სახე

მოლურჯო-მოვერცხლისფრო-ნაცრისფერი მეტალი

ძირითადი თვისებები

დასახელება, სიმბოლო, ნომერი

ვანადიუმი, V, 23

წარმოთქმა

ელემენტის კატეგორია

გარდამავალი მეტალი

ჯგუფი, პერიოდი, ბლოკი

5, 4, d

ატომური მასა

50.9415(1) გ მოლი-1

ელექტრონული კონფიგურაცია

[Ar] 3d3 4s2

ელექტრონები ორბიტალებზე

2, 8, 11, 2
(იხ. სურათი)

ფიზიკური თვისებები

აგრეგატული მდგომარეობა

მყარი

სიმკვრივე

6.0 გ სმ-3

სიმკვრივე თხევად მგდომარეობაში (ლღობის ტემპერატურაზე)

5.5 გ სმ-3

ლღობის ტემპერატურა

2183 K, 1910˚C
3470 ˚F

დუღილის ტემპერატურა

3680 K, 3407 ˚C, 6165 ˚F

კრიტიკული წერტილი

დნობის სითბო

21.5 კჯ მოლი-1

აორთქლების სითბო

459 კჯ მოლი-1

სპეციალური სითბოტევადობა

(25 ˚C)
24.89 კჯმოლი-1
K-1

ორთლის წნევა
P(Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
T(K)-ზე 2101 2289 2523 2814 3187 3679

ატომური თვისებები

ჟანგვითი რიცხვები

5, 4, 3, 2, 1, -1
(ამფოტერული ოქსიდი)

ელექტროუარყოფითობა

1.63 (პოლინგის შკალა)

იონიზაციის ენერგიები

I: 650.9 კჯმოლი-1
II: 1414 კჯმოლი-1
III: 2830 კჯმოლი-1

ატომური რადიუსი

134 pm

კოვანელტური რადიუსი

153±8 pm

ვან დერ ვაალსის რადიუსი

___ pm

სხვადასხვა

კრისტალური სტრუქტურა

მოცულობა-ცენტრირებული კუბი

მაგნიტური მოწესრიგებულობა

პარამაგნიტური

კუთრი ელექტრული წინაღობა

(20˚C) 197ნΏ მ

სითბოგამტარობა

(300 K) 30.7 ვტმ-1K-1

სითბოგადაცემა

(25˚C) 8.4 µm m-1K-1

ბგერის სიჩქარე

(20˚C) 4560 მ/წმ

იუნგის მოდული

128 გპა

შერის მოდული

47 გპა

ბულკის მოდული

160 გპა

სიმტკიცე მოსის მიხედვით

6.7

CAS-ის რეფისტრაციის ნომერი

7440-62-2

მდგრადი იზოტოპები

იზოტოპი NA ნახევარ-სიცოცხლე DM DE(MeV) DP
48V სინთეზ 15.9735 d ε+β+ 4.0123 48Ti
49V სინთეზ 330 d ε 0.6019 49Ti
50V 0.25% 1.5×1017y ε 2.2083 50Ti
β 1.0369 50Cr
51V 99.75% 51V მდგრადია 28 ნეიტრონით

ვანადიუმი

 

ვანადიუმი, სიმბოლო V (ლათ. Vanadium) –ქიმიურ ელემენტთა მენდელეევის პერიოდული სისტემის მეხუთე ჯგუფის, მეოთხე პერიოდის ელემენტია, მისი ატომური ნომერია 23. ვანადიუმი - პლასტიური მეტალია მოვერცხლისფრო-ნაცრისფერი, რომელიც მდგრადია წყლისა და მრავალი მჟავას მოქმედების მიმართ.

დასახელების წარმოშობა

ეს ელემენტი წარმოქმნის ლამაზი შეფერილობის ნაერთებს და სწორედ აქედან არის ელემენტის დასახელებაც, რომელიც დაკავშირებულია სკანდინავიური მითოლოგიური გმირის ,,ვანადისა” -, სიყვარულისა და სილამაზის ქალღმერთის „ფრეის“ სახელთან (ძველ ისლანდიურ ენაზე Vanadís - ვანადის).

1830წ. ვანადიუმი აღმოაჩინა სეფსტრემ (შვედეთი).

ისტორია

მოდელი T-ს შასი  დამზადებული იყო ვანადიუმის შემცველ ფილადზე

მინერალოგიის პროფესორმა ანდერს მანუელ დელ რიომ ტყვიის მადნებში აღმოაჩინა ახალი მეტალი და მისთვის მოიფიქრა და შესთავაზა სახელი ”პანქრომატული” მისი ნაერთების ფერთა ფართო დიაპაზონის გამო, შემდეგ შეცვალა დასახელება ”ერითრონიუმად” (ბერძნულიდან erythros - წითელი) მისი ნაერთების წითელი ფერის გამო. დელ რიოს არ ჰქონდა ავტორიტეტი ევროპის სამეცნიერო საზოგადოებაში და ევროპელ ქიმიკოსებს ეჭვი შეეპარათ მის შედეგებში. შემდეგ მან თვითონ დაკარგა რწმენა თავისი აღმოჩენის შესახებ და განაცხადა, რომ მან აღმოაჩინა არა ახალი ელემენტი, არამედ ქრომის ნაერსახეობა, მხოლოდ ტყვიის ქრომატი. რომელიც აღმოჩენილ იქნა ოთხი წლით ადრე და ჯერ კიდევ არ იყო შესწავლილი. 1830 წელს მექსიკური მინერალით დაინტერესდა გერმანელი ქიმიკოსი ფ. ველერი, თუმცა ფთორწყალბადმჟავით მოწამვლის შემდეგ, მან რამოდენიმე თვით შეწყვიტა კვლევა. იმავე წელს შვედმა ქიმიკოსმა ნილს გაბრიელ სეფსტრემ მიაქცია ყურადღება რკინის მადანში დაგროვილი მინარევის რაოდენობას, რომელთა შემადგენლობაში სხვა ცნობილ ელემენტებს შორის იყო რაღაც ახალი ნივთიერება. ი. ბერცელიუსის ლაბორატორიული ანალიზის შედეგად დადასტურდა, რომ აღმოჩენილი იყო ახალი ელემენტი. 1831 წელს ველერმა დაამტკიცა თანასწორობა ერითრონიუმსა და ვანადიუმს შორის, თუმცა ელემენტს შეუნარჩუნდა ის დასახელება, რომელიც მას მისცა სეფსტრემ და ბერცელიუსმა - ვანადიუმი.

ბუნებაში არსებობა

ვანადინიტი

ვანადიუმი მიეკუთვნება გაფანტულ ელემენტებს და ბუნებაში ის თავისუფალი სახით არ გვხვდება. ვანადიუმის შემცველობა დედამიწის ქერქში შეადგენს 1.6 ×10−2 % მასით, ოკეანების წყლებში 3 ×10−7 %. მნიშვნელოვანი მინერალებია: პატრონიტი V(S2)2, ვანადინიტი Pb5(VO4)2Cl და ზოგიერთი სხვა. ვანადიუმის მიღების ძირითადი წყარო არის რკინის მადანი, რომელიც შეიცავს ვანადიუმს მინარევის სახით.

ადგილმდებარეობა

ცნობილია ვანადიუმის საბადოები პერუში, კოლორადოში, აშშ-ში, სამხრეთ აფრიკის რესპუბლიკაში, ფინლანდიაში, ავსტრალიაში, სომხეთში და რუსეთში.

