خواص وانادیوم

وانادیوم یک فلز گذرا است که در وسط جدول تناوبی قرار دارد. جدول تناوبی نمودار است که نشان می دهد که چگونه عناصر شیمیایی مربوط به یکدیگر هستند. گروه های 4 تا 12 فلزات گذار هستند.

وانادیوم در سال 1801 توسط آندرز مانوئل دل ریو (1849-1764) متالوژی اسپانیایی-مکزیکی کشف شد. این عنصر حدود 30 سال بعد توسط شیمیدان سوئدی، نیلز گابریل سوفستروم (1845-1787) کشف شد.

مهمترین کاربرد وانادیم امروزه در ساخت آلیاژهاست. آلیاژ توسط ذوب کردن و مخلوط کردن دو یا چند فلز ساخته شده است. مخلوط داراي خواصي متفاوت از فلزات فردي است. برای مثال، وانادیوم فولاد مقاوم تر از فولاد معمولی است. استفاده بالقوه مهم از وانادیم در ساخت باتری ها است. این باتری ها قول می دهد برای استفاده در اتومبیل های الکتریکی.

کشف و نامگذاری

آندرس منوئل دل ریو در فرانسه، آلمان و انگلستان تحصیل کرد، اما در سال 1794 به مکزیک رفت. در آنجا او به عنوان استاد کانی شناسی در دانشکده معادن در مکزیکو سیتی شد.

او در حال مطالعه مواد معدنی در دانشکده معادن، معتقد بود که عنصر جدیدی را کشف کرده است. او این کشف را در سال 1801 اعلام کرد و نام پانکروموم را نام برد، به این معنی “همه رنگها”. عنصر جدید ترکیبات بسیاری از رنگ های زیبا را تشکیل می دهد. دل ریو بعد ذهن خود را تغییر داد و تصمیم گرفت عنصر erythronium را فراخوانی کند. پیشوند erytho معنی “قرمز” است.

دل ریو معدنی را که او برای تأیید کشف خود به همکارانش در اروپا مطالعه کرده بود فرستاد. متاسفانه، آنها نتیجه گرفتند که “عنصر جدید” دل ریو کروم است. دل ریو دلسرد شد و ادعای خود را به عنصر جدید داد.

حدود سی سال بعد، عنصر دل ریو دوباره کشف شد. این زمان، عنصر توسط Sefström یافت، که عنصر در سنگ آهن گرفته شده از معدن سوئد پیدا کرد. او به زودی متوجه شد که کشفش همانند دل ریو است. وانادیوم در نهایت به خاطر الهه اسکاندیناوی عشق، وانادیس نامگذاری شد.

هر دو Sefström و دل ریو وانادیوم را تنها به صورت یک ترکیب، پنتاکسید وانادیوم (V ₂ O ₅ ) مشاهده کردند. جداسازی فلز وانادیوم خالص از این ترکیب بسیار سخت است. تا سال 1887 تنها فلز وانادیوم خالص جدا نشد. شیمیدان انگلیسی سر هنری انفیلد Roscoe (1915-1833) راهی را برای جدا کردن وانادیوم خالص از اکسید پیدا کرد.

مشخصات فیزیکی

وانادیوم یک پوشش نقره ای و سفید است، جامد و فلزی است. به این معنی که کوکی ها قادر به سیم های نازک می شوند. نقطه ذوب آن حدود 1900 درجه سانتی گراد (3500 درجه فارنهایت) و نقطه جوش آن حدود 3000 درجه سانتیگراد است (5400 درجه فارنهایت). تراکم آن 6.11 گرم در سانتیمتر مکعب است.

خواص شیمیایی

وانادیوم نسبتا واکنش پذیر است. این با اکسیژن در هوا در دمای اتاق واکنش نشان نمی دهد، و همچنین در آب حل نمی شود. این با بعضی اسید ها مانند هیدروکلریک یا اسید سولفوریک سرد واکنش نشان نمی دهد. اما با اسیدهای داغ مانند اسیدهای سولفوریک گرم و نیتریک واکنش بیشتری پیدا می کند.

وانادیم ویژه ای است که در بعضی موارد مانند یک فلز عمل می کند و به عنوان غیر فلزی در موارد دیگر. فلزات به عنوان عناصر با سطح براق تعریف می شوند، گرانروی خوب هستند

و برق، می تواند ذوب شود، به ورق های نازک بریده و به سیم های نازک تبدیل شود. غیر فلزات به طور کلی این خواص ندارند.

رخداد در طبیعت

وانادیوم یک عنصر نسبتا فراوان است، رتبه بندی حدود 20 در میان عناصر رخ داده در پوسته زمین. فراوانی آن در حدود 100 قسمت در میلیون تخمین زده شده است. این باعث می شود تا حدود زیادی به عنوان کلر، کروم و نیکل وجود داشته باشد.

