Vanadi

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Vanadi
23V
titanivanadicrom
-

V

Nb
Aspecte
Metall blau-gris platejat
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Vanadi, V, 23
Categoria d'elements Metalls de transició
Grup, període, bloc 54, d
Pes atòmic estàndard 50,9415(1)
Configuració electrònica [Ar] 3d3 4s2
2, 8, 11, 2
Configuració electrònica de Vanadi
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.)
6,0 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
5,5 g·cm−3
Punt de fusió 2.183 K, 1.910 °C
Punt d'ebullició 3.680 K, 3.407 °C
Entalpia de fusió 21,5 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 459 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 24,89 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 2.101 2.289 2.523 2.814 3.187 3.679
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 5, 4, 3, 2, 1, -1
(òxid amfòter)
Electronegativitat 1,63 (escala de Pauling)
Energies d'ionització
(més)
1a: 650,9 kJ·mol−1
2a: 1.414 kJ·mol−1
3a: 2.830 kJ·mol−1
Radi atòmic 134 pm
Radi covalent 153±8 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Cúbica centrada en la cara
Vanadi té una estructura cristal·lina cúbica centrada en la cara
Ordenació magnètica Paramagnètic
Resistivitat elèctrica (20 °C) 197 nΩ·m
Conductivitat tèrmica 30,7 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) 8,4 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima) (20 °C) 4.560 m·s−1
Mòdul d'elasticitat 128 GPa
Mòdul de cisallament 47 GPa
Mòdul de compressibilitat 160 GPa
Coeficient de Poisson 0,37
Duresa de Mohs 6,7
Nombre CAS 7440-62-2
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del vanadi
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
48V sin 15,9735 d ε+β+ 4,0123 48Ti
49V sin 330 d ε 0,6019 49Ti
50V 0,25% 1,5×1017a ε 2,2083 50Ti
β 1,0369 50Cr
51V 99,75% 51V és estable amb 28 neutrons

El vanadi és un element químic de nombre atòmic 23 situat en el grup 5 de la taula periòdica dels elements. El seu símbol és V. És un metall dúctil, bla i poc abundant. Es troba en distints minerals i s'empra principalment en alguns aliatges. El nom procedeix de la deessa de la bellesa Vanadis en la mitologia escandinava.

Característiques principals[modifica | modifica el codi]

El vanadi és un metall de transició blanc, dúctil i brillant. Aquest metall, presenta una alta resistència a les bases, a l'àcid sulfúric (H2SO4) i a l'àcid clorhídric (HCl). S'obté de distints minerals, així com del petroli. També es pot obtindre de la recuperació de l'òxid de vanadi (V) (V2O5) en pols. procedent de processos de combustió. Té algunes aplicacions nuclears a causa de la seua baixa secció de captura de neutrons. És un element essencial en alguns éssers vius, encara que no es coneix la seva funció.

En els seus compostos presenta variats estats d'oxidació, sent els més comuns +2, +3, +4 i +5.

Aplicacions[modifica | modifica el codi]

Aproximadament el 80% del vanadi produït s'empra com ferrovanadi o com a additiu en acers.

Història[modifica | modifica el codi]

El vanadi (de la deessa de la bellesa en la mitologia escandinava Vanadis, a causa dels colors dels seus compostos), va ser descobert en un principi pel mineralogista espanyol Andrés Manuel del Río Fernández, a Mèxic, el 1801, en un mineral de plom. Primer el va denominar pancrom, pel fet que els colors eren pareguts als del crom, i després eritròni a causa del color de les seves sals (es tornaven roges en escalfar-les).

No obstant això, el químic francès Hippolyte Victor Collet-Descotils va qüestionar este descobriment dient que realment es tractava de crom impur. Això va provocar que Andrés Manuel del Río Fernández es retractara del seu descobriment.

El 1830, el suec Nils Gabriel Sefström el redescobrí en un òxid que va trobar mentre treballava en unes menes de ferro i li va donar el nom amb què es coneix actualment. Després, el 1831, Friedrich Wöhler va concloure que es tractava del mateix element descobert el 1801.

El vanadi metàl·lic no es va preparar fins a l'any 1867, per Henry Enfield Roscoe, per mitjà de la reducció de triclorur de vanadi, VCl3 amb hidrogen.

Compostos[modifica | modifica el codi]

  • Presenta variats estats d'oxidació, amb distints colors. Per mitjà d'un experiment senzill es pot apreciar: partint de vanadat d'amoni (NH4VO4), i emprant zinc metàl·lic en medi àcid, es produeix la sèrie de reaccions següent:
VO43- (incolor) → [VO(OH2)5]2+ (blau) → [V(OH2)6]3+ (verd) → [V(OH2)6]2+ (violeta)
Estructura del pentòxid de vanadi
  • El catió vanadil, VO2+, on el vanadi està en estat d'oxidació +4, sent l'enllaç V=O doble, es pot trobar en distints complexos de vanadi, generalment amb quatre lligants més, formant una piràmide de base quadrada. Poden presentar un lligant més en posició trans al lligant oxo, però aquesta posició és prou làbil. Generalment els complexos d'aquest tipus són blau. En l'estat d'oxidació +5, també forma complexos amb lliguands oxo.

Rol biològic[modifica | modifica el codi]

El vanadi és un element químic essencial en alguns organismes. En humans no està demostrada la seva essencialitat, encara que existixen compostos de vanadi que imiten i potencien l'activitat de la insulina.

Es troba en alguns enzims en distints éssers vius. Per exemple, en les haloperoxidasses (generalment bromoperoxidasses) d'algunes algues, que redueixen peròxids i al mateix temps halogenen un substrat orgànic.

Les ascidies (uns organismes marins de la família dels tunicats) emmagatzemen altes concentracions de vanadi, al voltant d'un milió de vegades més altes que l'aigua que els rodeja, trobant-se en una molècula anomenada hemovanadina. En aquests organismes el vanadi s'emmagatzema en unes cèl·lules anomenades vanadocits.

També acumula altes concentracions de vanadi el fong amanita papamosques gris. Es forma un complex amb un lligant ionòfor anomenat amavadina.

Abundància i obtenció[modifica | modifica el codi]

El vanadi no es troba mai en estat natiu, però està present en uns 65 minerals diferents, entre els quals destaquen la patroneta, VS4, vanadinita, Pb5(VO4)3Cl, i la carnotita, K2(UO2)2(VO4)2·3H2O. També es troba en la bauxita, així com en dipòsits que contenen carboni, com per exemple en carbó, petrolis, cru i quitrà. S'extreu del petroli emprant porfirines. A més, s'obté pentòxid de vanadi, V2O5, recuperant-lo de la combustió del vanadi.

Els vanadats es dissolen per mitjà d'una fusió alcalina. Al medi àcid i després d'altres processos s'obté el V2O5, que es redueix parcialment amb carboni, i després amb calci en atmosfera d'argó per a obtindre vanadi metàl·lic.

En el cas que no és partisca d'un mineral que continga el vanadat, sinó d'un sulfur, aquest s'oxida per a obtindre el vanadat i es realitza el mateix procediment per a obtindre vanadi.

Si es vol obtindre vanadi més pur, s'empra el mètode Van Arkel-de Boer (formació d'un compost volàtil i la seva posterior descomposició).

Isòtops[modifica | modifica el codi]

En la naturalesa es pot trobar un isòtop estable, el vanadi-51. S'han caracteritzat quinze radioisòtops, sent els més estables el vanadi-50, amb un període de semidesintegració d'1,4 x 1017 anys, el vanadi-49, de 330 dies, i el vanadi-48, de 15,9735 dies. La resta tenen períodes inferiors a una hora, essent la majoria de menys de deu segons. A més, aquest element presenta un metaestat.

El pes atòmic dels isòtops de vanadi va des de 43,981 uma (vanadi-43) fins a 59,959 uma (vanadi-59). El principal mode de decaïment abans de l'isòtop més estable, vanadi-51, és la captura d'electrons (sent els principals productes de decaïment isòtops de l'element 22, titani), mentre que després d'aquest, és la desintegració beta (donant com principals productes de decaïment isòtops de l'element 24, crom).

Precaucions[modifica | modifica el codi]

La pols metàl·lica és pirofòrica, i els compostos de vanadi han de ser considerats com a altament tòxics. La seva inhalació pot causar càncer de pulmó.

L'Administració de Seguretat i Salut Ocupacional (OSHA) ha establert un límit d'exposició per a la pols de pentòxid de vanadi de 0,05 mg/m3, i de 0,1 mg/m3 per al gas de pentòxid de vanadi en l'aire del lloc de treball per a una jornada de 8 hores, 40 hores a la setmana.

L'Institut Nacional de Salut i Seguretat Ocupacional (NIOSH) recomana que ha de considerar-se perillós per a la salut i la vida un nivell de 35 mg/m3 de vanadi. Aquest nivell es correspon al que pot causar problemes permanents de salut o mort.

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]