Vanadiu

Vanadiu
23 V.                                                                                                                                                                                                                                               titan ← vanadiu → crom
Aspect
metal gri-argintiu
Linia spectrală
Generalitate
Numele, simbolul, numărul atomic	vanadiu, V, 23
Serie	metale de tranziție
Grup , punct , bloc	5 , 4 , d
Densitate	6 110 kg / m³
Duritate	7.0
Configurare electronică
Termen spectroscopic	4 F 3/2
Proprietăți atomice
Greutate atomica	50,9415
Raza atomică (calc.)	135 (171) pm
Raza covalentă	125 pm
Configurare electronică	[ Ar ] 3d 3 4s 2
și - după nivelul de energie	2, 8, 11, 2
Stări de oxidare	5 , 3 ( amfoteric )
Structură cristalină	corp centrat cubic
Proprietăți fizice
Stare a materiei	Solid
Punct de fuziune	2 175 K (1 902 ° C )
Punct de fierbere	3 682 K (3 409 ° C)
Volumul molar	8,32 × 10 −6 m³ / mol
Entalpia vaporizării	452 J / mol
Căldura de fuziune	20,9 kJ / mol
Presiunea de vapori	3,06 Pa la 2 175 K
Viteza sunetului	4.560 m / s la 293,15 K.
Alte proprietăți
numar CAS	7440-62-2
Electronegativitate	1,63 ( scară Pauling )
Căldura specifică	490 J / (kg K)
Conductibilitate electrică	4,89 × 10 6 / (m Ω )
Conductivitate termică	30,7 W / (m K)
Energia primei ionizări	650,9 kJ / mol
A doua energie de ionizare	1 414 kJ / mol
A treia energie de ionizare	2 830 kJ / mol
Energia celei de-a patra ionizări	4 507 kJ / mol
A cincea energie de ionizare	6 298,7 kJ / mol
Izotopi mai stabili
iso N / A TD DM DE DP 48 V sintetic 15,9735 zile ε 4.012 48 Ti 49 V sintetic 330 de zile ε 0,602 49 Ti 50 V 0,25% 1,4 × 10 17 ani ε β 2.208 1,037 50 Ti 50 Cr 51 V 100% V este stabil cu 28 de neutroni
iso: izotop NA: abundență în natură TD: timpul de înjumătățire DM: modul de descompunere DE: energia de descompunere în MeV DP: produs de descompunere

Cristale de vanadiu sub microscop electronic cu scanare .

Vanadiul este elementul chimic cu numărul atomic 23 și simbolul său este V. Element rar, care se găsește ca compus în anumite minerale, este un metal de tranziție durabil , gri argintiu, ductil . Purul se găsește rar în natură, dar odată izolat artificial, formarea unui strat de oxid ( pasivare ) stabilizează metalul liber împotriva oxidării ulterioare.

Compușii vanadiului au fost descoperiți de Andrés Manuel del Río în 1801 în Mexic , grație analizei unui nou mineral (numit „ plumb brun”), în care a înțeles că calitățile sale se datorează prezenței unui element necunoscut, care el a numit eritroniu (din greacă „roșu”) deoarece, la încălzire, majoritatea sărurilor devin roșii. Cu toate acestea, patru ani mai târziu, alți oameni de știință au crezut (eronat) că sunt identici cu cromul. Clorurile de vanadiu au fost produse în 1830 de Nils Gabriel Sefström care a demonstrat astfel prezența unui element nou, pentru care a inventat numele de „vanadiu” de la zeița scandinavă a frumuseții și fertilității, Vanadis ( Freia ). În 1867, Henry Enfield Roscoe a obținut elementul pur.

Vanadiul apare în mod natural în aproximativ 65 de minerale diferite și în depozitele de combustibili fosili . Este produs în China și Rusia din zgură de la turnătorii de oțel ; alte țări îl produc fie din praf de evacuare a petrolului greu, fie ca produs secundar al extracției uraniului . Este utilizat în principal în metalurgie , pentru producerea aliajelor speciale de oțel, cum ar fi oțelurile de scule super-rapide . Cel mai important compus industrial al vanadiului, pentoxidul de vanadiu, este utilizat ca catalizator pentru producerea acidului sulfuric .

