A mediados del siglo XX, apareció un término en la ciencia química: metales de importancia estratégica. Significaba un grupo de elementos cuyas propiedades fisicoquímicas hacían posible su uso en la producción del complejo militar-industrial. Estamos hablando de metales como el cromo, tantalio, niobio, molibdeno y tungsteno. El vanadio, cuyas propiedades consideraremos en este artículo, también ocupa legítimamente uno de los lugares centrales entre los metales utilizados en la ingeniería mecánica moderna, la metalurgia ferrosa, la producción de herramientas y productos químicos. El metal forma cuatro óxidos con el oxígeno, mostrando en ellos una valencia de 2, 3, 4 y 5. 5 que estudiaremos con más detalle.
Conoce el vanadio
En la ciencia química, existe una larga tradiciónla regla que establece que la caracterización de un elemento químico debe comenzar con su posición en el sistema periódico de D. I. Mendeleev. La fórmula química del vanadio como sustancia simple es V, el número de serie es 23, la masa atómica es 50, 9414. Se encuentra en el cuarto período, el quinto grupo y, junto con el niobio y el tantalio, es un representante típico de metales refractarios. Las muestras de una sustancia pura son plásticas y tienen un color gris plateado. El átomo de vanadio es un elemento d, tiene dos electrones s en el último nivel de energía, sin embargo, aquellas partículas negativas que se encuentran en el subnivel d del mismo cuarto nivel también serán valencia.
Dónde se encuentra el metal y cuáles son sus propiedades físicas
El elemento en sí no se puede encontrar en su forma pura en la naturaleza. Pero está presente como componente obligatorio en minerales polimetálicos y de hierro. Anteriormente hablamos sobre la plasticidad y maleabilidad de una sustancia simple, ahora agregaremos que las propiedades físicas importantes del vanadio son los altos puntos de ebullición y fusión, iguales a 3400 ° C y 1920 ° C, respectivamente. Al igual que el titanio, deteriora drásticamente sus parámetros físicos y químicos cuando se contamina con impurezas como nitrógeno, hidrógeno u oxígeno. En particular, su ductilidad y resistencia mecánica se reducen y el vanadio se vuelve quebradizo.
Propiedades químicas especiales
El metal es capaz de pasivación, es decir tiene una capacidad única para resistir la acción de ambientes químicos agresivos: soluciones de ácidos, álcalis y sales, formando una película protectora en su superficie -óxido de vanadio La red cristalina del elemento tiene una estructura cúbica. También se debe tener en cuenta que la resistencia a la corrosión de los aceros que contienen el elemento es muy alta, lo que les permite usarse como sujetadores de carga para soportes de puentes y plataformas de perforación petrolera en alta mar. Es imposible imaginar la producción de herramientas modernas sin aceros que contengan vanadio. Junto con el niobio, el cromo y el titanio, el elemento se utiliza para alear aleaciones especiales utilizadas en la ciencia espacial y la industria espacial. Sin embargo, los ácidos de nitrato y sulfato concentrados, una solución de fluoruro de hidrógeno en agua y una mezcla de ácidos de cloruro y nitrato, llamada agua regia, interactúan fácilmente con el metal. El elemento vanadio como sustancia simple puede reaccionar con cloro, bromo, azufre y se forman las sales correspondientes. Con el oxígeno, da varios óxidos que difieren mucho en sus propiedades químicas. Considéralos más a fondo.
Óxidos básicos y anfóteros
El metal forma dos óxidos, VO y V2O3, que exhiben propiedades básicas típicas. En el laboratorio, el monóxido se extrae mediante la reacción de reducción V2O5 polvo fino de vanadio. Los óxidos básicos reaccionan con soluciones ácidas para formar las sales correspondientes. Y ya se pueden obtener hidróxidos de ellos realizando una reacción de intercambio con álcalis. El óxido de vanadio (III) se encuentra como componente del mineral karelianita y se obtiene en el laboratorio calentando V2O5 con azufre, carbón o hidrógeno. Ambos óxidos básicos tienen propiedades reductoras fuertemente pronunciadas. El óxido VO2 es un compuesto anfótero típico que reacciona tanto con ácidos como con álcalis. En una solución cuyo pH es inferior a 7, se encuentran iones de vanadilo cargados positivamente VO2+, que dan a la solución un color azul claro y se forman sales de ácido polivanádico en medio alcalino. El óxido de vanadio (IV) atrae el agua, es decir, es una sustancia higroscópica, en las reacciones se comporta como un agente reductor.
Hemipentóxido de vanadio
Compuesto cuya fórmula es V2O5, es el óxido metálico más importante. Es una sustancia cristalina naranja soluble en agua que reacciona con los álcalis para formar vanadatos, sales del ácido metavanádico HVO3. Es ampliamente utilizado como catalizador en la oxidación de dióxido de azufre a anhídrido sulfúrico en la producción industrial de ácido sulfato. El pentóxido de vanadio tiene una red cristalina rómbica y signos de anfotericidad con predominio de propiedades de óxido ácido. En las reacciones se comporta como un fuerte agente oxidante. El compuesto se utiliza en la tecnología del vidrio, la medicina y la síntesis orgánica.
Métodos para extraer vanadio de sus compuestos
Mencionamos anteriormente que el metal es un componente del mineral de hierro. En la producción en altos hornos, el elemento, junto con las impurezas de carbono y fósforo, pasa al hierro fundido. Cuando se funde el acero, el óxido de vanadio 5 precipita en la composición de la escoria, donde su contenido puede alcanzar el 16%. agregando a esosal de mesa y tostando la mezcla en hornos, se obtiene un producto, que luego se disuelve en agua. El concentrado acuoso resultante se trata con ácido sulfato y se aísla V2O5. Para aislar el vanadio puro del óxido, puede usar el método de calciotermia: la reducción de metales usando calcio metálico. Para reducir los costos tecnológicos en la reacción con pentóxido de vanadio, a menudo se usa aluminio en lugar de calcio. El metal también se puede obtener reduciendo el óxido de vanadio trivalente con carbón.
Función biológica
El vanadio está presente en los organismos vivos como un oligoelemento, que forma parte del líquido intercelular de los equinodermos marinos. En holoturias y erizos de mar, se asocia a proteínas que cumplen la función de transportar oxígeno a las células y eliminar el dióxido de carbono. El contenido del elemento es insignificante en los organismos de animales de sangre caliente y humanos, donde se encuentra en la composición de enzimas pancreáticas, en neuroglia y nefronas. En las plantas, el oligoelemento participa como enzima en la fase oscura de la fotosíntesis y afecta el nivel del pigmento de clorofila ubicado en los cloroplastos. También se encuentra en las bacterias del nódulo, que son fijadoras de nitrógeno, en los tejidos de los hongos superiores. Como parte del chernozem, junto con compuestos de boro, cobre, zinc y manganeso, el óxido de vanadio afecta la fertilidad del suelo.
En nuestro artículo, estudiamos las propiedades básicas del vanadio y sus óxidos, y también consideramos el uso de sus compuestos enindustria.