მიღება

ელექტროქიმიურად გამდიდრებული ვანადოიუმის დენდრიმული კრისტალები (99,9%)

წარმოებაში რკინის მადნიდან ვანადიუმის მისაღებად, მისი მინარევიდან ჯერ ამზადებენ კონცენტრატს, რომელშიც ვანადიუმის შემცველობა აღწევს 8 -16%. შემდგომ ჟანგვითი დამუშავებით ვანადიუმი გადაჰყავთ ნაერთში, სადაც მისი ჟანგვის ხარისხია +5 და გამოყოფენ წყალში ადვილად ხსნად ნატრიუმის ვანადატს NaVO2. ხსნარის გოგირდმჟავით შემჟავებისას გამოიყოფა ნალექი, რომელიც გაშრობის შემდეგ შეიცავს 90%-ზე მეტ ვანადიუმს.

პირველად კონცენტრატს აღადგენენ ღუმელებში (ბრძმედი) და ღებულობენ ვანადიუმის კონცენტრატს, რომელსაც შემდგომ იყენებენ ვანადიუმისა და რკინის შენადნობის გამოდნობის დროს - ე.წ. ფეროვანადიუმი (შეიცავს 35-დან 80%-მდე ვანადიუმს). მეტალური ვანადიუმი შესაძლებელია მივიღოთ ვანადიუმის ქლორიდის წყალბადით (H) აღდგენით, ვანადიუმის ოქსიდების (V2O5 ან V2O2) კალცითერმული აღდგენით, VI2 თერმული დისოციაციით და სხვა მეთოდებით.

ფიზიკური თვისებები

ვანადიუმი არის პლასტიური, მოვერცხლისფრო-ნაცრისფერი მეტალი, გარეგნულად ჰგავს ფოლადს.მისი კრისტალური მესერი კუბური მოცულობა ცენტრირებული, a=3.024 Å, z=2, სივრცითი ჯგუფი Im3m. Tლღ = 1920°C, Tდუღ = 3400°C, სიმკვრივე -r = 6.11გ/სმ3. ჰაერზე 300°C-ზე ზევით გაცხელებისას ვანადიუმი ხდება მყიფე. ჟანგბადის, წყალბადის და აზოტის მინარევები მკვეთრად ამცირებს ვანადიუმის პლასტიკურობას და ზრდის მის სიმტკიცესა და სიმყიფეს.

ქიმიური თვისებები

ვანადიუმის სხვადასხვა ჟანგვითი მდგომარეობა: +2 (იისფერი), +3 (მწვანე), +4 (ლურჯი) და
+5 (ყვითელი).

 

ვანადიუმი ქიმიურად საკმაოდ ინერტულია. ის მდგრადია ზღვის წყლის, განზავებული მარილმჟავას, აზოტმჟავას და გოგირდმჟავას ხსნარების და ტუტეების ზემოქმედების მიმართ.

ჟანგბადთან ვანადიუმი წარმოქმნის რამოდენიმე ოქსიდს: VO, V2O2, VO2,V2O5.

V2O5- ნარინჯისფერი, მჟავა ოქსიდია, VO2-მუქი ლურჯი, ამფოტერულია, ხოლო ვანადიუმის დანარჩენი ოქსიდები - ფუძეებია. ვანადიუმის ჰალოგენიდები განიცდიან ჰიდროლიზს. ვანადიუმი ჰალოგენებთან წარმოქმნის საკმაოდ აქროლად ჰალოგენიდებს შემადგენლობით VX2 (X = F, Cl, Br, I), VX2, VX4 (X = F, Cl, Br), VF5 და რამოდენიმე ოქსოჰალოგენიდი (VOCl, VOCl2, VOF2 და სხვა). ცნობილია ვანადიუმის შემდეგი ოქსიდები:

ვანადიუმ(II) ოქსიდი - VO; ρ = 5.76გ/სმ3; Tლღ = ~ 1830°C, Tდუღ = 3100°C, შავი ფერის.

ვანადიუმ(III) ოქსიდი - V2O2; ρ = 4.87გ/სმ3; Tლღ = 1967°C, Tდუღ = 3000°C, შავი ფერის.

