Vanad

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání



V

Nb

TitanVanadChrom

[Ar] 3d3 4s2

50 V
23
↓Periodická tabulka prvků↓
Obecné
Název (lat.), značka, číslo Vanad (Vanadium), V , 23
Registrační číslo CAS 7440-62-2
Umístění v PSP 5 skupina,

4. perioda, blok d

Char. skupina Přechodné kovy
Hmotnostní zlomekzem. kůře 135 až 150 ppm
Konc. v mořské vodě 0,002 mg/l
Počet přírodních izotopů 2
Vzhled Šedo-bílý kov
Vanad
[[Soubor:|255px|Emisní spektrum]]
Atomové vlastnosti
Rel. at. hmotnost 50,9415
Atomový poloměr 134 pm
Kovalentní poloměr 153 pm
van der Waalsův poloměr pm
Elektronová konfigurace [Ar] 3d3 4s2
Elektronů v hladinách 2, 8, 11, 2
Oxidační číslo -I, I, II, III, IV, V
Fyzikální vlastnosti
Skupenství Pevné
Krystalová struktura Krychlová
Hustota 6,0 kg/dm3
Kritická hustota {{{kritická hustota}}} g cm−3
Tvrdost 6,7 (Mohsova stupnice)
Magnetické chování Paramagnetický
Měrná magnetická susceptibilita {{{magnetická susceptibilita}}}
Teplota tání 1909,85 °C (2183 K)
Teplota varu 3406,85 °C (3680 K)
Kritická teplota {{{kritická teplota c}}} °C ({{{kritická teplota k}}} K)
Teplota trojného bodu {{{teplota trojného bodu c}}} °C ({{{teplota trojného bodu k}}} K)
Teplota přechodu do supravodivého stavu {{{teplota supravodivosti}}}
Teplota změny krystalové modifikace {{{teplota změny modifikace}}}
Tlak trojného bodu {{{tlak trojného bodu}}} kPa
Kritický tlak {{{kritický tlak}}} kPa
Molární objem 8,32 · 10−6 m3/mol
Dynamický viskozitní koeficient {{{dynamický viskozitní koef.}}}
Kinematický viskozitní koeficient {{{kinematický viskozitní koef.}}}
Tlak nasycené páry 100 Pa při 2523K
Rychlost zvuku 4560 m/s
Index lomu {{{index lomu}}}
Relativní permitivita {{{relativní permitivita}}}
Elektrická vodivost 4,89 × 106 S·m−1
Měrný elektrický odpor 197 nΩ·m
Teplotní součinitel el. odporu {{{součinitel elektrického odporu}}}
Tepelná vodivost 30,7 W·m−1·K−1
Povrchové napětí {{{povrchové napětí}}}
Termodynamické vlastnosti
Skupenské teplo tání 21,5 KJ/mol
Specifické teplo tání {{{spec. teplo tání}}}
Skupenské teplo varu 495 KJ/mol
Specifické teplo varu {{{spec. teplo varu}}}
Molární atomizační entalpie {{{molární atomizační entalpie}}}
Entalpie fázové přeměny modifikace {{{entalpie fázové přeměny modifikace}}}
absolutní entropie {{{absolutní entropie}}}
Měrná tepelná kapacita 490 Jkg-1K-1
Molární tepelná kapacita {{{molární tepelná kapacita}}}
Spalné teplo na m³
Spalné teplo na kg
Různé
Van der Waalsovy konstanty {{{van der Waalsovy konstanty}}}
Teplotní součinitel délkové roztažnosti {{{součinitel délkové roztažnosti}}}
Redoxní potenciál -1,18 V
Elektronegativita 1,63 (Paulingova stupnice)
Ionizační energie 1: 650,9 KJ/mol
2: 1414 KJ/mol
3: 2830 KJ/mol
4: 4800 KJ/mol
Iontový poloměr 59 pm
Izotopy
izo výskyt t1/2 rozpad en. MeV prod.
48V umělý 15,9735 dne ε + β+ 4,0123 48Ti
49V umělý 330 dní ε 0,6019 49Ti
50V 0,25% 1,5 × 1017 roků ε 2,2083 50Ti
50V umělý 330 dní β- - 50Cr
51V 99.75% je stabilní s 28 neutrony
Bezpečnost


R-věty R17, R36/37/38
S-věty S7, S26, S33, S37, S43, S60
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP.

Vanad, chemická značka V, (lat.Vanadium) je spolu s niobem a tantalem členem 5. skupiny periodické tabulky prvků. Vanad patří mezi kovové prvky, v praxi je používán pro výrobu speciálních slitin a průmyslových katalyzátorů.

