Em meados do século 20, um termo apareceu na ciência química - metais de importância estratégica. Significava um conjunto de elementos cujas propriedades físico-químicas permitiam utilizá-los na produção do complexo militar-industrial. Estamos falando de metais como cromo, tântalo, nióbio, molibdênio e tungstênio. O vanádio, cujas propriedades vamos considerar neste artigo, também ocupa com razão um dos lugares centrais entre os metais usados na engenharia mecânica moderna, metalurgia ferrosa, ferramenta e produção química. O metal forma quatro óxidos com o oxigênio, apresentando neles uma valência de 2, 3, 4 e 5. 5 que estudaremos mais detalhadamente.
Conheça o vanádio
Na ciência química, existe umaa regra que estabelece que a caracterização de um elemento químico deve começar com sua posição no sistema periódico de D. I. Mendeleiev. A fórmula química do vanádio como substância simples é V, o número de série é 23, a massa atômica é 50, 9414. Está localizado no quarto período, no quinto grupo e, juntamente com o nióbio e o tântalo, é um representante típico de metal de refração. Amostras de uma substância pura são plásticas e têm uma cor cinza-prateada. O átomo de vanádio é um elemento d, possui dois elétrons s no último nível de energia, porém, aquelas partículas negativas que estão localizadas no subnível d do mesmo quarto nível também serão de valência.
Onde o metal é encontrado e quais são suas propriedades físicas
O elemento em si não pode ser encontrado em sua forma pura na natureza. Mas está presente como componente obrigatório em minérios polimetálicos e de ferro. Anteriormente falamos sobre a plasticidade e maleabilidade de uma substância simples, agora vamos acrescentar que as propriedades físicas importantes do vanádio são altos pontos de ebulição e fusão, iguais a 3400 ° C e 1920 ° C, respectivamente. Assim como o titânio, deteriora drasticamente seus parâmetros físicos e químicos quando contaminado com impurezas como nitrogênio, hidrogênio ou oxigênio. Em particular, sua ductilidade e resistência mecânica são reduzidas e o vanádio torna-se quebradiço.
Propriedades químicas especiais
Metal é capaz de passivação, ou seja, tem uma capacidade única de resistir à ação de ambientes químicos agressivos: soluções de ácidos, álcalis e sais, formando uma película protetora em sua superfície -óxido de vanádio. A rede cristalina do elemento tem uma estrutura cúbica. Deve-se notar também que a resistência à corrosão dos aços que contêm o elemento é muito alta, o que permite que eles sejam usados como fixadores de carga para suportes de pontes e plataformas de perfuração de petróleo offshore. É impossível imaginar a produção de ferramentas modernas sem aços contendo vanádio. Juntamente com nióbio, cromo e titânio, o elemento é usado para ligar ligas especiais usadas na ciência de foguetes e na indústria espacial. No entanto, ácidos concentrados de nitrato e sulfato, uma solução de fluoreto de hidrogênio em água e uma mistura de ácidos cloreto e nitrato, chamada água régia, interagem facilmente com o metal. O elemento vanádio como uma substância simples pode reagir com cloro, bromo, enxofre e os sais correspondentes são formados. Com o oxigênio, dá vários óxidos que diferem muito em suas propriedades químicas. Considere-os mais.
Óxidos básicos e anfotéricos
O metal forma dois óxidos, VO e V2O3, que exibem propriedades básicas típicas. No laboratório, o monóxido é extraído pela reação de redução V2O5 pó fino de vanádio. Os óxidos básicos reagem com soluções ácidas para formar os sais correspondentes. E já os hidróxidos podem ser obtidos deles realizando uma reação de troca com álcalis. O óxido de vanádio (III) é encontrado como componente do mineral carelianita, e é obtido em laboratório pelo aquecimento de V2O5 com enxofre, carvão ou hidrogênio. Ambos os óxidos básicos têm propriedades redutoras fortemente pronunciadas. Óxido VO2 é um composto anfotérico típico que reage com ácidos e álcalis. Em uma solução cujo pH é inferior a 7, os íons vanadil carregados positivamente VO2+ são encontrados, dando à solução uma cor azul clara, e os sais de ácido polivanádico são formados em meio alcalino. O óxido de vanádio (IV) atrai água, ou seja, é uma substância higroscópica, nas reações se comporta como um agente redutor.
Hemipentóxido de vanádio
Composto cuja fórmula é V2O5, é o óxido metálico mais importante. É uma substância cristalina laranja solúvel em água que reage com álcalis para formar vanadatos - sais de ácido metavanádico HVO3. É amplamente utilizado como catalisador na oxidação de dióxido de enxofre em anidrido sulfúrico na produção industrial de ácido sulfato. O pentóxido de vanádio possui uma rede cristalina rômbica e sinais de anfotericidade com predominância de propriedades de óxido ácido. Nas reações ele se comporta como um forte agente oxidante. O composto é usado em tecnologia de vidro, medicina e síntese orgânica.
Métodos para extrair vanádio de seus compostos
Mencionamos anteriormente que o metal é um componente do minério de ferro. Na produção do alto-forno, o elemento, juntamente com as impurezas de carbono e fósforo, passa para o ferro fundido. Quando o aço é fundido, o óxido de vanádio 5 precipita na composição da escória, onde seu teor pode chegar a 16%. Adicionando a elesal de mesa e torrando a mistura em fornos, obtém-se um produto, que é posteriormente dissolvido em água. O concentrado aquoso resultante é tratado com ácido sulfato e V2O5 é isolado dele. Para isolar o vanádio puro do óxido, você pode usar o método cálciotermia - a redução de metais usando cálcio metálico. Para reduzir os custos tecnológicos na reação com o pentóxido de vanádio, o alumínio é frequentemente usado no lugar do cálcio. O metal também pode ser obtido reduzindo o óxido de vanádio trivalente com carvão.
Papel Biológico
O vanádio está presente nos organismos vivos como um elemento traço, que faz parte do fluido intercelular dos equinodermos marinhos. Em holoturianos e ouriços-do-mar, está associado a proteínas que exercem a função de transportar oxigênio para as células e remover o dióxido de carbono. O conteúdo do elemento é insignificante nos organismos de animais de sangue quente e humanos, onde está na composição de enzimas pancreáticas, na neuroglia e nos néfrons. Nas plantas, o oligoelemento está envolvido como uma enzima na fase escura da fotossíntese e afeta o nível do pigmento clorofila localizado nos cloroplastos. Também é encontrado em bactérias de nódulos, que são fixadores de nitrogênio, nos tecidos de fungos superiores. Como parte do chernozem, juntamente com compostos de boro, cobre, zinco e manganês, o óxido de vanádio afeta a fertilidade do solo.
Em nosso artigo, estudamos as propriedades básicas do vanádio e seus óxidos, e também consideramos o uso de seus compostos emindústria.
