HISTOIRE DE VANADIO, propriétés, structure, utilisations

Il vanadium Il s'agit du troisième métal de transition du tableau périodique, représenté par le symbole chimique V. Il n'est pas aussi populaire que les autres métaux, mais ceux qui comprennent les aciers et les Titaniens l'ont entendu le mentionner comme un additif pour leur renforcement dans les alliages ou les outils. Physiquement, il est synonyme de dureté et coloré chimiquement.

Certains produits chimiques osent le qualifier de métal caméléon, capable d'adopter dans leurs composés une large gamme de couleurs; propriété électronique qui ressemble à celle des métaux du manganèse et du chrome. Dans son état natif et pur, il ressemble à d'autres métaux: l'argent, mais avec des tons bleuâtres. Une fois oxydé, regardez en bas.

Pièces de vanadium métalliques avec de fines couches irisées d'oxyde jaune. Source: Jurii [CC par 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)]

Dans cette image, l'irisation de l'oxyde est à peine distinguée, qui dépend des enchères ou de la surface des cristaux métalliques. Cette couche d'oxyde le protège des oxydations ultérieures et, par conséquent, de la corrosion.

Une telle résistance à la corrosion, ainsi que des fractures thermiques, lui fournissent des alliages lorsque les atomes de V sont ajoutés. Tout cela, sans trop augmenter son poids, car le vanadium n'est pas un métal lourd mais léger; Contrairement à ce que beaucoup peuvent penser.

Son nom dérive de la déesse nordique Vanadís, de la Scandinavie; Cependant, il a été découvert au Mexique, dans le cadre du minéral Vanadinita, PB₅[Vo₄]]₃Cl, des cristaux rougeâtres. Le problème était que pour l'obtenir de ce minéral et bien d'autres, Vanadium devait₂SOIT₅ (qui est réduit avec le calcium).

D'autres sources de vanadium reposent dans des êtres marins, ou dans le brut pétrolier, "emprisonné" dans les pétroporphyrines.

En solution, les couleurs que leurs composés peuvent avoir, selon leur état d'oxydation, sont jaune, bleu, vert foncé ou violet. Le vanadium se démarque non seulement de ces nombres ou des états d'oxydation (de -1 à +5), mais aussi de sa capacité à se coordonner de différentes manières avec les environnements biologiques.

La chimie du vanadium est abondante, mystérieuse et comparée à d'autres métaux, il y a encore beaucoup de lumière qui doit être appuyée sur sa compréhension étroite.

[TOC]

Histoire

Découverte

Le Mexique a l'honneur d'avoir été le pays où cet élément a été découvert. Le minéralogiste Andrés Manuel del Río, en 1801, analysant un minéral rougeâtre qu'il s'appelait Brown Plad (Vanadinita, PB₅[Vo₄]]₃Cl), a extrait des oxydes métalliques dont les caractéristiques ne correspondaient pas à celles d'un élément connu d'ici là.

Ainsi, il a d'abord baptisé cet élément avec le nom de «Pancromo» pour la riche variété de couleurs de ses composés; Puis il a renommé «Eryron», du mot grec Erythronium, ce qui signifie rouge.

Quatre ans plus tard, le chimiste français Hippolyte Victor Collet Donso. Et plus de vingt ans se sont écoulés pour savoir quelque chose sur cet élément oublié découvert dans les sols mexicains.

Émergence du nom

En 1830, le chimiste suisse Nils Gabriel Sefström a découvert un autre nouvel élément dans les minéraux de fer, que Vanadio a appelés; nom qui dérive de la déesse nordique Vanadís, par rapport à sa beauté avec les couleurs vives des composés de ce métal.

Il peut vous servir: nitrite de potassium (KNO2): structure, propriétés et utilisations

La même année, le géologue allemand George William Featherstonhaugh, a déclaré que Vanadium et Erythrone étaient en fait le même élément; Et bien qu'il voulait que le nom de la rivière prévale en l'appelant «Rionio», sa proposition n'a pas été acceptée.

Isolement

Pour isoler le vanadium, c'était nécessaire. Il a dû d'abord le transformer en espèces réduites avec une relative facilité; Dans le processus, Berzelius a obtenu le vanadium nitruro en 1831, qui confondait avec le métal indigène.

En 1867, le chimiste anglais Henry Enfield Roscoe, a réussi à réduire le chlorure de vanadium (II), VCL₂, Un vanadium métallique utilisant l'hydrogène gazeux. Cependant, le métal qu'il a produit était impur.

Enfin, marquant le principe de l'histoire technologique du vanadium, un grand échantillon de pureté a été obtenu en réduisant le V₂SOIT₅ Avec calcium métallique. L'une de ses premières utilisations exceptionnelles a été d'être utilisée pour fabriquer le châssis de la voiture Ford Model T.

Propriétés

Apparence physique

Dans sa forme pure, c'est un métal gris avec des nuances bleuâtres, douces et ductiles. Cependant, lorsqu'une couche d'oxyde est recouverte (en particulier le produit d'un briquet), il charge les couleurs frappantes comme s'il s'agissait d'un caméléon en verre.

