← Vanádium → Króm
↓
Nb
(móltömeg)
(első elektron)
testközpontú
Sztori
Kémiai tulajdonságok
Kémiailag a vanádium meglehetősen inert. Ellenáll a tengervíznek, a sósav, salétromsav és kénsav hígított oldatainak, valamint lúgoknak.
Az oxigénnel a vanádium több oxidot képez: VO, V 2 O 3, VO 2, V 2 O 5. A narancssárga V 2 O 5 savas oxid, a sötétkék VO 2 amfoter, a maradék vanádium-oxidok bázikusak.
A következő vanádium-oxidok ismertek:
| Név | Képlet | Sűrűség | Olvadási hőmérséklet | Forráshőmérséklet | Szín |
|---|---|---|---|---|---|
| Vanádium(II)-oxid | V.O. | 5,76 g/cm³ | ~1830 °C | 3100 °C | Fekete |
| Vanádium(III)-oxid | V2O3 | 4,87 g/cm³ | 1967 °C | 3000 °C | Fekete |
| vanádium(IV)-oxid | VO 2 | 4,65 g/cm³ | 1542 °C | 2700 °C | Sötétkék |
| Vanádium(V)-oxid | V2O5 | 3,357 g/cm³ | 670 °C | 2030 °C | Piros sárga |
A vanádium-halogenideket hidrolizálják. A halogénekkel a vanádium meglehetősen illékony halogenideket képez a VX 2 (X = , , ,), VX 3, VX 4 (X = , , ), VF 5 és számos oxohalogenidből (VOCl, VOCl 2, VOF 3 stb.) .
A +2 és +3 oxidációs állapotú vanádium vegyületek erős redukálószerek +5 oxidációs állapotban, oxidálószerek tulajdonságait mutatják. Ismertek tűzálló vanádium-karbid VC (t pl =2800 °C), vanádium-nitrid VN, vanádium-szulfid V 2 S 5, vanádium-szilicid V 3 Si és más vanádiumvegyületek.
Amikor a V 2 O 5 kölcsönhatásba lép bázikus oxidokkal, vanadátok- HVO 3 valószínű összetételű vanadinsav sók.
Alkalmazás
80 % [ ] az összes előállított vanádiumból ötvözetekben használják, főleg rozsdamentes acélokhoz és szerszámacélokhoz.
Nukleáris-hidrogén energiaA vanádium-kloridot a víz termokémiai lebontására használják nukleáris hidrogén energiában (a General Motors, USA vanádium-klorid ciklusa). A kohászatban a vanádiumot F betűvel jelölik.
A kénsav gyártásában Kohászat
Ötvöző adalékként használják (különösen molibdénnel és nikkellel együtt) acélgyártásban és bimetálgyártásban.
AutóiparA vanádiumot olyan alkatrészekben használják, amelyek nagyon nagy szilárdságot igényelnek, például az autómotorok dugattyúiban. Henry Ford amerikai iparos megjegyezte a vanádium fontos szerepét az autóiparban. "Ha nem lenne vanádium, nem lenne autó." - Ford megszólalt.
ElektronikaA vanádium és titán-dioxid alapú anyagokat számítógépek és egyéb elektronikai cikkek készítésére használják.
OlajtermelésA vanádium acélt búvárfúró platformok készítésére használják olajfúráshoz.
Szuvenír termékek
Termelés
Biológiai szerep és hatások
Vanádium és összes vegyülete mérgező. A legmérgezőbb vegyületek az ötértékű vanádium. Oxidja (V) rendkívül mérgező (lenyelve és belélegezve mérgező, károsítja a légutakat). A vanádium(V)-oxid halálos dózisa LD50 patkányok számára orálisan 10 mg/kg.
A vanádium és vegyületei nagyon mérgezőek a vízi élőlényekre (a környezetre).
Megállapították, hogy a vanádium gátolja a zsírsavak szintézisét és elnyomja a koleszterin képződését. A vanádium számos enzimrendszert gátol [ ], gátolja a foszforilációt és az ATP szintézist, csökkenti a koenzim A szintjét, és serkenti a monoamin-oxidáz aktivitását és az oxidatív foszforilációt. Az is ismert, hogy skizofrénia esetén a vér vanádiumtartalma jelentősen megnő. ] .
A vanádium túlzott bevitele a szervezetbe általában környezeti és ipari tényezőkkel jár. Toxikus dózisú vanádium hatásának kitéve a dolgozók helyi gyulladásos reakciókat tapasztalnak a bőrön és a szem nyálkahártyáján, a felső légutakban, valamint a hörgőkben és az alveolusokban felhalmozódó nyálkahártyát. Szisztémás allergiás reakciók, például asztma és ekcéma is előfordulnak; valamint leukopenia és vérszegénység, amelyek a szervezet alapvető biokémiai paramétereinek megzavarásával járnak.
Ha vanádiumot állatoknak adnak be (25-50 mcg/kg dózisban), növekedési retardáció, hasmenés és megnövekedett mortalitás figyelhető meg.
Összességében egy átlagos ember (testsúlya 70 kg) 0,11 mg vanádiumot tartalmaz. Az emberre mérgező dózis 0,25 mg, a halálos dózis 2-4 mg.
A vanádium leírása és tulajdonságai
A vanádiumot eredetileg a mexikói A.M. fedezte fel. Del Rio ólmot tartalmazó barna ércekben, amelyek hevítéskor vöröses színt adnak.
Az elemet azonban később hivatalosan is elismerték, amikor egy svéd vegyész, N. G. Sefstrom felfedezte, miközben egy helyi lelőhelyből származó vasércet tanulmányozta, és a Vanádium nevet adta, ami megegyezik az ókori görög szépségistennő által viselt Vanadis névvel. .