Cantități mari de ioni de vanadiu se găsesc în unele organisme, posibil ca toxină . Oxidul și alte săruri de vanadiu prezintă o toxicitate moderată. În special în mediul marin, vanadiul este utilizat în unele forme de viață ca centru activ al enzimelor .

Istorie

Vanadiul a fost descoperit pentru prima dată de Andrés Manuel del Río , un mineralogist spaniol , în Mexico City în 1801 , care l-a numit „plumb brun”. Printr-o serie de experimente chimice, el a observat că materialul a căpătat culori similare cu cele ale cromului , așa că l-a numit parașrom . Mai târziu, observând că majoritatea sărurilor sale erau de culoare roșie, el a schimbat din nou numele în eritroniu . Un chimist francez a sugerat că elementul descoperit de del Río nu era altul decât cromul impur, del Río credea că se înșeală și a acceptat afirmația.

În 1830 , chimistul suedez Jöns Jacob Berzelius și elevul său Nils Gabriel Sefström au redescoperit vanadiul într-un oxid găsit în timp ce lucrau pe unele minereuri de fier ^[1] și mai târziu în același an, Friedrich Wöhler a confirmat validitatea lucrărilor anterioare ale lui del Río.

Vanadiu metalic a fost izolat pentru prima dată de Henry Enfield Roscoe în 1867 , care l-a obținut prin reducerea clorurii de vanadiu (II) (V Cl ₂ ) cu hidrogen .

Numele „vanadiu” derivă din numele zeiței Vanadis , zeița frumuseții în mitologia nordică . A fost ales pentru frumusețea și varietatea culorilor compușilor de vanadiu.

Caracteristici

Bara de vanadiu, prin procesul van Arkel-de Boer

Vanadiul este prezent cu o abundență de 0,0136% (136 ppm ), adică este al cincilea element prin abundență printre elementele de tranziție (după fier , titan , mangan și zirconiu ).

Vanadiul este un metal alb lucios, dur și ductil. Are o bună rezistență la coroziune de către alcali , acid sulfuric și acid clorhidric . Expus aerului se oxidează rapid la temperaturi peste 933 K ( 660 ° C ), acoperindu-se cu o patină superficială de oxid.

Vanadiul are o consistență bună și o secțiune transversală mică cu neutroni din fisiunea nucleară , făcându-l potrivit pentru utilizare în aplicații legate de generarea de energie nucleară.

Chimic manifestă un comportament intermediar între metal și nemetal , atât acid , cât și bazic .

Stările de oxidare cele mai frecvent asumate de vanadiu în compușii săi sunt +2, +3, +4 și +5. Într-un experiment de laborator este posibil să se observe colorimetric trecerea vanadiului prin aceste stări de oxidare în timpul reducerii vanadatului de amoniu NH ₄ VO ₃ cu zinc metalic.

În cazuri rare, vanadiul poate avea și un număr de oxidare +1.

Aplicații

Aproximativ 80% din vanadiul produs este utilizat ca aliaj de fier- vanadiu sau ca aditiv pentru oțel . Alte utilizări includ:

• aliaje metalice precum:
  • oțeluri inoxidabile speciale, de exemplu pentru a produce instrumente chirurgicale;
  • oțeluri de scule de mare viteză și rezistente la rugină (de exemplu, chei hexagonale);
  • amestecat cu aliaje de aluminiu și titan , utilizate în motoare cu reacție și aplicații aeronautice;
• datorită secțiunii transversale reduse cu neutroni de fisiune, este utilizată în industria nucleară;
• Benzile de galiu- vanadiu sunt conținute în magneții supraconductori ( 175 000 G );
• compușii vanadiului sunt folosiți ca catalizatori în producția de anhidridă maleică , propilenă ^[2] , acid acrilic ^{[3] [4] [5] [6]} și acid sulfuric ;
• pentoxidul de vanadiu (V ₂ O ₅ ) este utilizat în ceramică și este, de asemenea, un catalizator în unele procese industriale;
• este, de asemenea, utilizat pentru supercondensatoare ^[7] , acoperiri ^[8] și baterie cu flux redox ^[9] ;
• sticla acoperită cu dioxid de vanadiu (V O ₂ ) blochează radiațiile infraroșii (dar nu lumina vizibilă) la anumite temperaturi specifice.

Rolul biologic

Informațiile prezentate nu sunt sfaturi medicale și este posibil să nu fie corecte. Conținutul are doar scop ilustrativ și nu înlocuiește sfatul medicului: citiți avertismentele .

Acest articol sau secțiune pe tema chimiei nu este încă formatat conform standardelor . Comentariu : secțiune slab wikificată, utilizarea redusă a wikilink în ciuda multitudinii de termeni tehnici Contribuiți la îmbunătățirea acestuia în conformitate cu convențiile Wikipedia . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Vanadiul este o componentă esențială a unor enzime , în special vanadiu-azotaza , care este utilizată de unele microorganisme pentru fixarea azotului . Vanadiul este esențial pentru unele organisme marine - ascidiacea și tunicatele - unde este prezent în proteinele din sânge într-o concentrație chiar de un milion de ori mai mare decât cea a apei de mare din jur. Cantități mici de vanadiu sunt, de asemenea, esențiale pentru șoareci și pui , unde o deficiență poate duce la creșterea redusă și la probleme de reproducere .

Din experimentarea unor modele animale și umane, administrarea compușilor de vanadiu pare să poată atenua simptomele diabetului zaharat , similar cu efectul cromului , asupra metabolismului zahărului . O mare parte a cercetării a fost dedicată diabetului zaharat cu scopul de a găsi un tratament mai bun pentru această boală. În special, cercetările fiziopatologice la șobolani sugerează că vanadiul ar putea fi un posibil agent terapeutic datorită activității sale asupra secreției de insulină și a proprietăților sale periferice asemănătoare insulinei. Într-adevăr, demonstrația că urme de vanadiu posedă capacități asemănătoare insulinei în celule izolate, țesuturi și in vivo a generat un entuziasm considerabil pentru valoarea sa terapeutică potențială în diabetul uman.

Cu toate acestea, literatura științifică a publicat studii care au ca scop elucidarea mecanismelor prin care vanadiul își exercită efectele asemănătoare insulinei. În primul rând, vanadiul ca ion metalic (V ⁺³ sau V ⁺⁵ ) în sine nu reprezintă specia biologică activă în acest sens. Ionul vanadat (VO ₄ ^3- ) are deja efecte biologice, deoarece s-a constatat că inhibă activitatea unor fosfataze fosfo-proteice, în special a celor care detașează grupările fosfat de reziduurile tirozinei (fosfotirozin-fosfatază sau PTP). Efectul său afectează, de asemenea, PTP-1B, care este fosfotirozin fosfataza care dezactivează receptorul de insulină și care pare să funcționeze exagerat în diabetul zaharat. Chiar mai activ decât vanadatul este ionul peroxi-vanadat (-OO-VO ₂ ), care inhibă PTP-1b cu un mecanism redox. De fapt, în situl catalitic al enzimei, există un reziduu de cisteină foarte reactiv care sa dovedit a fi ținta anionilor de vanadiu.

Este clar că tratamentul cu vanadiu duce la corectarea mai multor anomalii asociate diabetului în metabolismul glucozei și lipidelor și exprimarea genelor. Cu toate acestea, multe dintre aceste efecte asemănătoare insulinei in vivo pot fi atribuite observației că puterea hipoglicemiantă a vanadiului este dependentă de prezența insulinei endogene, în timp ce faptul că homeostazia metabolică la modelele animale nu pare să fie afectată mărturisește că vanadiul nu acționează complet independent in vivo, ci crește sensibilitatea țesuturilor la niveluri scăzute de insulină plasmatică.

O altă considerație crucială este dependența de doză, deoarece efectele insulinice ale vanadiului în celulele izolate au fost adesea testate la concentrații mari, care nu sunt în mod normal realizate în tratamentul cronic in vivo și pot induce efecte secundare toxice.

Mai mult, vanadiul pare a fi selectiv pentru funcțiile specifice insulinei în unele țesuturi, în timp ce nu poate influența altele.

Prin urmare, scopul este de a verifica dovezile că vanadiul este sau nu un agent asemănător insulinei la concentrații scăzute in vivo. Având în vedere efectele vanadiului asupra metabolismului carbohidraților și lipidelor, se poate concluziona că nu acționează global, ci selectiv, îmbunătățind mai degrabă decât imitând efectele insulinei in vivo .

În lumina celor de mai sus, proprietățile antidiabetice ale derivaților de vanadiu prezintă o nouă clasă de compuși cu capacități terapeutice promițătoare și caracteristici farmacocinetice favorabile, în principal datorită căii de administrare orală.

Disponibilitate

Vanadiul nu se găsește niciodată pur în natură (cu excepția ciupercii Amanita muscaria , care îl conține în doze minime). Este prezent în aproximativ 65 de minerale , inclusiv patrónit (V S ₄ ), vanadinite [ Pb ₅ (V O ₄ ) 3 Cl ] și carnotită [ K ₂ ( U O ₂ ) ₂ (VO ₄ ) ₂ · 3 H ₂ O ] . Vanadiul este de asemenea prezent în bauxită și în depozite de combustibili fosili , cum ar fi petrol , cărbune și gudron nisipuri.

Spectrul de vanadiu a fost observat și în lumina Soarelui și a altor stele .

O mare parte din vanadiul metalic produs se obține din reducerea pentoxidului de vanadiu (V ₂ O ₅ ) cu calciu metalic sau, în cantități mai mici, prin procesul van Arkel-de Boer .

Producția mondială

Principalii producători de vanadiu în 2019 [10]
Poziţie	țară	Producție (Mii tone)
1	China	54,00
2	Rusia	18.40
3	Africa de Sud	8.03
4	Brazilia	5,94
5	Statele Unite	0,46

Compuși

Pentoxidul de vanadiu (V ₂ O ₅ ) este utilizat ca catalizator și ca fixativ pentru culori. De culoare galbenă. Este extrem de toxic la inhalare și este, de asemenea, periculos pentru mediu.

Sulfatul de vanadil (VOSO ₄ ), numit și sulfat de oxid hidratat de vanadiu (IV), este utilizat (dar utilitatea sa este controversată) ca supliment alimentar pentru creșterea nivelului de insulină și în culturism . Rămâne de dovedit dacă este cu adevărat eficient pentru culturisti. în orice caz, acest compus este toxic în doze mari.

Vanadatele, sărurile obținute din acidul vanadic , sunt în general foarte colorate (mai ales în spectrul cromatic al galbenului) și multe sunt utilizate ca pigmenți pentru aplicații de vopsire sau în cazul în care sunt necesare caracteristici pe care pigmenții organici nu le ating. Monovanadatul de sodiu este cel mai simplu, în timp ce vanadatul de bismut este utilizat pe scară largă. Vanadatele sunt în general toxice, în special cele mai solubile, cum ar fi vanadatul de amoniu, care sunt absorbite rapid de organism.

Izotopi

Vanadiul în natură este alcătuit din doi izotopi , ⁵¹ V (99,75%), care este singurul stabil și ⁵⁰ V (0,25%), foarte slab radioactiv, care se descompune în două moduri: primul (83%) constă din captarea electronilor și emisia de pozitroni (β ⁺ ) și duce la ⁵⁰ Ti; al doilea (17%) este p ^- emisie, ceea ce duce la ⁵⁰ Cr. Timpul de înjumătățire al acestui izotop se ridică la 1,4 × 10 ¹⁷ ani. Au fost sintetizați încă 15 radioizotopi , dintre care cei mai puțin instabili sunt ⁴⁹ V, care se descompune prin captarea electronilor la ⁴⁹ Ti cu un timp de înjumătățire de 330 zile, ⁴⁸ V care se descompune prin captarea electronilor și emisia de pozitroni (β ⁺ ) cu o jumătate -vie de viață de 15,9735 zile, ducând la ⁴⁸ Ti și ⁵² V care se descompune prin emisie β ^- cu un timp de înjumătățire de 3,743 minute, ducând la ⁵² Cr. Toți ceilalți izotopi au timp de înjumătățire mai mic de o oră și, într-adevăr, majoritatea nu ating 10 secunde.

Izotopii de vanadiu variind în greutate atomică de la 43.981 ⁽⁴³ V) la 59.959 ⁽⁴⁹ V). Cel mai frecvent mod de descompunere înainte de cel mai abundent izotop stabil ( ⁵¹ V) este captarea electronilor , fie exclusiv, fie cuplat cu emisie de pozitroni, care produce izotopi de titan ; cel mai frecvent mod de descompunere după acesta este decăderea beta , care produce izotopi de crom .

Precauții

Pulberea de vanadiu este inflamabilă și toți compușii săi sunt considerați foarte toxici, provocând cancer respirator la inhalare. Cel mai periculos este pentoxidul de vanadiu .

OSHA (agenția SUA pentru siguranță la locul de muncă) a stabilit o limită de expunere TLV-TWA de 0,05 mg / m³ pentru pentoxidul de vanadiu praf și 0,1 mg / m³ pentru pentoxidul de vanadiu. O limită de 35 mg / m³ de compuși de vanadiu este considerată critică; nu trebuie depășită niciodată, deoarece există o mare probabilitate ca aceasta să provoace daune permanente sau moarte.

Citate literare

• Una dintre poveștile din Sistemul periodic al lui Primo Levi este dedicată vanadiului.

Notă

Bibliografie

• Francesco Borgese, Elementele tabelului periodic. Descoperire, proprietăți, utilizări. Manual chimic, fizic, geologic , Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1 .
• R. Barbucci, A. Sabatini, P. Dapporto, Tabel periodic și proprietăți ale elementelor , Florența, Edizioni V. Morelli, 1998 (arhivat din original la 22 octombrie 2010) .
• (EN) Vanadiu Mecanism de acțiune: agent mimetic sau insulină care stimulează insulina? [Can J Physiol Pharmacol 2000 Oct; 78 (10): 829-47]
• ( EN ) Vanadiu și diabet: proprietăți insulinomimetice pancreatice și periferice [Ann Pharm Fr 2000 oct; 58 (5): 531].
• ( EN ) Marfaing-Jallat P, Penicaud L. Efectul vanadiului asupra utilizării regionale a glucozei cerebrale la șobolani. Fiziol Comportament. 1993 aug; 54 (2): 407-9.
• ( EN ) Kiersztan A și colab. Inhibarea gluconeogenezei de către vanadiu și metformină în tubulii rinichi-cortex izolate de la iepurii martori și diabetici. Biochem Pharmacol. 1 aprilie 2002; 63 (7): 1371-82.

Elemente conexe

• Anhidridă vanadică
• Almbosit
• Baterii redox vanadiu
• Vanadat

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lema « vanadiu »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre vanadiu

linkuri externe

• vanadio , pe Treccani.it - ​​Enciclopedii on-line , Institutul Enciclopediei Italiene .
• ( EN ) Vanadiu , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• Vanadiu , pe periodic.lanl.gov , Laboratorul Național Los Alamos .
• (EN) Vanadium , pe WebElements.com.
• (EN) Vanadiu , pe EnvironmentalChemistry.com.
• Foaie informativă Vanadium , pe AMM.com . Adus la 1 ianuarie 2005 (arhivat din original la 5 martie 2005) .
• Vanadiu , pe mii.org , Mineral Information Institute. Adus la 1 ianuarie 2005 (arhivat din original la 8 martie 2006) .
• ATSDR - ToxFAQs: Vanadium , la atsdr.cdc.gov . Adus la 1 ianuarie 2005 (arhivat din original la 15 ianuarie 2009) .

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei