Kufikia katikati ya karne ya 20, neno lilionekana katika sayansi ya kemikali - metali za umuhimu wa kimkakati. Ilimaanisha kundi la vitu ambavyo mali zao za physicochemical zilifanya iwezekane kuzitumia katika utengenezaji wa tata ya kijeshi-viwanda. Tunazungumza juu ya metali kama vile chromium, tantalum, niobium, molybdenum na tungsten. Vanadium, ambayo mali yake tutazingatia katika nakala hii, pia inachukua moja ya sehemu kuu kati ya metali zinazotumiwa katika uhandisi wa kisasa wa mitambo, madini ya feri, zana na utengenezaji wa kemikali. Metali huunda oksidi nne zenye oksijeni, ikionyesha valence ya 2, 3, 4 na 5 ndani yake. 5 ambayo tutajifunza kwa undani zaidi.
Kutana na vanadium
Katika sayansi ya kemikali, kuna sayansi iliyoanzishwa kwa muda mrefusheria inayosema kwamba tabia ya kipengele cha kemikali lazima ianze na nafasi yake katika mfumo wa mara kwa mara wa D. I. Mendeleev. Fomula ya kemikali ya vanadium kama dutu rahisi ni V, nambari ya serial ni 23, misa ya atomiki ni 50, 9414. Iko katika kipindi cha nne, kikundi cha tano na, pamoja na niobium na tantalum, ni mwakilishi wa kawaida wa metali za kinzani. Sampuli za dutu safi ni plastiki na zina rangi ya fedha-kijivu. Atomu ya vanadium ni kipengele cha d, ina elektroni mbili katika kiwango cha mwisho cha nishati, hata hivyo, chembe hizo hasi ambazo ziko kwenye d-sublevel ya kiwango sawa cha nne pia zitakuwa valence.
Chuma kinapatikana wapi na sifa zake ni zipi
Kipengele chenyewe hakiwezi kupatikana katika umbo lake safi kimaumbile. Lakini iko kama sehemu ya lazima katika ore za polymetallic na chuma. Hapo awali tulizungumza juu ya plastiki na uharibifu wa dutu rahisi, sasa tutaongeza kwamba mali muhimu ya kimwili ya vanadium ni pointi za juu za kuchemsha na za kuyeyuka, sawa na 3400 ° C na 1920 ° C, kwa mtiririko huo. Kama titani, huharibika kwa kiasi kikubwa vigezo vyake vya kimwili na kemikali inapochafuliwa na uchafu kama vile nitrojeni, hidrojeni au oksijeni. Hasa, upenyo wake na nguvu za kiufundi hupunguzwa, na vanadium inakuwa brittle.
Sifa maalum za kemikali
Chuma kina uwezo wa kusisimka, yaani. ina uwezo wa kipekee wa kuhimili hatua ya mazingira ya kemikali ya fujo: suluhisho la asidi, alkali na chumvi, na kutengeneza filamu ya kinga juu ya uso wake -oksidi ya vanadium. Latiti ya kioo ya kipengele ina muundo wa ujazo. Inapaswa pia kuzingatiwa kuwa upinzani wa kutu wa vyuma vilivyo na kipengele ni juu sana, ambayo inaruhusu kutumika kama vifungo vya kubeba mizigo kwa msaada wa daraja na mitambo ya kuchimba mafuta ya pwani. Haiwezekani kufikiria uzalishaji wa zana za kisasa bila vyuma vyenye vanadium. Pamoja na niobium, chromium na titanium, kipengele hicho kinatumika kuunganisha aloi maalum zinazotumiwa katika sayansi ya roketi na sekta ya anga. Hata hivyo, asidi ya nitrati na sulfate iliyojilimbikizia, suluhisho la floridi hidrojeni katika maji, na mchanganyiko wa kloridi na asidi ya nitrate, inayoitwa aqua regia, huingiliana kwa urahisi na chuma. Kipengele cha vanadium kama dutu rahisi kinaweza kuguswa na klorini, bromini, sulfuri, na chumvi zinazofanana huundwa. Kwa oksijeni, hutoa oksidi kadhaa ambazo hutofautiana sana katika mali zao za kemikali. Zitafakari zaidi.