Historie objevu[editovat | editovat zdroj]

Poprvé ho objevil v roce 1801 A. M. del Rio ve vzorku mexické olověné rudy. Ale pod vlivem nesprávných názorů H. V. Collet-Descotilse od svého objevu upustil. Znovu byl tento prvek objeven v roce 1830 N. G. Sefströmem ve švédských železných rudách. Název získal podle skandinávské bohyně krásy Vanadis. Čistý kov izoloval v roce 1867 H. E. Roscoe redukcí chloridu vanadičného VCl5 vodíkem.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti[editovat | editovat zdroj]

kovový vanad

Vanad je tvrdý, šedo-bílý, kujný kov s vysokými teplotami tání a varu. Naopak za teplot pod 5,38 K je supravodivý. Při přidání malého množství uhlíku nebo oxidu k vanadu, se jeho teploty tání a varu ještě zvyšují. Chemicky je poměrně značně odolný jak vůči běžným kyselinám tak alkáliím. Za normálních podmínek reaguje pouze s kyselinou fluorovodíkovou a lučavkou královskou. Za zvýšené teploty však poměrně snadno podléhá oxidaci vzdušným kyslíkem. Vanad se za tepla slučuje také s dusíkem, uhlíkem, křemíkem, arsenem a dalšími prvky.

V chemických sloučeninách se vyskytuje v řadě mocenství od mocenství V+2 po V+5. V některých komplexech se vyskytuje s oxidačním číslem V+I a V-I.

Výskyt[editovat | editovat zdroj]

Obsah vanadu v zemské kůře je 136 ppm (19. nejrozšířenější prvek). Jeho obsah v mořské vodě činí přibližně 0,002 mg/l. Ve vesmíru připadá jeden atom vanadu na 50 milionů atomů vodíku.

Navzdory jeho poměrné velkému průměrnému obsahu v zemské kůře existuje jen několik bohatších ložisek. Většina vanadu se získává jako vedlejší produkt při zpracování některé z asi 60 rud, v nichž je obsažen. Mezi nejdůležitější minerály patří polysulfid patronit VS4. Nejčastěji se však vanad vyskytuje v rudách ve formě sloučeniny s kyslíkem. Příkladem může být vanadinit – podvojný chlorid-vanadičnan olovnatý PbCl2·3Pb3(VO4)2 nebo carnotit [K2(UO2)2(VO4)2.3H2O]. Zajímavý je i poměrně významný obsah vanadu v surové v ropě nebo uhlí.

Výroba vanadu[editovat | editovat zdroj]

Vanad se vyrábí pražením rozdrcené rudy nebo zbytků kovového vanadu s chloridem sodným (NaCl) nebo uhličitanem sodným (Na2CO3) při teplotě 850 °C. Tímto procesem vzniká vanadičnan sodný NaVO3, který se louží vodou. Okyselením získaného výluhu na pH 2–3 dojde k vysrážení polyvanadičnanu (červený koláč), z něhož můžeme tavením při 700 °C získat černý technický oxid vanadičný V2O5.

V dalším kroku se tento oxid zredukuje pomocí kovového hliníku. Příprava čistého kovového vanadu se provádí redukcí VCl5 vodíkem nebo hořčíkem.

Využití[editovat | editovat zdroj]

Vanad se přidává do vysoce kvalitních ocelí s vysokým obsahem chromu, kde tvoří s uhlíkem karbid V4C3. Ten se v oceli rozptýlí a tím zjemňuje zrnitou strukturu oceli, která je díky tomu odolnější proti opotřebení (především za vyšších teplot). Jiným příkladem železných speciálních slitin je například Vicalloy, obsahující 9,5 % vanadu, 52 % kobaltu a 38,5 % železa. Uvedené nerezové slitiny na bázi ocelí se využívají pro výrobu chirurgických nástrojů a dalších průmyslových komponent, které vykazují vysokou chemickou i mechanickou odolnost.

Slitiny s titanem a hliníkem se vyznačují vynikající mechanickou odolností a nízkou hustotou a nacházejí uplatnění při výrobě leteckých motorů a speciálních součástek pro konstrukci letadel a kosmických sond, družic a podobných aplikací.

V poslední době se uplatňuje i při výrobě elektrických článků a baterií a slitiny vanadu s galliem patří k materiálům pro přípravu supravodivých magnetů.

Vanad se užívá také k přípravě organokovových sloučenin. Nejznámější je vanadocen. V poslední době je zkoumána antitumorová aktivita derivátů vanadocendihalogenidů, které by mohly později sloužit jako chematerapeutika místo cis-platiny.

Tenká vrstva oxidu vanadičitého (VO2) vyloučená na skleněném povrchu pohlcuje dopadající infračervené záření a současně neovlivňuje optické vlastnosti skla ve viditelné oblasti spektra. Nanokrystalický VO2 je v současné době předmětem intenzivního výzkumu jako polovodič, protože při teplotě kolem 70 °C u něj dochází ke skokové přeměně jeho vodivostních charakteristik z vodiče na polovodič elektrického proudu. Teplota přechodu může být navíc výrazně ovlivněna přídavky stopových množství dalších příměsí.

Průmyslové katalyzátory na bázi oxidu vanadičného (V2O5) se využívají při výrobě kyseliny sírové tzv. kontaktním způsobem při oxidaci oxidu siřičitého na oxid sírový a v syntéze některých organických sloučenin.

Biologický a zdravotní význam[editovat | editovat zdroj]

Biologická významnost vanadu nebyla prokázána, a proto doposud nebyla stanovena hodnota nezbytného příjmu prvku pro člověka. Také názory na význam vanadu jsou nejednotné.[1][2] Potravou se do organizmu dostává jako složka rostlinných olejů, některých minerálních vod, vyšší koncentraci vanadu nalezneme i v rybím mase a zelenině.

Je základním stavebním kamenem některých enzymů jako například nitrogenázy, která je nezbytná pro funkci mikroorganizmů, která zprostředkují fixaci dusíku v půdě a tím jeho dostupnost pro výživu rostlin.

Poslední výzkumy naznačují, že některé sloučeniny vanadu příznivě ovlivňují stav nemocných cukrovkou (diabetes mellitus), ale přesný popis funkce vanadu v metabolismu cukrů zatím není znám.[3][4]

Vanad má význam i při syntéze krevního barviva hemoglobinu, které slouží pro přenos kyslíku krví z plic do tělesných tkání. Dlouhodobý nedostatek vanadu ve stravě se proto může projevit chudokrevností.[5]

Nadbytek vanadu působí naopak výrazně negativně. Toxicita sloučenin vanadu se uplatňuje především při každodenní expozici postižených osob nadměrným dávkám tohoto prvku při jeho výrobě a metalurgickém zpracování nebo z kontaminovaných důlních vod.[2]

Chronická otrava vanadem se projevuje zvracením, průjmem, bolestí břicha, poklesem krevního tlaku, zrychlením tepu srdce, sníženou hladinou krevního cukru, selháním jater a nadledvinek.[2]

Otravy vanadem[editovat | editovat zdroj]

Čína uzavřela v říjnu 2008 tři továrny na výrobu vanadu poté, co kvůli jejich provozu onemocnělo 1000 lidí kožními chorobami. Továrny v okrsku Ťien-li v provincii Che-pej byly poprvé uzavřeny již v roce 2006, ale majitelé výrobu nelegálně obnovili.[6]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. Vladimír Bencko, Miroslav Cikrt, Jaroslav Lener: Toxické kovy v životním a pracovním prostředí člověka, Grada 1995, ISBN 80-7169-150-X
  2. a b c SCHWARZ, Klaus. Growth Effects of Vanadium in the Rat. Science. 1971, roč. 174, s. 426–428. Dostupné online. DOI:10.1126/science.174.4007.426. PMID 5112000.  
  3. HALBERSTAM, M, et al.. Oral vanadyl sulfate improves insulin sensitivity in NIDDM but not in obese nondiabetic subjects.. Diabetes. 1996, roč. 45, s. 659–66. DOI:10.2337/diabetes.45.5.659. PMID 8621019.  
  4. BODEN, G, et al.. Effects of vanadyl sulfate on carbohydrate and lipid metabolism in patients with non-insulin dependent diabetes mellitus.. Metabolism. 1996;, roč. 45, s. 1130–5. DOI:10.1016/S0026-0495(96)90013-X.  
  5. NATKIN, Michael. Blood Color [online]. Soak (Source Of All Knowledge), 2007, [cit. 2007-11-16]. (Science Facts.) Dostupné online.  
  6. Čína zavřela tři továrny, z jejich provozu onemocnělo 1000 lidí

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Cotton F.A., Wilkinson J.: Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, Academia, Praha 1973
  • Holzbecher Z.: Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
  • Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
  • N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9
  • Vladimír Bencko, Miroslav Cikrt, Jaroslav Lener: Toxické kovy v životním a pracovním prostředí člověka, Grada 1995, ISBN 80-7169-150-X

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

Kategorie Vanadium ve Wikimedia Commons



Periodická tabulka chemických prvků
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
H (přehled) He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
 
*Lanthanoidy  La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
**Aktinoidy  Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
 
Skupiny prvků: Kovy · Nekovy · Polokovy | Blok s · Blok p · Blok d · Blok f