Isotop

Hampir semua atom vanadio di alam semesta (99,75% dari mereka) adalah tentang isotop ⁵¹V, sedangkan porsi yang sangat kecil (0,25%) sesuai dengan isotop ^{lima puluh}V. Dari sini tidak mengherankan bahwa berat atom vanadium adalah 50.9415 U (lebih dekat ke 51 dari 50).

Isotop lainnya adalah radioaktif dan sintetis, dengan waktu setengah -kehidupan (t_1/2) itu berkisar antara 330 hari (⁴⁹V), 16 hari (⁴⁸V), beberapa jam atau 10 detik.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Vanadio, atom V disusun dalam struktur kristal kubik yang berpusat pada tubuh (BCC), produk dari tautan logamnya. Dari struktur, ini kurang padat, berpartisipasi dalam "lautan elektron" lima elektron Valencia, menurut konfigurasi elektronik:

[Ar] 3d³ 4s²

Dengan demikian, tiga elektron orbital 3D, dan dua orbital 4S, bergabung untuk melakukan perjalanan pita yang dibentuk oleh tumpang tindih orbital valencia dari semua atom V dari kaca; Jelas, penjelasan berdasarkan teori band.

Karena sedikit lebih kecil, atom V daripada logam di sebelah kiri mereka (skandi dan titanium) dalam tabel periodik, dan mengingat karakteristik elektroniknya, ikatan logamnya lebih kuat; Fakta yang tercermin dalam titik peleburan terbesarnya dan, oleh karena itu, dengan atom -atomnya yang paling kohesif.

Menurut studi komputer, struktur BCC vanadium stabil bahkan di bawah tekanan besar 60 IPK.  Melampaui tekanan ini, kristalnya menderita transisi ke fase rhombohedral, yang tetap stabil hingga 434 GPa; Saat struktur BCC muncul kembali.

Angka oksidasi

Konfigurasi elektronik vanadium menunjukkan dengan sendirinya bahwa atomnya dapat kehilangan hingga lima elektron. Ketika itu terjadi, itu menjadi isolektronik menjadi gas argon yang mulia, dan keberadaan kation v diasumsikan⁵⁺.

Demikian juga, hilangnya elektron bisa bertahap (tergantung pada spesies apa yang terkait), memiliki angka oksidasi positif yang bervariasi dari +1 hingga +5; Oleh karena itu, dalam senyawanya keberadaan kation masing -masing v diasumsikan⁺, V²⁺ Dan seterusnya.

Vanadium juga bisa mendapatkan elektron, menjadi anion logam. Angka oksidasi negatifnya adalah: -1 (v^-) dan -3 (v^3-). Konfigurasi elektronik v^3- adalah:

[Ar] 3d⁶ 4s²

Meskipun empat elektron hilang untuk menyelesaikan pengisian orbital 3D, V lebih stabil^3- itu v^7-, yang secara teori membutuhkan spesies pada elektropositif ekstrem (untuk memberikannya elektron).

Aplikasi

-Logam

Paduan baja dan titanium

Vanadium memberikan ketahanan mekanis, termal dan getaran, selain kekerasan pada paduan yang ditambahkan. Misalnya, seperti ferrovanadio (paduan besi dan vanadium), atau vanadium karbida, ditambahkan bersama dengan logam lain dalam baja, atau dalam paduan titanium.

Dengan cara ini, sangat keras dan pada saat yang sama cahaya, berguna untuk alat (batch dan kunci kacang), roda gigi, bagian mobil atau pesawat, turbin, sepeda, mesin jet, pisau, implan gigi, dll.

Dapat melayani Anda: beryl hydroxide (be (OH) 2)

Juga, paduannya dengan Galio (v₃G) adalah superkonduktor dan digunakan untuk pembuatan magnet. Dan di samping itu, mengingat reaktivitas kecilnya, paduan vanadium ditakdirkan untuk pipa di mana reagen kimia korosif berjalan.

Baterai Redoks Vanadio

Vanadium adalah bagian dari baterai redoks, VRB (untuk akronimnya dalam bahasa Inggris: baterai redoks vanadium). Ini dapat digunakan untuk mempromosikan pembangkit listrik dari energi matahari dan angin, serta baterai dalam kendaraan listrik.