وانادیوم در تعدادی از مواد معدنی، از جمله وانادینیت، کارنوتیت، روت کولیت و پاتریس یافت می شود. با این حال، تجاری، به عنوان یک محصول جانبی از تولید آهن به دست آمده است. خاکستر سرباره و خاکستر برای حذف فلز وانادیوم درون آنها تمیز می شود. سرباره مخلوطی از مواد است که از آهن و شناورها بر روی فلز مذاب جدا می شود. خاکستر پرواز یک ماده پودری است که در خالص سازی آهن تولید می شود.

وانادیوم به دست آمده از سرباره و خاکستر پرواز معمولا در فرم فرواناادیم است. Ferrovanadium مخلوط آهن و وانادیوم است. این می تواند به جای وانادیوم خالص در ساخت آلیاژها استفاده شود. Ferrovanadium موجب صرفه جویی در هزینه های ساخت فلز وانادیم خالص شرکت ها می شود.

ایزوتوپها

دو ویتامین ایزوتوپ طبیعی وانادیوم وجود دارد، وانادیم 50 و وانادیم 51. وانادیم -51 بسیار رایج است و حدود 99.75 درصد از وانادیوم طبیعی را تشکیل می دهد.

ایزوتوپها دو یا چند فرم از یک عنصر هستند. ایزوتوپها با توجه به تعداد توده آنها متفاوتند. شماره ای که در سمت راست نام عنصر نوشته شده است، تعداد توده ای است. تعداد توده نشان دهنده تعداد پروتون ها و نوترون ها در هسته اتم عنصر است. تعداد پروتون ها این عنصر را تعیین می کند، اما تعداد نوترون ها در اتم هر عنصر می تواند متفاوت باشد. هر تنوع یک ایزوتوپ است.

وانادیم 50 رادیواکتیو است. این نیمه عمر حدود 6 میلیارد سال دارد. نیمه عمر یک عنصر رادیواکتیو زمان لازم برای ناپدید شدن نیمی از یک نمونه از عنصر است. ده گرم وانادیم -50 امروزه پس از 6 میلیارد سال به 5 گرم کاهش می یابد. نیمه دیگر برای ایجاد ایزوتوپ جدید شکسته شد.

استخراج

وانادیوم را می توان به روش های مختلفی بدست آورد. به عنوان مثال، می توان آن را با عبور یک جریان الکتریکی از طریق کلرید وانادیوم (ذوب شده)

همچنین می تواند با ترکیب فلز کلسیم با اکسید وانادیوم ساخته شود:

استفاده می کند

حدود 90 درصد وانادیوم به آلیاژهای فولادی می رود. فولاد حاوی وانادیوم قوی تر، سخت تر و مقاوم تر از فولاد ضد زنگ وانادیوم است. یک برنامه مهم از

چنین آلیاژها در وسایل نقلیه فضایی و هواپیما هستند. استفاده معمول از آلیاژهای فولاد وانادیوم در ابزارهایی است که برای برش و سنگ زنی استفاده می شود. به طور کلی، حدود یک سوم فولاد وانادیوم به ساخت و ساز و ساخت و ساز سنگین می پردازد؛ کمتر به حمل و نقل، ماشین آلات و برنامه های کاربردی ابزار می رود.

ترکیبات

مهم ترین ترکیب وانادیم تجاری پنتوکسی وانادیوم است. در میان برنامه های کاربردی آن به عنوان یک کاتالیزور برای بسیاری از واکنش های صنعتی، به عنوان یک ماده رنگ آمیزی برای شیشه و سرامیک، و در رنگرزی منسوجات است. کاتالیزور ماده ای است که برای سرعت بخشیدن یا کم کردن یک واکنش شیمیایی بدون تغییری به کار می رود.

استفاده جدید از پنتوکسی وانادیم ممکن است در باتری باشد. دانشمندان برای مدت زمان بسیار طولانی برای ساخت باتری بهتر کار می کنند. باتری های معمولی بزرگ و سنگین هستند. باتری هایی مانند اینها برای بسیاری از برنامه های کاربردی بسیار بزرگ و سنگین هستند. به عنوان مثال، آنها را نمی توان در پروب فضایی و وسایل نقلیه فضایی استفاده کرد. آنها بیش از حد وزن می کنند

این باتری ها نیز برای استفاده در اتومبیل های الکتریکی بسیار بزرگ هستند. یک ماشین الکتریکی به جای بنزین با برق کار می کند. تحقیقات زیادی در زمینه توسعه یک ماشین الکتریکی اقتصادی صورت گرفته است.

باتری پنتوکسی با وانادیوم جدید، انرژی بیشتری را به ازای هر پوند از باتری های ذخیره سازی سرب در اتومبیل می سازد. آنها نیز احتمالا باعث کمبود مشکلات دفع زیست محیطی می شوند.

بعضی از تولید کنندگان ماشین های الکتریکی با باتری های پنتوکسی وانادیم بخشی از آینده حمل و نقل در جهان هستند. رانندگان این اتومبیل ها را به یک “ایستگاه پر کننده باتری” می رسانند. باتری فرسوده می تواند “پمپ شود” و ظرف چند دقیقه جایگزین می شود. اقتصاددانان پیش بینی می کنند که ممکن است رانندگان تا سال 2004 به میزان 6 میلیارد دلار برای چنین باتری صرف کنند!