Соединения ванадия

Физические и химические свойства ванадия

История открытия ванадия

В 1830 году шведский химик Зефстрем открыл в железной руде элемент, который назвал «ванадий» в честь имени древнескандинавской богини красоты Ванадис (в силу цветового многообразия соединений).

В 1867 году (через 37 лет после его открытия впервые был получен металлический ванадий путем восстановления VCl₂ водородом английским химиком Роско. Чистота полученного металла была довольно низкой – 96 % и долгое время не удавалось получить более чистый металл. Лишь в 1927 году (через 97 лет после его открытия и 60 лет после его получения) удалось получить первые образцы ковкого ванадия путем восстановления V₂O₅ кальцием.

Физические свойства. Ванадий – элемент 5 группы четвертого периода периодической системы Д.И. Менделеева. Атомный номер – 23, атомная масса – 50,9, температура плавления – 1900 ± 25 ^оС, температура кипения – 3350 ^оС, плотность 6,1 г/см³. Порошкообразный ванадий – серого цвета, компактный – серо-стального. Чистый металл пластичен, с примесями – хрупок.

Химические свойства. Взаимодействие с кислородом - устойчив на воздухе, но выше ~ 300 °С начинает окисляться. При 600 – 700 ^оС окисление идет очень быстро с образованием легкоплавкого V₂O₅. С азотом, углеродом, углеродсодержащими газами, хлором, фтором, вромом и йодом взаимодействует при нагревании. Ванадий хорошо растворяет в себе водород. Взаимодействие с кислотами – взаимодействует с плавиковой, азотной кислотами, растворяется в царской водке (смесь азотной и соляной кислот), серной кислоте при повышенных температурах. С щелочными растворами не взаимодействует. Расплавы щелочей растворяют ванадий постепнно, образуя ванадаты.

Токсичность ванадия. Несмотря на то, что ванадий входит в число элементов, участвующих в биохимических процессах (некоторые животные, например асцидии, и растения, например лишайники, концентрируют ванадий), соединения ванадия ядовиты. При попадании в организм они могут поражать органы дыхания, пищеварения и кровообращения, нервную систему, вызывать аллергические заболевания. Предельно допустимая концентрация оксида ванадия в воздухе 0,1 мг/м³, в сточных водах 0,1 мг/л.

Ванадий в соединениях проявляет степень окисления +2, +3, +4, +5.

Оксиды. Получено четыре типа соединения ванадия с кислородом: монооксид ванадия VO (или V₂O₂) – черный порошок, оксид ванадия V₂O₃ (черный порошок), диоксид VO₂ (голубого или черного цвета, в зависимости от способа получения) и оксид ванадия V₂O₅. Высший оксид ванадия, или ванадиевый ангидрид, V₂O₅ – наиболее важное из всех соединений ванадия. Оксид ванадия (V) бывает двух модификаций – аморфной и кристаллической. Аморфный V₂O₅ – красный, оранжевый или желтый порошок, кристаллический - красного цвета. Плотность V₂O₅ 3,32 - 3,56 г/см³, температура плавления 660 ^оС. Плавление сопровождается выделением кислорода; наличие щелочных металлов способствует разложению. Вещество негигроскопично. Растворимость в воде невелика: 0,005 - 0,07 % при 25 ^оС.

Водные растворы V₂O₅ имеют кислую реакцию и, реагируя со щелочами, образуют соли. В зависимости от кислотности раствора выделяющийся в осадок гидратированный V₂O₅ имеет состав V₂O₅∙3H₂O, V₂O₅∙2H₂O, V₂O₅∙H₂O, что соответствует орто-, пиро- и метаванадиевым кислотам.

Ванадаты – это соли, в состав которых в качестве кислотной части входит в химически связанном состоянии V₂O₅, очень многочисленны и подразделяются на несколько типов. Наиболее обычны три типа ванадатов: ортованадаты 3Me₂O·V₂O, или Me₃VO₄, пированадаты 2Me₂O·V₂O₅, или Me₄V₂O₇, метаванадаты Me₂O·V₂O₅, или MeVO₃ (где Me – ион одновалентного металла).

Существует большой класс ванадиевых солей, называемых поливанадатами. Отношение числа молекул V₂O₅ в составе этих солей к числу молекул основного оксида выше, чем в метаванадатах.

Из ванадатов следует отметить такие соли, как метаванадат аммония NH₄VO₃, метаванадат кальция Ca(VO₃)₂, метаванадат железа Fe(VO₃)₂. Общее свойство этих солей – они малорастворимы в воде.

Галогениды. Ванадий образует галогениды и оксагалогениды степени окисления 2; 3; 4; 5. Практический интерес представляют VF₅, VCl₂, VCl₃, VCl₄, VOCl₃. Высшие галогенопроизводные – легколетучие соединения, низшие – при нагревании диспропорционируют. В воде разлагаются в результате гидролиза.

Сульфиды. Ванадий и сера образуют сульфиды: VS (V₂S₂), V₂S₃, V₂S₅. Сульфиды – вещества темно-коричневого или красного цвета. На воздухе окисляются с образованием V₂O₅ и SO₂.

Дата добавления: 2014-01-11