ვანადიუმ(IV) ოქსიდი - VO2; ρ = 4.65გ/სმ3; Tლღ = 1542°C, Tდუღ = 2700°C, მუქი ცისფერი.

ვანადიუმ(V) ოქსიდი - V2O5; ρ = 3.357გ/სმ3; Tლღ = 670°C, Tდუღ = 2030°C, მოწითალო-ყვითელი. ვანადიუმის ნაერთები, რომელშიც ვანადიუმის ჟანგვითი რიცხვია +2 და +3 - ძლიერი აღმდგენელებია, ხოლო ჟანგვითი რიცხვით +5 ავლენენ დამჟანგველის თვისებას. ცნობილია ცეცხლგამძლე ვანადიუმის კარბიდი VC (Tლღ = 2800°C), ვანადიუმის ნიტრიდი VN, ვანადიუმის სულფიდი V2S5, ვანადიუმის სილიციდი V2Si და ვანადიუმის სხვა ნაერთები.

V2O5-ის ურთიერთქმედებისას ფუძე ოქსიდებთან წარმოიქმნება ვანადატები - HVO2 შემადგენლობის, ვანადმჟავას მარილები.

გამოყენება

ვანადიუმის შემცველი ფოლადისაგან დამზადებული ხელსაწყო-იარაღები

ვანადიუმის წარმოების 80% გამოყენებას პოულობს შენადნობებში, ძირითადად უჟანგავი და ინსტრუმენტალური ფოლადებისათვის. ვანადიუმს იყენებენ მაღალხარისხოვანი ფოლადის მისაღებად.

კატალიზატორები

ვანადიუმის ოქსიდს - V2O5 იყენებენ, როგორც ეფექტურ კატალიზატორს, მაგ., გოგირდის დიოქსიდის SO2 ჟანგვისას გოგირდის ტრიოქსიდამდე SO3 გოგირდმჟავას წარმოების დროს, ასევე ნედლი ნავთობის კრეკინგის დროს. ვანადიუმის ნაერთები გამოყენებას პოულობენ მრეწველობის სხვადასხვა დარგში.

ატომურ-წყალბადური ენერგია

ვანადიუმის ქლორიდი გამოიყენება წყლის თერმოქიმიური დაშლისას ატომურ-წყალბადურ ენერგიაში. (ვანადიუმ-ქლორიდის ციკლი "ჯენერალ მოტორსი", აშშ).

დენის ქიმიური წყარო

ვანადიუმის პენტაოქსიდი ფართოდ გამოიყენება დადებითი ელექტროდის(ანოდის) სახით მძლავრ ლითიუმის ბატარეებში და აკუმულატორებში. ვერცხლის ვანადატი გამოიყენება სარეზერო ბატარეებში კათოდის სახით.

ბიოლოგიური როლი და ზემოქმედება

ასციდია შეიცავს ვანადიუმს ვანაბინის სახით

სოკო Amanita muscaria შეიცავს ამავადინს.

დადგენილია, რომ ვანადიუმი ანელებს ცხიმოვანი მჟავების სინთეზს, თრგუნავს (ახშობს) ქოლესტერინის წარმოქმნას. ვანადიუმი ინჰიბირებას უწევს რიგ ფერმენტულ სისტემებს, აფერხებს ფოსფორილირებას და ატფ-ს სინთეზს. ამცირებს კოფერმენტების А და Q-ს დონეს, სტიმულს აძლევს მონოამინოოქსიდაზისა და ჟანგვითი ფოსფორილირების აქტიურობას. ასევე ცნობილია, რომ შიზოფრენიის დროს ვანადიუმის შემცველობა სისხლში მნიშვნელოვნად იზრდება.

