بحلول منتصف القرن العشرين ، ظهر مصطلح في العلوم الكيميائية - المعادن ذات الأهمية الاستراتيجية. كان يعني مجموعة من العناصر التي مكنت خواصها الفيزيائية والكيميائية من استخدامها في إنتاج المجمع الصناعي العسكري. نحن نتحدث عن معادن مثل الكروم والتنتالوم والنيوبيوم والموليبدينوم والتنغستن. يحتل الفاناديوم ، الذي سننظر في خصائصه في هذه المقالة ، أيضًا بحق أحد الأماكن المركزية بين المعادن المستخدمة في الهندسة الميكانيكية الحديثة ، والمعادن الحديدية ، والأدوات ، والإنتاج الكيميائي. يتكون المعدن من أربعة أكاسيد مع الأكسجين ، مما يدل على تكافؤ 2 و 3 و 4 و 5 فيها. 5والتي سوف ندرسها بمزيد من التفصيل.
لقاء الفاناديوم
في العلوم الكيميائية ، هناك راسخةالقاعدة التي تنص على أن توصيف العنصر الكيميائي يجب أن يبدأ من موقعه في النظام الدوري لـ D. I. مندليف. الصيغة الكيميائية للفاناديوم كمادة بسيطة هي V ، والرقم التسلسلي 23 ، والكتلة الذرية 50 ، 9414. وهي تقع في الفترة الرابعة ، والمجموعة الخامسة ، جنبًا إلى جنب مع النيوبيوم والتنتالوم ، ممثل نموذجي لـ معادن حرارية. عينات من مادة نقية من البلاستيك ولها لون فضي رمادي. ذرة الفاناديوم هي عنصر d ، ولها إلكترونان من s عند مستوى الطاقة الأخير ، ومع ذلك ، فإن تلك الجسيمات السلبية الموجودة في المستوى الفرعي d من نفس المستوى الرابع ستكون أيضًا التكافؤ.
أين يوجد المعدن وما خصائصه الفيزيائية
لا يمكن العثور على العنصر نفسه في شكله النقي في الطبيعة. ولكنه موجود كعنصر إلزامي في الخامات المتعددة الفلزات والحديد. تحدثنا سابقًا عن مرونة مادة بسيطة وقابليتها للتطويع ، والآن نضيف أن الخصائص الفيزيائية المهمة للفاناديوم هي نقاط غليان وانصهار عالية ، تساوي 3400 درجة مئوية و 1920 درجة مئوية على التوالي. مثل التيتانيوم ، فإنه يتلف بشكل كبير معاييره الفيزيائية والكيميائية عندما يتلوث بشوائب مثل النيتروجين أو الهيدروجين أو الأكسجين. على وجه الخصوص ، يتم تقليل ليونة وقوة ميكانيكية ، ويصبح الفاناديوم هشًا.
خصائص كيميائية خاصة
المعدن قادر على التخميل ، أي لديه قدرة فريدة على تحمل تأثير البيئات الكيميائية العدوانية: محاليل الأحماض والقلويات والأملاح ، وتشكيل طبقة واقية على سطحها -أكسيد الفاناديوم. تحتوي الشبكة البلورية للعنصر على هيكل مكعب. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن مقاومة التآكل للفولاذ المحتوي على العنصر عالية جدًا ، مما يسمح باستخدامها كمثبتات حاملة لدعم الجسور وحفارات حفر النفط البحرية. من المستحيل تخيل إنتاج الأدوات الحديثة بدون الفولاذ المحتوي على الفاناديوم. جنبا إلى جنب مع النيوبيوم والكروم والتيتانيوم ، يتم استخدام العنصر لسبائك السبائك الخاصة المستخدمة في علم الصواريخ وصناعة الفضاء. ومع ذلك ، تتفاعل أحماض النترات والكبريتات المركزة ، ومحلول فلوريد الهيدروجين في الماء ، ومزيج من أحماض الكلوريد والنترات ، تسمى أكوا ريجيا ، بسهولة مع المعدن. يمكن لعنصر الفاناديوم كمادة بسيطة أن يتفاعل مع الكلور والبروم والكبريت وتتشكل الأملاح المقابلة. مع الأكسجين ، فإنه يعطي العديد من الأكاسيد التي تختلف اختلافًا كبيرًا في خواصها الكيميائية. مزيد من النظر فيها.