Masse molaire

50 9415 g / mol

Point de fusion

1910 ° C

Point d'ébullition

3407 ° C

Densité

-6,0 g / ml, à température ambiante

-5,5 g / ml, au point de fusion, c'est-à-dire qu'il fond à peine.

Chaleur de fusion

21,5 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

444 kJ / mol

Capacité thermique molaire

24.89 J / (mol · k)

La pression de vapeur

1 pa a 2101 K (pratiquement méprisable même à des températures élevées).

Électronégativité

1.63 sur l'échelle Pauling.

Énergies d'ionisation

Premièrement: 650.9 kJ / mol (V⁺ gazeux)

Deuxième: 1414 kJ / mol (V²⁺ gazeux)

Troisième: 2830 kJ / mol (V³⁺ gazeux)

Dureté mohs

6.7

Décomposition

Lorsqu'il est chauffé peut libérer des fumées toxiques de v₂SOIT₅.

Couleurs des solutions

De gauche à droite, solutions de vanadium dans différents états d'oxydation: +5, +4, +3 et +2. Source: W. Oelen via Wikipedia.

L'une des caractéristiques principales du vanadium est les couleurs de ses composés. Lorsque certains d'entre eux sont dissous dans des milieux acides, les solutions (principalement aqueuses) présentent des couleurs qui permettent de distinguer un nombre ou un statut d'oxydation d'un autre.

Par exemple, quatre tubes à essai avec vanadium dans différents états d'oxydation sont représentés dans l'image supérieure. Celui à gauche, jaune, correspond à V⁵⁺, spécifiquement comme VO cation₂⁺. Ensuite, ils suivent la vo cation²⁺, avec V⁴⁺, la couleur bleue; Le cation v³⁺, vert foncé; et V²⁺, violet ou mauve.

Lorsqu'une solution se compose d'un mélange de composés V⁴⁺ et V⁵⁺, Une couleur vert vif est obtenue (produit en jaune avec bleu).

Réactivité

La couche V₂SOIT₅ À propos du vanadium le protège contre la réaction avec de forts acides, comme sulfurique ou chlorhydrique, de fortes bases, et en plus de la corrosion causée par de plus grandes oxydations.

Lorsqu'il est chauffé au-dessus de 660 ° C, le vanadium est complètement oxydé, portant un solide jaune avec une luminosité irisée (selon les angles de sa surface). Cet oxyde jaune orange peut se dissoudre si de l'acide nitrique était ajouté, qui retournerait à Vanadium sa couleur argentée.

Il peut vous servir: Cycle de calcium: caractéristiques, étapes et importance

Isotopes

Presque tous les atomes de vanadio de l'univers (99,75% d'entre eux) concernent l'isotope ⁵¹V, tandis qu'une très petite partie (0,25%) correspond à l'isotope ^cinquanteV. De là, il n'est pas surprenant que le poids atomique du vanadium soit de 50 9415 U (plus près de 51 que 50).

Les autres isotopes sont radioactifs et synthétiques, avec une demi-vie (t_1/2) Cela varie entre 330 jours (⁴⁹V), 16 jours (⁴⁸V), quelques heures ou 10 secondes.

Structure et configuration électroniques

Vanadio, les atomes V sont disposés dans une structure cristalline cubique centrée sur le corps (BCC), produit de leur lien métallique. Parmi les structures, cela est moins dense, participant à la «mer des électrons» ses cinq électrons de Valence, selon la configuration électronique:

[Ar] 3d³ 4s²

Ainsi, les trois électrons de l'orbitale 3D, et les deux de l'orbitale 4S, sont joints pour parcourir une bande formée par le chevauchement des orbitales de Valence de tous les atomes V du verre; De toute évidence, des explications basées sur la théorie du groupe.

Pour être un peu plus petit, les atomes V que les métaux à leur gauche (Scandio et titane) dans le tableau périodique, et compte tenu de leurs caractéristiques électroniques, sa liaison métallique est plus forte; fait qui se reflète dans son plus grand point de fusion et, par conséquent, avec ses atomes les plus cohérents.

Selon les études informatiques, la structure BCC du vanadium est stable même sous d'énormes pressions de 60 GPa.  Dépassé cette pression, son cristal souffre d'une transition vers la phase rhomboédrique, qui reste stable jusqu'à 434 GPa; Lorsque la structure BCC réapparaît à nouveau.

Nombres d'oxydation

La configuration électronique de vanadium indique à elle seule que son atome est capable de perdre jusqu'à cinq électrons. Quand il le fait, il devient isoléctronique au noble gaz d'argon, et l'existence de cation v est supposée⁵⁺.

De même, la perte d'électrons peut être progressive (selon les espèces liées), ayant des nombres d'oxydation positifs qui varient de +1 à +5; Par conséquent, dans ses composés l'existence des cations respectives v est supposée⁺, V²⁺ Et ainsi de suite.

Le vanadium peut également gagner des électrons, devenant un anion métallique. Ses nombres d'oxydation négatifs sont: -1 (V^-) et -3 (V^3-). La configuration électronique du V^3- est:

[Ar] 3d⁶ 4s²

Bien que quatre électrons soient manquants pour terminer le remplissage des orbitales 3D, le V est plus stable^3- ce V^7-, qui, en théorie, aurait besoin d'espèces à l'extrême électropositif (pour lui donner ses électrons).

Applications

-Métal

Alliages en acier et en titane

Vanadium fournit une résistance mécanique, thermique et vibratoire, en plus de la dureté aux alliages auxquels il est ajouté. Par exemple, comme le ferrovanadio (alliage de fer et de vanadium), ou du carbure de vanadium, il est ajouté avec d'autres métaux en acier ou en alliages en titane.

De cette façon, très dur et en même temps léger, utile pour les outils (lots et clés de noix), engrenages, pièces automobiles ou avions, turbines, vélos, moteurs à réaction, couteaux, implants dentaires, etc.

Peut vous servir: hydroxyde de Beryl (être (oh) 2)

De plus, ses alliages avec Galio (V₃G) sont des supraconducteurs et sont utilisés pour la fabrication d'aimants. Et en plus, étant donné leur petite réactivité, les alliages de vanadium sont destinés aux tuyaux où se déroulent les réactifs chimiques corrosifs.

Batteries Redox de Vanadio

Le vanadium fait partie des batteries redox, VRB (pour son acronyme en anglais: batteries Redox de vanadium). Ceux-ci peuvent être utilisés pour promouvoir la production d'électricité à partir de l'énergie solaire et éolienne, ainsi que des batteries dans les véhicules électriques.

-Composés

Pigment

Le V₂SOIT₅ Il est utilisé pour donner de la couleur or au verre et à la céramique. D'un autre côté, leur présence dans certains minéraux est devenue verdâtre, comme avec les émeraudes (et grâce également à d'autres métaux).

Catalyseur

Le V₂SOIT₅ C'est aussi un catalyseur utilisé pour la synthèse de l'acide sulfurique et de l'acide d'anhydride Maleico. Mélangé à d'autres oxydes métalliques, catalyse d'autres réactions organiques, telles que l'oxydation du propane et du propylène dans l'acroline et l'acide acrylique, respectivement.

Médicinal

Les médicaments composés de complexes de Vanadio ont été considérés comme possibles et des candidats potentiels pour le traitement du diabète et du cancer.

Papier biologique

Il semble ironique que le vanadium, étant ses composés colorés et toxiques, ses ions (VO⁺, Vo₂⁺ et vo₄^3-, Surtout) en traces, ils sont bénéfiques et essentiels pour les êtres vivants; en particulier ceux des habitats marins.

Les raisons sont centrées sur leurs états d'oxydation, avec le nombre de ligands des environnements biologiques coordonnés (ou interaction), dans l'analogie entre l'anion vanadate et phosphate (VO₄^3- et po₄^3-), et dans d'autres facteurs étudiés par les produits chimiques bioinorganiques.

Les atomes de vanadio peuvent alors interagir avec les atomes appartenant à des enzymes ou à des protéines, soit à quatre (coordination tétraèdre), cinq (pyramide carrée ou autres géométries) ou six. Si, lorsque cela se produit, une réaction favorable pour le corps est déclenchée, il est dit que Vanadium exerce une activité pharmacologique.

Par exemple, il existe des halloperoxidases: enzymes que le vanadium peut utiliser comme cofacteur. Il y a aussi des vanabins (dans les cellules de vanadocytes des tunicates), des phosphorylases, des nitrogénases, des transferrins et de l'albumine sérique (mammifère), capable d'interagir avec ce métal.

Une molécule de coordination organique ou complexe appelée amavadin, est présente dans le corps de certains champignons, comme Amanita muscaria (image inférieure).

Champignons. Source: Pixabay.

Et enfin, dans certains complexes, le vanadium peut être contenu dans un groupe Hemo, comme avec le fer dans l'hémoglobine.

Les références

1. Fhiver & Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Wikipédia. (2019). Vanadium. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
3. Ashok K. Verma & P. Mode. (s.F.). Instabilité phonon et transitions de phase structurelle dans Vanadium sous haute pression. Division de physique à haute pression, Bhabha Atomic Research Center, Trombay, Mumbai-400085, Inde.
4. Helmestine, Anne Marie, Ph.D. (3 juillet 2019). Facts de vanadium (V ou numéro atomique 23). Récupéré de: Thoughtco.com
5. Richard Mills. (24 octobre 2017). Vanadium: le métal dont nous ne pouvons pas faire et ne pas produire. Groupe de médias glacier. Récupéré de: miner.com
6. Centre national d'information sur la biotechnologie. (2019). Vanadium. Base de données PubChem. CID = 23990. Récupéré de: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gouvernement
7. Clark Jim. (2015). Vanadium. Récupéré de: Chemguide.co.ROYAUME-UNI
8. Pierce Sarah. (2019). Qu'est-ce que le vanadium? Utilisation, faits et isotopes. Étude. Récupéré de: étudier.com
9. Cran et Col. (2004). La chimie et le biochimiste du vanadium et les activités biologiques exercées par les composés de vanadium. Département de chimie, Colorado State University, Fort Collins, Colorado 80523-1872.