ვანადიუმი მუდმივად იმყოფება უმნიშვნელო რაოდენობით ყველა ცოცხალი ორგანიზმის უჯრედში. მცენარეებში მისი შემცველობა (0.1 – 0.2%) მნიშვნელოვნად მაღალია, ვიდრე ცხოველებში (1×10-5 - 1×10-4 %). ზღვის ზოგიერთი ორგანიზმებს მაგ. მოლუსკებს შეუძლიათ მნიშვნელოვანი რაოდენობით ვანადიუმის კონცენტრირება.

ვანადიუმის ჭარბი რაოდენობის ორგანიზმში მოხვედრა ჩვეულებრივ დაკავშირებულია ეკოლოგიურ და სამრეწველო ფაქტორებთან. ვანადიუმის ტოქსიკური დოზის მწვავე ზემოქმედებისას მუშებს აღენიშნებათ კანის ადგილობრივი და თვალის ლორწოვანი გარსის, ზედა სასუნთქი გზების ანთებითი რეაქცია, ლორწოს დაგროვება ბრონქებში.

წარმოიქმნება სისტემური ალერგიული რეაქციები ასთმის და ეგზემის ტიპის, ასევე ლეიკოპენია და ანემია, რომელსაც თან ახლავს ორგანიზმის ძირითადი ბიოქიმიური პარამეტრების დარღვევა.

ცხოველებში ვანადიუმის შეყვანისას (დოზებში 25-50მკგ/კგ) შეინიშნება ზრდის პროცესის შენელება, დიარეა და სიკვდილიანობის ზრდა.

როგორც ჩანს ვანადიუმი მონაწილეობს ქსოვილების ზოგიერთ ჟანგვით პროცესებში. ადამიანის კუნთის ქსოვილები შეიცავს 2×10–6 % ვანადიუმს, ძვლის ქსოვილი - 0,35×10–6 %, სისხლი - 2×10–4 მგ/მლ-ზე ნაკლებს. მთლიანად, საშუალო ადამიანის ორგანიზმში (მასით 70კგ) 0.11მგ ვანადიუმია.

მიკროელემენტების კონცენტრაცია ორგანიზმის ქსოვილებში ბევრად ნაკლებია, ვიდრე ტიპიური ელემენტებისა (კალციუმი და ფოსფორი). ამჟამად დაგენილია, რომ 14 მიკროელემენტი აუცილებელია (შეუცვლელია) ორგანიზმის ნორმალური ფუნქციონირებისათვის, ესენია: რკინა, იოდი, სპილენძი, თუთია, მაგნიუმი, კობალტი, მოლიბდენი, ფთორი, ვანადიუმი და სხვ.

იზოტოპები

ბუნებრივი ვანადიუმი შედგება ორი იზოტოპისაგან: სუსტად რადიოაქტიური 59V (იზოტოპური გავრცელებადობა 0.25%) და სტაბილური 51V (99.75 %). ვანადიუმ-50 ნახევარდაშლის პერიოდია 1.5 ×1017 წელი, ე.ი. ყველა პრაქტიკული მიზნებისათვის ის შეიძლება ჩაითვალოს სტაბილურად, ეს იზოტოპი უშუალოდ ელექტრონების წართმევის დროს 83% შემთხვევაში გარდაიქმნება 59Ti, ხოლო 17% შემთხვევაში განიცდის ბეტა-მინუს-დაშლას, გარდაიქმნება 59Cr-ში. ცნობილია 24 ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპი ვანადიუმისა მასური რიცხვით 40-დან 65-მდე (ასევე 5 მეტასტაბილური მდგომარეობა). მათ შორის ყველაზე სტაბილურია 49V (T1/2=337 დღე) და 48V (T1/2=15.974 დღე).

ტოქსიკოლოგია

ვანადიუმი და მისი ნაერთები საკმაოდ ტოქსიკურია. ტოქსიკური დოზა ადამიანისათვის არის 0.25მგ, ლეტალური დოზა - 2-4მგ. ზღვრული დასაშვები კონცენტრაცია V2O5-სათვის ჰაერში არის 0.1 – 0.5მგ/მ3.

 

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით