دانشچی پورتال جامع تحقیق و مقاله، مطالب علمی و هنری ، وبگردی و…
همه چیز درباره عنصر وانادیم (Va)
وانادیم، (به انگلیسی : Vanadium) با علامت اختصاری Va و عدد اتمی ۲۳، عنصری از جدول تناوبی در دسته فلزات واسطه است که در ادامه بیشتر با آن آشنا می شوید. با دانشچی همراه باشید.
وانادیوم ، یک عنصر کمیاب نرم و هادی است که به‌صورت ترکیبی با کانی‌های خاصی یافت شده و برای تولید آلیاژهایی بکار گرفته میشود.
شناسنامه وانادیم
عدد اتمی: ۲۳
جرم اتمی: ۵۰٫۹۴۱۹
نقطه ذوب: C°۱۹۰۲
نقطه جوش : C°۳۴۰۹
شعاع اتمی : Å ۱.۹۲
ظرفیت: ۳ ، ۵
رنگ: خاکستری نقره ای
حالت استاندارد: جامد
نام گروه: ۵
انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 6.74
شکل الکترونی: ۱s22s2p63s23 p63d34s2
شعاع یونی: Å ۰.۵۹
الکترونگاتیوی:۱٫۶۳
حالت اکسیداسیون:۵,۳
دانسیته: ۶٫۱۱
گرمای فروپاشی: Kj/mol 20.9
گرمای تبخیر : Kj/mol 452
مقاومت الکتریکی: Ohm m 0.000000204
گرمای ویژه: J/g Ko 0.45
دوره تناوبی:۴
تاریخچه وانادیم
به سال۱۸۰۱ میلادی ریو (معدن‌شناس) استاد معدن‌شناسی در شهر مکزیک ((سرب قهوه‌ای )) را آزمایش کرد. سرب قهوه‌ای یک کانی است که امروزه آن را به نام وانادینیت می‌شناسند. ریو نتیجه گرفت که این کانی دارای یک عنصر جدید است. متخصصین تجزیه وی را متقاعد کردند که بیشتر این فلز کروم است و او ادعای خود را پس گرفت . به سال ۱۸۳۰ شیمیدان سوئدی سفستروم در ملاقات با برسلیوس در نمونه مخصوصی از فولاد یک فلز جدید کشف کرد. سال بعد ولر نشان داد که فلز سفستروم در اصل همان عنصری است که قبلاً توسط ریو کشف شده بود.
معمولاً سفستروم را کاشف این عنصر می‌دانند. بنا به پیشنهاد برسلیوس، وی این عنصر را وانادیوم(vanadium) نامید که از روی نام واندیا(vanadia) یکی از نام‌های فریا یا فریگ خدای زیبایی نوریک ساخته شده است. علت این نام گذاری احتمالاً به خاطر رنگ‌های زیبای ترکیب‌های این فلز بوده است.
پیدایش وانادیم
عنصر وانادیم هرگز به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی شود. اما در ۶۵ گونه کانی های گوناگون از جمله patronite (VS))4), vanadinite Pb5(VO4)3Cl, carnotite ((K2H2O بوجود می آید. وانادیم همچنین در Bauxite و کربن نیز وجود دارد که حاوی ذخایری مانند نفت خام ذغال سنگ Oil Shale وTar می شود. طیف وانادیم در نور خورشید و دیگر ستارگان نیز شناسایی شده است.
بیشتر وانادیم تولید شده توسط تقلیل کلسیم از V2o5 در یک لوله فشار می باشد. وانادیوم معمولا به صورت محصولات جانبی به دست می آید. از این رو منابع جهانی ازن عنصر حاکی از وجود ذخایر در دسترس نمی باشد.
ترکیبات وانادیم
پنتااکسید وانادیوم V2O5 به‌عنوان کاتالیزور رنگ‌دهنده و ثابت‌کننده رنگ استفاده میشود.
ویژگی های وانادیم
وانادیم ، فلز نرم و رسانا به رنگ سفید براق می‌باشد. این عنصر در برابر فرسودگی توسط مواد قلیایی و اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک مقاوم است. در ۹۳۳k به‌سرعت اکسید میشود. وانادیوم ساختار محکمی داشته ، شکاف نوترونی ندارد که این خاصیت آن را برای استفاده در زمینه‌های هسته‌ای مناسب می‌نماید. حالتهای اکسیداسیون معمول این عنصر ، +۲،+۳،+۴،+۵ می‌باشد.
حالت اکسیداسیون +۱ نیز برای این عنصر دیده شده است.
کاربردهای وانادیم
تقریبا ۸۰% وانادیوم تولید شده به مصرف فرووانادیم که یک ماده افزوده به فلز فولاد می‌باشد، می‌رسد.
در آلیاژها به‌عنوان:
- فلزات ضد خش وسایل جراحی و ابزار آلات
- ماده ضد زنگ و افزایش دهنده سرعت در فلزات
- ماده مخلوط شونده با آْلیاژهای آلومینیوم و تیتانیم برای استفاده در موتورهای جت و هواپیماهای پر سرعت
- آلیاژ فلز وانادیوم در ساخت محورها میل لنگ دنده‌ها و …. بکار می‌رود.
- متعادل کننده کاربید در ساخت فلزات
- کاربردهای هسته‌ای بدلیل نداشتن شکافت نوترونی
- استفاده از ورق وانادیوم در آبکاری تیتانیوم در فلزات
- نوار وانادیوم گالیم که مگنت ابر رسانا می‌باشد.
- استفاده از ترکیبات وانادیوم به‌عنوان کاتالیزور در تولید Maleic Anhydride و اسید سولفوریک
- استفاده از پنتاکسید وانادیوم به‌عنوان کاتالیزور در سفالگری
ایزوتوپ های وانادیم
وانادیوم طبیعی از یک ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است v-51. برای این عنصر ۱۵ ایزوتوپ رادیواکتیوی دیگر شناسایی شده است که پایدارترین آنها V-50 با نیمه عمر ۱.۴e17 سال و V49 با نیمه عمر ۳۳۰ روز و V48 با نیمه عمر ۱۵.۹۷۳۵ روز می باشند. تمام ایزوتوپ های رادیو اکتیو باقی مانده نیمه عمری کمتر از یک ساعت دارد که نیمه عمر بیشتر آن ها کمتر از ۱۰ ثانیه است. این عنصر یک حالت متا دارد.
ایزوتوپ های وانادیوم به ترتیب وزن اتمی از ۴۳.۹۸۱ amu تا ۵۹.۹۵۹ amu V59 مرتب شده اند. حالت Decay اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپV51 الکترون گیری و حالت اولیه بعد از آن Beta Decay می باشد. محصولات decay اولیه قبل از V51 ایزوتوپ های عنصر تیتانیوم ۲۲ و محصولات اولیه بعد از آن ایزوتوپ های عنصر Chromium24 می باشد.
تاثیرات وانادیم بر محیط زیست
عنصر وانادیم در جلبک ها، گیاهان، بی مهرگان، ماهی ها و بسیاری از گونه ها یافت میشود. در صدف دوکفه ای و خرچنگ ها نیز وانادیم به صورت bioaccumulates وجود دارد. Bioaccumulates یعنی غلظت ماده مورد نظر در بدن موجود زنده ۱۰۵ تا ۱۰۶ برابر بیشتر از غلظت همان ماده در آب دریا باشد.
وانادیم از ترشح آنزیم بسیاری از جانوران جلوگیری به عمل می آورد. همچنین وانادیم برسیتم عصبی تاثیر میگذارد. وانادیم ناهنجاری های تنفسی، فلج را سبب شده و اثرات منفی بر کبد و کلیه ها میگذارد.
تستهای آزمایشگاهی جانوران نشان داده است که وانادیم بر دستگاه تولید مثل جانوران نر اثر گذاشته و در جنین جانوران جمع میشود. وانادیم باعث تحریک DNA میشود، اما عامل سرطان در جانوران نیست.
هشدارها
پودر فلز وانادیم خطر آتش سوزی به همراه داشته و ترکیبات وانادیوم به شدت سمی هستند. ترکیبات وانادیوم ممکن است که در صورت تنفس باعث سرطان ریه شود.
سازمان OSHA)Occupational Safety and Health Administration) محدودیت تماس تا ۰.۰۵mg/m را برای پنتا اکسید وانادیوم در نظر گرفته است. NIOSH)(National Institute of Ocupational Safety and health) هم پیشنهاد کرده است که ۳۳۵mg/m عنصر وانادیوم برای سلامتی به شدت خطرناک می باشد. این مقداری است که به سرعت باعث به وجود آمدن مشکلات همیشگی و حتی مرگ برای انسان می شود.
پیشنهادی: همه چیز درباره عنصر کلسیمعنصر وانادیم _ دانشچی
