Vanadi

	En altres projectes de Wikimedia:
Commons	Commons (Galeria)
Commons	Commons (Categoria)

Vanadi
	23V
	titani ← vanadi → crom
Aspecte
	Metall blau-gris platejat; ; Vanadi sòlid vist amb un microscopi; ; ; Línies espectrals del vanadi
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Vanadi, V, 23
Categoria d'elements	Metalls de transició
Grup, període, bloc	5, 4, d
Pes atòmic estàndard	50,9415(1)
Configuració electrònica	[Ar] 3d3 4s2; 2, 8, 11, 2;
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
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 ;
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

El vanadi és és l'element químic de símbol V i nombre atòmic 23. Està situat en el grup 5 de la taula periòdica dels elements.^[1] És un metall dúctil, bla i poc abundant. Es troba en distints minerals i s'empra principalment en alguns aliatges. Va ser descobert per Andrés Manuel del Río Fernández.

Característiques principals[modifica]

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, com els tunicats, 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]

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

Sempre en l'acer inoxidable usat en instruments quirúrgics i eines, en acers resistents a la corrosió, i mesclat amb alumini en aliatges de titani emprades en motors de reacció. També, en acers emprats en eixos de rodes i cigonyals, engranatges, i altres components crítics.^[1]
És un important estabilitzador de carburs en la fabricació d'acers.
S'empra en alguns components de reactors nuclears.
Forma part d'alguns imants superconductors.
Alguns compostos de vanadi s'utilitzen com catalitzadors en la producció d'anhídrid maleic i àcid sulfúric. Concretament, és molt usat el pentaòxid de divanadi, V₂O₅, que també s'empra en ceràmiques.
S'utilitza en bateries redox de vanadi, que poden acumular grans quantitats d'energia elèctrica, per a compensar variacions en la sortida de potència de fonts renovables com l'energia eòlica.^[1]

Història[modifica]

El vanadi 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).^[1]

El 1805, Del Río va enviar una mostra al químic francès Hippolyte Victor Collet-Descotils, qui va qüestionar aquest descobriment dient que realment es tractava de crom impur. Això va provocar que Andrés Manuel del Río Fernández es retractés públicament del seu descobriment.^[1]

En la dècada del 1820, 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 d'Odinium, en honor del déu nòrdic Odin. Després d'això, Jöns Jacob Berzelius, qui es va fer càrrec de la investigació de Sefström, li va canviar el nom pel de Erian. Després, el 1831, Friedrich Wöhler va concloure que es tractava del mateix element descobert el 1801 i el reanomenà Sefströnium, abans que, el propi Sefström li donés el nom que rep actualment. El nom de Vanadi deriva de Vanadis (dona de la tribu Vanir) i fa referència a la deessa nòrdica de la fertilitat Freia.^[1]

El vanadi metàl·lic no es va preparar fins a l'any 1867, per Henry Enfield Roscoe,^[1] per mitjà de la reducció de triclorur de vanadi, VCl₃ amb hidrogen.

Compostos[modifica]

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:

VO₄^3- (incolor) → [VO(OH₂)₅]²⁺ (blau) → [V(OH₂)₆]³⁺ (verd) → [V(OH₂)₆]²⁺ (violeta)

El pentaòxid de divanadi, V₂O₅, que se sol obtindre com un sòlid polsós de color taronja, és un agent oxidant, i s'empra com a catalitzador i com colorant.

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]

El vanadi és un element químic essencial en alguns organismes. En humans no està demostrada la seva essencialitat, tot i 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 alhora halogenen un substrat orgànic.

Els ascidis (uns organismes marins del subfílum dels tunicats) emmagatzemen altes concentracions de vanadi, al voltant d'un milió de vegades més altes que l'aigua que els envolta, el qual s'acumula 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 reig de fageda, formant, en aquest fong, un complex amb un lligant ionòfor anomenat amavadina.

Abundància i obtenció[modifica]

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 pentaòxid de divanadi, 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 es 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]

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]

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 pentaòxid de divanadi de 0,05 mg/m³, i de 0,1 mg/m³ per al gas de pentaòxid de divanadi 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 correspon al que pot causar problemes permanents de salut o mort.

Referències[modifica]

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ^1,5 ^1,6 Challoner, Jack. los elementos. La nueva guía de los componentes básicos del universo. (en castellà). Alcobendas: LIBSA, 2018, p. 45,46. ISBN 9788466236669.