أكاسيد أساسية ومذبذبة
المعدن يشكل أكاسين ، VO و V2O3، والتي تظهر الخصائص الأساسية النموذجية. في المختبر ، يتم استخراج أول أكسيد الكربون من خلال تفاعل الاختزال V2O5مسحوق الفاناديوم الناعم. تتفاعل الأكاسيد الأساسية مع المحاليل الحمضية لتكوين الأملاح المقابلة. وبالفعل يمكن الحصول على الهيدروكسيدات منها عن طريق إجراء تفاعل متبادل مع القلويات. تم العثور على أكسيد الفاناديوم (III) كمكون من معدن karelianite ، ويتم الحصول عليه في المختبر عن طريق تسخين V2O5بالكبريت ، الفحم أو الهيدروجين.كلا الأكاسيد الأساسية لها خصائص اختزال واضحة. Oxide VO2هو مركب مذبذب نموذجي يتفاعل مع كل من الأحماض والقلويات. في محلول يكون رقمه الهيدروجيني أقل من 7 ، توجد أيونات الفاناديل موجبة الشحنة VO2 +، مما يعطي المحلول لونًا أزرق فاتحًا ، وتتشكل أملاح حمض البوليفانيديك في وسط قلوي. أكسيد الفاناديوم (الرابع) يجذب الماء ، أي هي مادة استرطابية ، في التفاعلات تتصرف كعامل مختزل.
نصف أكسيد الفاناديوم
مركب صيغته V2O5 ،هو أهم أكسيد فلز. إنها مادة بلورية برتقالية قابلة للذوبان في الماء تتفاعل مع القلويات لتكوين الفانات - أملاح حمض الميتافاناديك HVO3. يستخدم على نطاق واسع كعامل مساعد في أكسدة ثاني أكسيد الكبريت إلى أنهيدريد الكبريتيك في الإنتاج الصناعي لحمض الكبريتات. يحتوي خامس أكسيد الفاناديوم على شبكة بلورية معينية وعلامات تذبذب مع غلبة خصائص الأكسيد الحمضي. في التفاعلات يتصرف كعامل مؤكسد قوي. يستخدم المركب في تكنولوجيا الزجاج والطب والتوليف العضوي.
طرق استخلاص الفاناديوم من مركباته
ذكرنا سابقًا أن المعدن هو أحد مكونات خام الحديد. في إنتاج أفران الصهر ، ينتقل العنصر مع شوائب الكربون والفوسفور إلى الحديد الزهر. عند صهر الفولاذ ، يترسب أكسيد الفاناديوم 5 في تكوين الخبث ، حيث يمكن أن يصل محتواه إلى 16٪. إضافة إليهاملح الطعام وتحميص الخليط في الأفران ، يتم الحصول على منتج يذوب في الماء. يتم معالجة المركز المائي الناتج بحمض الكبريتات ويتم عزل V2O5منه. لعزل الفاناديوم النقي من الأكسيد ، يمكنك استخدام طريقة الكالسيوم بالحرارة - تقليل المعادن باستخدام الكالسيوم المعدني. لتقليل التكاليف التكنولوجية في التفاعل مع خامس أكسيد الفاناديوم ، غالبًا ما يستخدم الألمنيوم بدلاً من الكالسيوم. يمكن أيضًا الحصول على المعدن عن طريق اختزال أكسيد الفاناديوم ثلاثي التكافؤ بالفحم.
الدور البيولوجي
الفاناديوم موجود في الكائنات الحية كعنصر ضئيل ، وهو جزء من السائل بين الخلايا لشوكيات الجلد البحرية. في الهولوثوريين وقنافذ البحر ، يرتبط بالبروتينات التي تقوم بوظيفة نقل الأكسجين إلى الخلايا وإزالة ثاني أكسيد الكربون. محتوى العنصر ضئيل في الكائنات الحية للحيوانات ذوات الدم الحار والبشر ، حيث يكون في تكوين إنزيمات البنكرياس ، في الخلايا العصبية والنيفرون. في النباتات ، يتدخل عنصر التتبع باعتباره إنزيمًا في المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي ويؤثر على مستوى صبغة الكلوروفيل الموجودة في البلاستيدات الخضراء. يوجد أيضًا في بكتيريا العقيدات ، والتي تعمل كمثبتات للنيتروجين ، في أنسجة الفطريات الأعلى. كجزء من chernozem ، إلى جانب مركبات البورون والنحاس والزنك والمنغنيز ، يؤثر أكسيد الفاناديوم على خصوبة التربة.
في مقالنا درسنا الخصائص الأساسية للفاناديوم وأكاسيده ، كما درسنا استخدام مركباته فيصناعة