Oksidi za kimsingi na za amphoteri
Chuma huunda oksidi mbili, VO na V2O3, ambazo zinaonyesha sifa za kawaida za kimsingi. Katika maabara, monoksidi huchimbwa na mmenyuko wa kupunguza V2O5 poda laini ya vanadium. Oksidi za kimsingi humenyuka pamoja na miyeyusho ya asidi kuunda chumvi zinazolingana. Na tayari hidroksidi zinaweza kupatikana kutoka kwao kwa kufanya majibu ya kubadilishana na alkali. Oksidi ya Vanadium (III) hupatikana kama sehemu ya madini ya karelianite, na hupatikana kwenye maabara kwa kupasha joto V2O5 kwa salfa, makaa ya mawe au hidrojeni. Oksidi zote mbili za kimsingi zimetamka sana sifa za kupunguza. Oksidi VO2 ni kiwanja cha kawaida cha amphoteriki ambacho humenyuka pamoja na asidi na alkali. Katika suluhisho ambalo pH yake ni chini ya 7, ioni za vanadyl zilizo na chaji chanya VO2+ hupatikana, na kutoa suluhisho rangi ya samawati, na chumvi za asidi ya polyvanadic huundwa kwa njia ya alkali. Vanadium (IV) oksidi huvutia maji, i.e. ni dutu ya RISHAI, katika miitikio hufanya kama wakala wa kinakisishaji.
Vanadium hemipentoksidi
Kiwango ambacho fomula yake ni V2O5, ndiyo oksidi muhimu zaidi ya metali. Ni dutu ya fuwele ya chungwa mumunyifu ambayo humenyuka pamoja na alkali kuunda vanadati - chumvi za asidi ya metavanadic HVO3. Inatumika sana kama kichocheo katika uoksidishaji wa dioksidi ya sulfuri hadi anhidridi ya sulfuriki katika uzalishaji wa viwanda wa asidi ya sulfate. Vanadium pentoksidi ina kimiani ya fuwele ya rhombic na ishara za amphotericity na tabia ya oksidi ya asidi. Katika athari hufanya kama wakala wa oksidi kali. Mchanganyiko huu hutumika katika teknolojia ya glasi, dawa na usanisi wa kikaboni.
Njia za kuchimba vanadium kutoka kwa misombo yake
Tulitaja hapo awali kuwa chuma ni sehemu ya madini ya chuma. Katika uzalishaji wa tanuru ya mlipuko, kipengele, pamoja na uchafu wa kaboni na fosforasi, hupita kwenye chuma cha kutupwa. Wakati chuma kinapoyeyuka, oksidi ya vanadium 5 huingia kwenye utungaji wa slag, ambapo maudhui yake yanaweza kufikia 16%. Kuongeza kwa hilochumvi ya meza na kuchoma mchanganyiko katika tanuu, bidhaa hupatikana, ambayo hupasuka zaidi katika maji. Mkusanyiko wa maji unaosababishwa hutibiwa kwa asidi ya sulfate na V2O5 imetengwa nayo. Ili kutenga vanadium safi kutoka kwa oksidi, unaweza kutumia njia ya calciumthermy - kupunguzwa kwa metali kwa kutumia kalsiamu ya metali. Ili kupunguza gharama za kiteknolojia katika majibu na pentoksidi ya vanadium, alumini hutumiwa mara nyingi badala ya kalsiamu. Metali hiyo pia inaweza kupatikana kwa kupunguza trivalent vanadium oksidi kwa makaa ya mawe.
Jukumu la kibayolojia
Vanadium inapatikana katika viumbe hai kama kipengele cha kufuatilia, ambacho ni sehemu ya kimiminiko cha seli za echinodermu za baharini. Katika holothurians na urchins za baharini, inahusishwa na protini zinazofanya kazi ya kusafirisha oksijeni kwa seli na kuondoa dioksidi kaboni. Maudhui ya kipengele hayana maana katika viumbe vya wanyama wenye damu ya joto na wanadamu, ambapo ni katika utungaji wa enzymes ya kongosho, katika neuroglia na nephrons. Katika mimea, kipengele cha kufuatilia kinahusika kama kimeng'enya katika awamu ya giza ya usanisinuru na huathiri kiwango cha rangi ya klorofili iliyoko kwenye kloroplast. Pia hupatikana katika bakteria ya nodule, ambayo ni fixers ya nitrojeni, katika tishu za fungi ya juu. Kama sehemu ya chernozem, pamoja na misombo ya boroni, shaba, zinki na manganese, oksidi ya vanadium huathiri rutuba ya udongo.
Katika makala yetu, tulisoma sifa za kimsingi za vanadium na oksidi zake, na pia tukazingatia matumizi ya misombo yake katikasekta.
