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

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

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

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

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.

V₂O_5- ნარინჯისფერი, მჟავა ოქსიდია, VO_2-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 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

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