-Senyawa

Pigmen

V₂SALAH SATU₅ Itu digunakan untuk memberikan warna emas pada kaca dan keramik. Di sisi lain, kehadiran mereka dalam beberapa mineral menjadi kehijauan, seperti halnya zamrud (dan terima kasih juga untuk logam lainnya).

Katalisator

V₂SALAH SATU₅ Ini juga merupakan katalis yang digunakan untuk sintesis asam sulfat dan asam anhidrida maleico. Dicampur dengan oksida logam lainnya, mengkatalisasi reaksi organik lainnya, seperti oksidasi propana dan propilen dalam akrolin dan asam akrilat, masing -masing.

Obat

Obat yang terdiri dari kompleks vanadio telah dianggap sebagai kandidat yang mungkin dan potensial untuk pengobatan diabetes dan kanker.

Kertas Biologis

Tampaknya ironis bahwa vanadium, menjadi senyawa penuh warna dan beracun, ionnya (vo⁺, Vo₂⁺ dan vo₄^3-, sebagian besar) dalam jejak mereka bermanfaat dan penting untuk makhluk hidup; terutama yang berasal dari habitat laut.

Alasannya berpusat pada keadaan oksidasi mereka, dengan berapa banyak ligan dari lingkungan biologis yang terkoordinasi (atau interaksi), dalam analogi antara anion vanadat dan fosfat (VO₄^3- dan po₄^3-), dan dalam faktor lain yang dipelajari oleh bahan kimia bioinorganik.

Atom vanadio kemudian dapat berinteraksi dengan atom -atom yang termasuk enzim atau protein, baik dengan empat (koordinasi tetrahedron), lima (piramida persegi atau geometri lainnya) atau enam. Jika, ketika ini terjadi, reaksi yang menguntungkan bagi tubuh dipicu, dikatakan bahwa vanadium melakukan aktivitas farmakologis.

Misalnya, ada Halloperoxidases: enzim yang dapat digunakan vanadium sebagai kofaktor. Ada juga vanabinas (dalam sel vanadosit tunicates), fosforilase, nitrogenase, transferrin dan albumin serum (mamalia), yang mampu berinteraksi dengan logam ini.

Molekul koordinasi organik atau kompleks yang disebut amavadin, hadir dalam tubuh jamur tertentu, seperti Amanita muscaria (gambar bawah).

Jamur jamur. Sumber: Pixabay.

Dan akhirnya, di beberapa kompleks vanadium dapat terkandung dalam kelompok hemo, seperti halnya zat besi dalam hemoglobin.

Referensi

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Vanadium. Diperoleh dari: di.Wikipedia.org
3. Ashok K. Verma & p. Mode. (S.F.). Instabilitas fonon dan transisi fase struktural di vanadium di bawah tekanan tinggi. Divisi Fisika Tekanan Tinggi, Pusat Penelitian Atom Bhabha, Trombay, Mumbai-400085, India.
4. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (3 Juli 2019). Fakta Vanadium (V atau nomor atom 23). Pulih dari: thinkco.com
5. Richard Mills. (24 Oktober 2017). Vanadium: Logam yang tidak bisa kita lakukan tanpa dan tidak menghasilkan. Glacier Media Group. Pulih dari: penambangan.com
6. Pusat Nasional Informasi Bioteknologi. (2019). Vanadium. Database pubchem. CID = 23990. Pulih dari: pubchem.NCBI.Nlm.Nih.Pemerintah
7. Clark Jim. (2015). Vanadium. Pulih dari: chemguide.bersama.Inggris
8. Pierce Sarah. (2019). Apa itu Vanadium? Penggunaan, Fakta & Isotop. Belajar. Pulih dari: belajar.com
9. Cran & Col. (2004). Kimia dan ahli biokimia vanadium dan aktivitas biologis yang diberikan oleh senyawa vanadium. Departemen Kimia, Universitas Negeri Colorado, Fort Collins, Colorado 80523-1872.