Megjelenésében a fém ezüstszürke színével az acélra hasonlít. De itt véget is érnek a hasonlóságok. Vanádium szerkezet: köbös testközéppontú rács a=3,024A és z=2 paraméterekkel. Sűrűsége 6,11 g/cm3.
1920 o C-on megolvad, 3400 o C-on forrni kezd. De a szabad levegőn 300 o C feletti hőmérsékletre hevítés csökkenti a fém plasztikus tulajdonságait, törékennyé teszi, miközben növeli a keménységét. A fématom szerkezete segít megérteni ezt a viselkedést.
vanádium elem, 23-as rendszámával és 50,942-es atomtömegével a D-rendszer negyedik periódusának V. csoportjába tartozik. Ez pedig azt jelenti vanádium atom 23 protonból, 23 elektronból és 28 neutronból áll.
Annak ellenére, hogy ez az V. csoport eleme, vanádium vegyérték nem mindig egyenlő 5-tel. Lehet 2, 3, 4 és 5 pozitív előjellel. A különböző vegyértékértékeket az elektronikus héjak töltésének különböző lehetőségei magyarázzák, amelyeknél stabil állapotba kerülnek.
Ismeretes, hogy a vegyérték pozitív értékét egy kémiai elem atomja által adományozott elektronok száma határozza meg, a negatív értéket pedig a külső energiaszinthez kapcsolódó elektronok száma határozza meg annak stabilitását kialakítva. Elektronikus vanádium formula- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3.
A 4. alszintről könnyen tud két elektront adományozni, míg oxidációs állapota a 2 vegyértékű pozitív megnyilvánulásnak köszönhető. De ennek az elemnek egy atomja még 3 elektront képes leadni a külső alszintet megelőző pályáról, és maximum +5 oxidációs állapotot mutat.
Ennek az elemnek a 2-5 vegyértékű oxidjai kémiai megnyilvánulásaikban különböznek. A VO és a V 2 O 3 oxidok bázikus jellegűek, a VO 2 amfoter és a V 2 O 5 savas.
A tiszta fémet rugalmassága jellemzi, ezért könnyen megmunkálható bélyegzéssel, préseléssel és hengerléssel. A hegesztést és a vágást közömbös környezetben kell végezni, mivel hevítés hatására a hajlékonyság elveszik.
A feldolgozás során a fém gyakorlatilag nem keményedik ki, és hidegen sajtolva, közbenső izzítás nélkül ellenáll a nehéz terheléseknek. Ellenáll a korróziónak, és nem változik víz hatására, beleértve a tengervizet, valamint egyes savak, sók és lúgok gyenge oldatait.
Vanádium lelőhelyek és bányászat
Vanádium kémiai elem, a szárazföldi kőzetekben meglehetősen gyakori, de tiszta formában nem fordul elő, az ásványokban diszpergált állapotban van jelen. Felhalmozódása kőzetekben nagyon ritka. Ez egy ritka fém. Az 1% tisztaságú anyagot tartalmazó érc gazdagnak minősül.
Az ipar még a 0,1%-ban ritka elemet tartalmazó érceket sem hanyagolja el. Alacsony koncentrációban több mint negyven ásványban található meg. Az ipar számára fontos a roscoelit, az úgynevezett vanádiumcsillám, amely legfeljebb 29% V 2 O 5 pentoxidot tartalmaz, a karnotit (uráncsillám), amely 20% V 2 O 5 tartalmú, és a vanadinit, amely 19% V 2 O 5 tartalmú.
A fémet tartalmazó nagy érctelepek Amerikában, Dél-Afrikában, Oroszországban, Finnországban és Ausztráliában találhatók. A perui hegyekben nagy lelőhely található, ahol ként tartalmazó V 2 S 5 patronit képviseli. Kiégetéskor koncentrátum képződik, amely legfeljebb 30% V 2 O 5 -ot tartalmaz.
Az ásványt Kirgizisztánban és Kazahsztánban találták. A híres Kyzylorda mező az egyik legnagyobb. Oroszországban főleg a krasznodari régióban (Kercsi lelőhely) és az Urálban (Gusevogorsk titanomagnetit lelőhely) bányászják.
A fém kitermelésének technológiája a tisztaságra és a felhasználási területre vonatkozó követelményektől függ. Az előállítás technológiájában alkalmazott fő módszerek a jodid, kalceterm, aluminoterm, szén-termikus vákuumban és klorid.
A jodid módszer technológiája a jodid termikus disszociációján alapul. Gyakori, hogy fémet V 2 O 5 kalcium vagy alumínium felhasználásával végzett termikus módszerrel történő redukálásával nyernek.
Ebben az esetben a reakció a következő képlet szerint megy végbe: V 2 O 5 +5Ca = 2V+5CaC+1460 kJ hő felszabadulásával, amely elegendő a keletkező V megolvasztásához, amely lehetővé teszi a lefolyást és szilárd formában történő összegyűjtését. . Az így kapott fém tisztasága eléri a 99,5%-ot.
A V extrakciójának korszerű módszere az oxidok redukciója vákuumban szénnel 1250 o C és 1700 o C közötti hőmérsékleten. A kloridos extrakciós módszer a VCl 3 folyékony magnéziummal történő redukcióját foglalja magában.
A vanádium alkalmazásai
A fém egyik fő felhasználása ötvöző adalékként volt - ferrovanadium az acélok minőségének javítására. A vanádium hozzáadása növeli az acél szilárdsági paramétereit, valamint szívósságát, kopásállóságát és egyéb jellemzőit.
Ebben az esetben az adalékanyag deoxidálószerként és karbidképző komponensként is funkcionál. A karbidok egyenletesen oszlanak el az ötvözetben, megakadályozva az acélszemcsék szerkezeti növekedését hevítés közben. A vanádiummal ötvözött öntöttvas is javítja a minőségét.
Vanádiumot használnak a titán alapú ötvözetek javítására. Van titán, amely ennek az ötvöző adaléknak akár 13%-át is tartalmazza. A vanádium jelen van a repülési iparban használt nióbium, tantál és króm ötvözeteiben, valamint alumíniumban, titánban és más repülési és rakétaipari anyagokban is.
Az elem egyedisége lehetővé teszi, hogy a nukleáris iparban használják az atomerőművek üzemanyagrudakhoz való csatornacsövek előállításához, mivel a cirkóniumhoz hasonlóan rendelkezik a termikus neutronok alacsony keresztirányú befogásával, ami fontos a nukleáris folyamat során. reakciók. Az atomi hidrogéntechnológiában a vanádium-kloridot a vízzel való termokémiai kölcsönhatásra használják.
A vanádiumot a vegyiparban és a mezőgazdaságban, az orvostudományban, az üveggyártásban, a textil-, a festék- és lakkgyártásban, valamint az akkumulátorgyártásban használják. Széles körben elterjedt kézi és ötvözött szerszámok króm-vanádium, tartósságukkal tűnnek ki.
Az egyik legújabb terület az elektronika. Különösen érdekes és ígéretes egy dioxid alapú anyag. titán és vanádium. Különleges módon kombinálva olyan rendszert hoznak létre, amely képes jelentősen növelni a számítógépek és más elektronikus eszközök memóriáját és sebességét.
Vanádium ár
Kész alapanyagként vanádium szabadul fel rudak, körök és oxidok formájában. A tűzálló fém gyártásával foglalkozó számos vállalkozás választéka különböző minőségű ötvözeteket tartalmaz. Az ár nagymértékben függ a céltól, a fém tisztaságától, a gyártási módtól, valamint a termék típusától.
Például a jekatyerinburgi NPK „Special Metallurgy” vállalat 7 ezer/kg-os áron, 440-500 ezer tonnánként, VNM-1 minőségű tuskákat árul 500 ezer tonnánként. Az ár a piaci feltételektől és a termékek iránti kereslettől függően is változhat.
MEGHATÁROZÁS
Egyszerű anyag formájában vanádium szürke tűzálló fém testközpontú köbös ráccsal. A periódusos rendszer másodlagos (B) alcsoportjának V. csoportjának negyedik periódusában található.
Sűrűség - 6,11 g/cm3. Olvadáspontja 1920 o C, forráspontja 3400 o C. A vanádium fizikai-kémiai tulajdonságai erősen függnek a fém tisztaságától. Így a tiszta fém képlékeny, míg a benne lévő szennyeződések nagymértékben rontják a rugalmasságát és növelik a keménységét. Normál körülmények között kémiailag ellenálló fém.
A vanádium vegyértéke a vegyületekben
A vanádium a negyedik periódusban található a periódusos rendszer D.I. VB csoportjában. Mengyelejev. A rendszám 23. A vanádium atom magja 23 protont és 27 neutront tartalmaz (tömegszáma 50). A vanádium atom négy energiaszinttel rendelkezik, amelyek 23 elektront tartalmaznak (1. ábra).
Rizs. 1. A vanádium atom szerkezete.
A vanádium atom elektronikus képlete alapállapotban a következő:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 .
És az energiadiagram (csak a külső energiaszintű elektronokhoz készült, amelyeket egyébként vegyértéknek neveznek):
Három párosítatlan elektron jelenléte azt jelzi, hogy vegyületeiben a vanádium III vegyértéket mutathat (V III 2 O 3, V III F 3, V III Cl 3).
A vanádium atom képes gerjesztett állapotba lépni: a 4s alszint elektronjai elpárolognak, és egyikük a 3d alszint egy üres pályáját foglalja el:
Öt párosítatlan elektron jelenléte azt jelzi, hogy a vanádium is V vegyértéket mutat vegyületeiben (V V 2 O 5, V V F 5).
Ismeretes, hogy a vanádiumnak II (V II O) és IV (V IV O 2, V IV Cl 4) vegyértéke van.
Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
1 oldal
A vanádium, nióbium és tantál vegyértéke a vegyületekben II, III, IV és V. Normál körülmények között az V. vegyérték a legstabilabb.
A vanádium vegyértékét a másodlagos kőzeteket alkotó vegyületekben, például agyagokban, mészkövekben, homokkőben, szénben és vasércekben még nem határozták meg pontosan. Hillebrand egy időben úgy gondolta, hogy ezekben a kőzetekben a vanádium ötértékű állapotban van, de néhány nyugat-kolorádói vanádiumtartalmú homokkő vizsgálata, amelyekben a vanádium háromértékűnek bizonyult, kimutatta ennek a nézetnek a tarthatatlanságát.
A vanádium vegyértéke a működő vanádium-oxid katalizátorokban általában nem az oxid előállításához használt összetételtől (V.2 O5, V2O4, V2O3), hanem a reakcióelegy összetételétől és az eljárás körülményeitől függ. Hidrogén-oxigén keverék katalizálása során a vanádium-oxidok V2O6-dá oxidálódnak, függetlenül azok kezdeti összetételétől.
A vanádium vegyértékét a másodlagos kőzeteket alkotó vegyületekben, például agyagokban, mészkövekben, homokkőben, szénben és vasércekben még nem határozták meg pontosan. Hillebrand egy időben úgy gondolta, hogy ezekben a kőzetekben a vanádium ötértékű állapotban van, de néhány nyugat-kolorádói vanádiumtartalmú homokkő tanulmányozása, amelyekben a vanádium háromértékűnek bizonyult, kimutatta ennek a nézetnek a következetlenségét.
A vanádium vegyértékének csökkenése által okozott következetes színváltozást egyértelműen feltárja a Zn hatása az NHUVO-k sósavoldatára. Az ötértékű nióbiumot a cink savas közegben Mb 3-ra redukálja, míg a Ta 5 egyáltalán nem redukálódik.
Hangsúlyozni kell azonban, hogy a vanádium (és a titán) vegyértéke, amelyet a katalizátorkomponensek közötti reakciótermékekben oxidatív-hidrolitikus titrálással határoznak meg, sok esetben jelentősen alulbecsülik.
A vanádium és a króm magasabb vegyértékű normálpotenciáljainak ez a közelsége meghatározza ezen elemek redoxreakcióinak nagy hasonlóságát.
A legszélesebb körben tanulmányozott jó katalizátorok vanádiumvegyületekből (vanádium vegyérték három vagy nagyobb) és alumínium alkilszármazékaiból állnak. Az egyik komponensnek halogént kell tartalmaznia. Előnyös, ha a katalitikus rendszer komponenseit külön-külön vezetjük be a reakcióelegybe monomer jelenlétében. Az aktív katalizátor átlagos élettartama rövid, és körülbelül 5-10 perc 30 C-on.
Így 1 mol A1 (C2H5) 2C1 képződésével a vanádium vegyértéke egy egységgel, 1 mol A1 (C2H5) 2OC2H5 képződésével pedig két egységgel csökken. Ha a kezdeti A1 (C2H5) 3:VOC13 mólarány nagyobb, mint 2, az oldat klórtartalma nő. Ez azzal magyarázható, hogy nehéz a vanádiumot egyértékű formává redukálni és az egyensúlyt létrehozni.
Így 1 mol A1 (C2H5) 2C1 képződésével a vanádium vegyértéke egy egységgel, 1 mol A1 (C2H5) 2OC2H5 képződésével pedig két egységgel csökken. Ha a kezdeti A1 (C2H5) 3:VOCl3 mólarány 2-nél nagyobb, az oldat klórtartalma megnő. Ez azzal magyarázható, hogy nehéz a vanádiumot egyértékű formává redukálni és az egyensúlyt létrehozni.
Az alacsonyabb vegyértékű vanádium-oxidok olvadáspontja magasabb, így az alacsony vanádium vegyérték fenntartása segíthet csökkenteni a zeolit lebomlását.
Így e mechanizmus szerint a fém oxidációja oxigén hatására megy végbe a vanádium vegyértékének változása miatt.
A fenti diagramokból látható, hogy 1 mol Al (C2H5) 2C1 képződésével a vanádium vegyértéke egy egységgel, 1 mol (C2H5) 2AlClH5 képződésével pedig két egységgel csökken. Később kiderült, hogy az A1 (C2H8) 3 kölcsönhatása VOC13-mal az első szakaszban kizárólag a vanádium-oxigén kötésen, az RA1 (OR) G1 esetében pedig a vanádium-klór kötésen keresztül megy végbe.
A Bobo munkája során felfedezett öt kémiai vegyület a vanádium vegyértékétől függően tulajdonságaik szerint két csoportba sorolható. Az előbbiek könnyen oldódnak híg savakban, az utóbbiak csak koncentrált savakban. Az UVO5 a legnehezebben oldódik, csak tömény forró kénsavban oldódik. Az elsõ csoportba tartozó vegyületek termikusan instabilak, a VaO5 olvadáspontjához közeli hõmérsékleten megolvadnak vagy lebomlanak - az UVOs5 750 C-on bomlás közben megolvad, és kissé megváltozott paraméterû UsO-t tartalmazó porózus készítmény keletkezik. A második csoportba tartozó vegyületek termikusan stabilabbak. C, amely felett urán-oxiddá és vanádium-dioxiddá bomlik. A C UVOS-ra és V2O5-re bomlik az eredeti vegyületben lévő vanádium vegyértékének megfelelően.
Úgy gondolták, hogy az elsődleges aktív centrumok monomolekuláris mechanizmussal spontán átalakulhatnak másodlagossá / kevésbé aktívvá /, részt vehetnek a polimer lánc növekedési reakciójában, vagy deaktiválódhatnak a vanádium vegyértékének csökkenésével. Ez utóbbi reakció bimolekulárisnak tűnik, és nihalkilt is magában foglalhat.
A vanádium legjellemzőbb vegyértéke 5, emellett ismertek rendkívül instabil vegyületek, amelyek megfelelnek a 4-es, 3-as és 2-es vegyértékeknek.Mint már hangsúlyoztuk, a vizsgált modellobjektumok kiválasztását a radiospektroszkópiai módszer követelményei határozzák meg. Mindenekelőtt azokat az anyagokat vizsgálják, amelyek fő szerkezetében a nullától eltérő nukleáris spinű izotópokat tartalmaznak. Az EPR spektrumokban a hiperfinom kölcsönhatások adják a legteljesebb információt a szennyezőközpont állapotáról és a ráccsal való kölcsönhatásáról. A 3. csoportban az atommag természetes tartalmának 100%-ánál nukleáris spinnel rendelkezik. A titánnak is vannak páratlan izotópjai, de tartalmuk csak néhány százaléka a titánmagok teljes számának. Ezért először a vanadátok vizsgálatát fogják folytatni. Ezek a vegyületek a szilikátok szerkezeti analógjaiként is érdekesek. Használatuk lehetővé teszi olyan tényezők tanulmányozását, mint a vanádium koordináció, a kation vegyértéke és mérete, a lokális szimmetria és a kristálytérerősség különböző rácshelyeken. Ezeket a vizsgálatokat már végezték alkálifém-vanadátokon – a láncszilikátok szerkezeti analógjain. A laboratórium most megkezdte az alkáliföldfém-vanadátok tanulmányozását. Ezek szerkezeti analógjai a 80281207 típusú háromértékű fémszilikátoknak és a szilikátok r. h. e.
A vanádium változó vegyértékű, és magas hőmérsékleti viszonyok között könnyen átadja az oxigén egy részét a vasnak, amely azután elpusztul, oxidokat képezve. A vanádium-pentoxid tetroxiddá alakul (atomos oxigén felszabadulásával, amely oxidálja a vasat), de a gázútban lévő oxigénfelesleggel érintkezve visszaregenerálódik pentoxiddá. Így a vanádium oxigénhordozó szerepet tölthet be - a gázkorrózió katalizátora.
Az etilén polimerizációja nagy nyomáson (100-350 MPa, vagy 1000-3500 kgf/cm) 200-300°C-on, olvadékban iniciátorok (oxigén, szerves peroxidok) jelenlétében megy végbe. Az alacsony nyomású polietilént az etilén polimerizálásával állítják elő 0,2-0,5 MPa (2-5 kgf/cm) nyomáson és 50-80 °C hőmérsékleten komplex fémorganikus katalizátorok (trietil-alumínium, dietil-alumínium-klorid és triizobutil-alumínium) jelenlétében. ). A közepes nyomású polietilént etilén polimerizálásával állítják elő oldószerben 3,5-4,0 MPa (35-40 kgf/cm) nyomáson és 130-170 °C hőmérsékleten változó vegyértékű fém-oxidok jelenlétében, amelyek katalizátorok (króm-, molibdén-, vanádium-oxidok) . Oldószerként benzint, xilolt, ciklohexánt stb. használnak.
Az acél korróziója vanádium jelenlétében azzal a képességgel függ össze, hogy változó vegyértéket mutat. A folyamat Og jelenlétében követheti a sémát
A vanádium-oxid mint katalizátor hatása azon a tényen alapszik, hogy reakciókörülmények között egyik oxidációs állapotból a másikba változhat. A magasabb oxid oxidálja a szénhidrogént, és magát at. ez redukálódik, majd a levegőben lévő szabad oxigén hatására azonnal újra oxidálódik. Levegőfelesleget kell biztosítani, hogy az egyensúly a magasabb vegyértékű oxid felé tolódjon el,
A változó vegyértékű fémeken alapuló katalizátorok használata bizonyos esetekben nem teszi lehetővé a katalizátormaradványok teljes eltávolítását a gumikból, ami a gumi stabilitásának jelentős csökkenéséhez vezethet. Ebből a szempontból a sztereoreguláris gumik szerves lítiumvegyületekkel történő szintézise stabilabb polimerek előállítását eredményezi, mint a kobalt, titán és vanádium alapú katalizátorok alkalmazása.
Jelentős mennyiségű kutatást szenteltek a változó vegyértékű fémszennyeződéseknek a szintetikus gumik oxidációjára és stabilitására gyakorolt hatásával kapcsolatban. A szakirodalom nagy mennyiségű adatot tartalmaz a vas, réz, mangán, kobalt, nikkel, vanádium, cérium, ólom, ón és titán katalitikus hatásáról ezekre a folyamatokra.
X1] (ohm, vanádium, platina stb. szerves vegyületekből, többszörös kötésű vagy nagy vegyértékű termékekből, például oxigénből, kénből, nitrogénből (éterek, ketonok, aldehidek, aminok, kénvegyületek), végül metánból és nafténes szénhidrogénekből.
De a harmadik átmeneti sorozat fémeinek atomjai, Lu-tól H-ig, nem sokkal nagyobbak, mint a második átmeneti sorozat megfelelő fémeinek atomjai, mint az várható lenne. Ennek az az oka, hogy az La után az első belső átmeneti sorozat fémei – a lantanidok – beékelődnek. Az La-ról Lu-ra való átmenet az atomok méretének fokozatos csökkenésével jár a nukleáris töltés növekedése miatt ezt a hatást lantanid kompressziónak nevezik. Ezért a hafnium atom nem akkora, mint az várható lenne, ha közvetlenül La mögött lenne a periódusos rendszerben. A 2g magtöltet 18 egységgel több, mint a T1-é, a földgázé pedig 32 egységgel több, mint a 2g-é. E körülmény következtében a második és harmadik átmeneti sorozat fémei nem csak azonos vegyértékelektronikai konfigurációval rendelkeznek azonos csoportokban, hanem közel azonos atomméretekkel is rendelkeznek. Emiatt a második és harmadik átmeneti sorozat fémeinek tulajdonságai nagyobb hasonlóságot mutatnak egymással, mint az első átmeneti sorozat fémei. A Titán kevésbé hasonlít a 2r-re és az NG-re, mint a Zr és az NG egymásra. A vanádium különbözik az Mb-től és a Ta-tól, de már a tantál és a nióbium elnevezések jelzik, hogy mennyire nehéz elválasztani őket egymástól. A tantált és a nióbiumot 1801-ben és 1802-ben fedezték fel, de közel fél évszázadon át sok kémikus azt hitte, hogy ugyanazzal az elemmel foglalkoznak. A tantál izolálásának nehézségei miatt nevezték el a mitikus ókori görög hősről, Tantalusról, akit az örök céltalan munkára ítéltek. A nióbium viszont Tantalus lányáról, Niobéról kapta a nevét.
A V Hb Ta triád elemeinek kémiája hasonló az előző V és Ta triád elemeinek kémiájához, vegyértékkonfigurációjúak, és vanádium oxidációs állapotban Hb konfiguráció is lehetséges +2, - -3, +4 és - b 5, de Lb és Ta esetében csak az oxidációs állapot az elsődleges fontosságú + 5 (bár ismertek olyan vegyületek, ahol -I- 3 és -1-4 oxidációs állapotban fordulnak elő). A Ti-hez, Zr-hez és NG-hez hasonlóan az Y-Nb-Ta triád fémei is könnyen reakcióba lépnek a K-val, C-vel és O-val magas hőmérsékleten, ezért nehéz előállítani őket a vas és a vas előállítására alkalmazott magas hőmérsékletű redukciós eljárással. egyéb fémek.
Vanádium korróziót nem figyeltek meg a repülőgépek gázturbinás hajtóművei üzemeltetése és tesztelése során. Ennek oka a repülőgép-üzemanyagok alacsony - legfeljebb 10 -10 (tömeg) - vanádiumtartalma. A vanádium-pentoxid olvadáspontja 685 °C, és szerkezeti anyagokkal alacsony olvadáspontú vegyületeket képez. Ezen túlmenően a vanádium változó vegyértékkel rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy oxigént szállítson a gázból a fém felületére.
A tüzelőanyag hamut alkotó legkorrozívabb elemek a vanádium és a nátrium, amelyek együttes jelenlétével a korrózió mértéke sokszorosára nő, ha a hőmérséklet meghaladja a 600°C-ot, ami a tengeri gázturbinákra jellemző. A tüzelőanyagban más, változó vegyértékű és a vanádiumhoz bizonyos tulajdonságaiban hasonló hamuelemek jelenléte (nikkel, vas) nincs jelentős hatással a korrozív hatásukra.
A folyamatkatalizátorok változó vegyértékű fémek (króm, molibdén, vanádium) oxidjai, amelyeket 90 10 tömegarányban szilícium-oxidot és alumínium-oxidot tartalmazó porózus aluminoszilikát hordozóra raknak le. Az iparban a króm-oxidokat leggyakrabban pl. egy katalizátor. A katalizátort úgy állítják elő, hogy egy alumínium-szilikát hordozót krómsav vizes oldatával (CrO3 + HgO) impregnálnak, majd szárítják és aktiválják.
A fémion az alacsonyabb vegyértékű formák egyikévé redukálódik. Az oxigén és a szénhidrogének együttes hatása következtében a fémionok gyakran eltérő vegyérték-állapotban vannak, ami átlagosan egy bizonyos töredékértéknek felel meg. Így a naftalin levegővel történő oxidációja során a vanádiumion átlagos vegyértéke 4,3 VgV 5 helyett. Nyilvánvaló, hogy a fémion állapotát a közeg redox tulajdonságai határozzák meg, és függ az oxigén és a szénhidrogén arányától, a vízgőz jelenlététől stb. Sőt, a kezdeti működési időszakban a katalizátor fokozatosan az adott szintéziskörülmények között stabil állapotba kerül, és a feltételek változtatása megváltoztathatja aktivitását és szelektivitását.
Az előállítás körülményeitől és a katalizátorban lévő vanádium oxidációs fokától (valenciájától) függően színe jelentős határok között változhat. A szulfonálatlan katalizátor jellemzően fehér, míg az oxidált (U+) és szulfonált katalizátor sárgává válik, világosbarna vagy vörös árnyalattal. A redukált katalizátor (U+) zöld, világosszürke vagy kék. A katalizátor higroszkópos, zöld színűvé válik, és nedves légkörben meglágyul. A normál színt és keménységet általában enyhe melegítéssel állítják vissza.
Ilyina Z. P., Timoshenko V. I., Yakovleva T. N. et al. A vanádium vegyértékállapotának hatása a naftalin oxidációjának sebességére vanádium-kálium-szulfát-szilikagél katalizátoron // A negyedik nemzetközi szimpózium Heterogeneous catalysis anyaga. 2. rész - Várnai Bolgár Tudományos Akadémia.-
A II változó vegyértékű fémek közül a vanádium (III), a króm (1P), a mangán (III), a kobalt (II), a nikkel (II), a vas (III), a réz (II), a molibdén (VI) metil-fenil-karbinol képződését eredményezte. , acetofenon, fenol
Vanádium-oxid nehéz desztillátum és maradék tüzelőanyagok elégetésekor (vanádium korrózió). Az acél korróziója vanádium jelenlétében a változó vegyérték megnyilvánulásával jár
Olvadt sók elektrolízisével a berilliumon kívül más tűzálló fémek (szkandium, ittrium, titán, cirkónium, hafnium, tórium, vanádium, nióbium, tantál, króm, molibdén, volfrám és rénium) nyerhetők. Mindegyik a periódusos rendszer átmeneti csoportjainak elemei, amelyeket több vegyértékű kationok képződése jellemez.
Az idegen anyagok oxidációs és redukciós reakciókban való részvétele nagy érdeklődésre tart számot a vegyértékváltozási folyamatok kémiájának tanulmányozása szempontjából, különösen lehetővé teszi a köztes termékek tulajdonságainak kimutatását és vizsgálatát. A kvantitatív elemzés során azonban a kapcsolt reakciók általában káros hatást fejtenek ki, és intézkedéseket kell tenni azok kiküszöbölésére. Így sok esetben a vízben oldott oxigén gyakorlatilag nem oxidálja az oldatban lévő redukálószereket. A megsavanyított kálium-jodid oldatból az oxigén csak nagyon lassan bocsátja ki a jódot. Ha egy oldott oxigént tartalmazó oldatban reakció megy végbe például ötértékű vanádium és kálium-jodid között
Titrálás ötértékű vanádium sók oldataival. Az ötértékű vanádium vegyületei oxidálószerek, és a vanádium különböző vegyértékekre redukálható (4, 3 és 2), ez a körülmény némi kellemetlenséggel jár, mivel minden alkalommal szigorúan meghatározott feltételeket kell figyelembe venni.
Az ötértékű vanádium sók oldataival történő titrálási módszereket főként V. S. Syrokomsky és munkatársai fejlesztették ki. Az ötértékű vanádium mellett a három vegyértékű vanádiumot is használják az oxidálószer titrált munkaoldataként, mint a redukálószer titrált munkaoldataként. A különböző vegyértékű vanádiumvegyületekkel végzett titráláson alapuló módszerek alkalmazását összefoglaló néven vanadatometriának nevezik.
Adja meg az elektronikus képletet, és rajzolja meg a vanádium atom vegyértékpályáinak grafikus diagramját! Magyarázza meg a vanádium pozitív oxidációs állapotának megnyilvánulását, amely megegyezik az elemek periódusos rendszerének csoportszámával!
Milyen a vanádium-, nióbium- és tantálatomok elektronhéjának szerkezete. Ismertesse vegyértéküket és oxidációs állapotukat a vegyületekben?
A legszélesebb körben tanulmányozott jó katalizátorok vanádiumvegyületekből (vanádium vegyérték három vagy nagyobb) és alumínium alkilszármazékaiból állnak. Az egyik komponensnek halogént kell tartalmaznia. Előnyös, ha a katalitikus rendszer komponenseit külön-külön vezetjük be a reakcióelegybe monomer jelenlétében. Az aktív katalizátor átlagos élettartama rövid, és körülbelül 5-10 perc 30 °C-on.
H5Hg l, és az oldat sötétvörös színűvé válik. Ez az oldat lassan megvilágosodik és néhány óra múlva szinte színtelenné válik, ami a színes anyagok teljes lebomlását jelzi. Ilyenkor vanádiumot tartalmazó csapadék képződik, melynek vegyértéke a reagensek kezdeti arányától függ. Ha a kiindulási keverékben a difenil-higany és a vanádium-klorid mólaránya 1, akkor a vanádium vegyértéke a csapadékban egy egységgel kisebb, mint a kiindulási vanádium-kloridé. A magasabb Hd V arány a kezdeti keverékben az üledékben lévő vanádium vegyértékének több mint eggyel csökkenéséhez vezet. A ciklohexánban csak bifenil található, és ha a (CbH5)Hd Y0Cl3 arány 10,2-re nő, mennyisége növekszik, és eléri az 1,4-1,67 mol/1 mol VOCS értéket. A reakció a következőképpen megy végbe
A legtöbb esetben az adipinsavat két lépésben állítják elő. Az első a ciklohexán ciklohexanonná és ciklohexanollá történő oxidációja levegővel (vagy oxigén és nitrogén oxigénnel dúsított keverékével) gáz-folyadék rendszerben 3-5 °C-on és 120-130 °C-on, oldható fémnaftenátok jelenlétében. és több vegyértékállapotú sztearátok (Co, Mn, Si, Re, Cr). A reakciót szerves peroxidok vagy aldehidek és ketonok, mint promotorok jelenlétében is végrehajthatjuk. A második szakaszt - a ciklohexanol - ciklohexanon keverékének oxidációját - az iparban folyamatos séma szerint 50% salétromsavval szilárd katalizátorok (réz, vanádium) jelenlétében 80 ° C-on és alacsony nyomáson végzik. És ebben az esetben lehetőség van az oxidáció végrehajtására levegővel, de az első lépéstől eltérő körülmények között.
A szénhidrogének heterogén oxid katalizátorokon történő oxidációjának példáján azt találtuk, hogy a folyadékfázisú folyamatban bizonyos esetekben más termékek képződnek, mint az azonos kezdeti rendszerű gázfázisú folyamatban. A reakciótermékek ebben az esetben megközelítik a változó vegyértékű oldható fémsókból származó homogén katalizátorok folyadékfázisú láncoxidációjának reakciójának termékeit. Így a gázfázisú o-xilolt vanádium-pentoxidon ftálsavanhidriddé, a folyékony fázisban o-tolusavvá oxidálják, amelyet az o-xilol folyékony fázisban és kobalt- és mangánsókkal történő oxidációjával nyernek. Egyes munkákban az oxidkatalizátorok felületének szerepe a szénhidrogének folyadékfázisú oxidációjában csak gyökképződésre redukálódik egy ömlesztett, értékes folyamathoz. Azonban a kutatás
Az alacsonyabb vegyértékű vanádium-oxidok olvadáspontja magasabb, így az alacsony vanádium vegyérték fenntartása segíthet csökkenteni a zeolit lebomlását. A vanádium vegyértékének csökkentésének egyik módszere bizonyos mennyiségű koksz felhalmozódása a katalizátoron. Ezzel a technikával védik a K21 katalizátort a KKF berendezés kétfokozatú regenerátorában.
A vanádium, a nióbium és a tantál alkotják a periódusos rendszer VB alcsoportját Ebbe az alcsoportba tartozik az 1967-ben mesterségesen nyert 105. számú elem is, amelyre a nilsbórium nevet javasolták. Ezen elemek utolsó két atomszintjének elektronkonfigurációját az (n-l)d ns- képlet fejezi ki, a nióbium esetében pedig 4d 5s (n a periódusszám). A vegyértékelektronok (-)d és ns, de csak az atomok gerjesztett állapotában (kivéve a nióbiumot). Így a vegyületekben ezen elemek maximális vegyértéke öt. A vanádium és a nióbium monoizotóp elemek, a természetes tantál pedig szinte teljes egészében izotópokból áll.
A regenerátort elhagyó katalizátoron a fémek oxidok formájában vannak. Ezt a vanádium példaként bebizonyította. A porfirinben a vanádium négyértékű formában (U +) van. Ha egy ilyen vegyületből vanádiumot raknak le a katalizátorra, annak vegyértéke nem változik, amit a vanádiummal mérgezett krakk-katalizátorok elektronparamágneses rezonancia spektruma alapján állapítanak meg. A vanádiummal szennyezett krakkolási katalizátorok levegővel történő kezelése után jellemzően égetésre használt körülmények között a négyértékű vanádium egy másik, valószínűleg ötvegyértékű oxidációs állapotba változik, és az elektronparamágneses rezonancia nem érzékeli. Mivel a mérgezett katalizátor aktivitása erősen függ attól a vegyület típusától, amelyben a fém jelen van a katalizátoron, a mérgezett katalizátorok eredeti aktivitásának és szelektivitásának helyreállítása érdekében a fémeket vagy teljesen el kell távolítani, vagy át kell alakítani. új, inaktív vegyületekké.
Ennek a folyamatnak az első szakasza - a ftalonitrilek szintézise - atmoszférikus nyomáson, 350-480 C hőmérséklet-tartományban, négyhétszeres ammónia- és oxigénfelesleggel történik. Katalizátorként változó vegyértékű fém-oxidokat használnak, amelyek főként vanádium-pentoxid alapúak. Az oxidok keverékének alkalmazása lehetővé teszi a katalizátorok aktivitásának növelését és némileg javítja a szelektivitást. Leggyakrabban vanádium-, ón- és titán-oxidok, vanádium- és króm-, vanádium- és molibdén-oxid-keverékek használata javasolt. A katalizátorok használhatók ötvözetek, együtt kicsapott oxidok formájában, vagy alumínium-oxidra, karborundumra, szilikagélre, alumínium-szilikátra stb.
Égési körülmények között az összes maradék tüzelőanyag-szennyeződés hőbomláson és oxidáción megy keresztül, új vegyületek képződésével. A tüzelőanyagban bizonyos nátrium és vanádium arány mellett például a Na20-V2O4-5V2O5-nátrium-vanadil-vanadát komplex vegyületet kapjuk. Ennek az anyagnak viszonylag alacsony az olvadáspontja (625 °C), és enyhén melegített részeken lerakódhat. A vanádium-oxidok korrozív hatásának mechanizmusa azzal a képességgel függ össze, hogy a környezeti feltételektől függően változó vegyértéket mutat. Acélkorrózió van jelen
Célja. A fémek dezaktivátorai (inaktivátorai, passzivátorai) olyan adalékanyagok, amelyek elnyomják a fémek katalitikus hatását az üzemanyagok oxidációjára. A dezaktivátorokat általában az antioxidánsokkal együtt az antioxidánsnál 5-10-szer alacsonyabb koncentrációban adják az üzemanyaghoz. Két- és háromkomponensű adalékanyagok összetevői is lehetnek. Megállapítást nyert, hogy a változó vegyértékű fémek erős katalizátorok a szénhidrogén üzemanyagok oxidációjában. A fémek folyamatosan érintkeznek az üzemanyagokkal - olajfinomítókban, szivattyúberendezésekben és motorokban, és összetételükben mikroszennyeződések formájában szerepelnek. Alumínium, berillium, vanádium, bizmut, vas, arany, szilícium, kálium, kalcium, kobalt, réz, molibdén, nátrium, nikkel, rubídium-ón, ezüst, ólom, stroncium, titán, cink stb. jelenlétét mutatták ki az üzemanyagban párlatok.
Különös tudományos érdeklődésre tart számot azon szerves fémvegyületek tulajdonságainak és reakcióinak tanulmányozása, amelyekben vanádium és nikkel atomok vegyértékkötésekkel és komplexek formájában kapcsolódnak a molekulák szénvázához, azzal a céllal, hogy megtalálják a gyanták és aszfaltének fémmentesítésének módjait. . Nagy gyakorlati érdeklődésre tartanak számot a gyanták összetételében és szerkezetében bekövetkező kémiai változások mélységének és irányának szisztematikus tanulmányozása hevítés közben, figyelembe véve olyan tényezőket, mint az időtartam és a hőmérséklet, a nyomás a különböző gázok (H2, N2, O2) környezetében. , NH3, Ng3 stb.), valamint a küszöbhőmérséklet és a gyanták kritikus koncentrációinak számszerű értékeinek tanulmányozása oldatokban a pusztulásuk és az aszfalténképződés folyamatára vonatkozóan. A kémiai reakciók és a magas hőmérsékletű átalakulások folyamatainak részletes tanulmányozása nagy jelentőséggel bír a műszaki felhasználásuk (koksz, szurok, lakkok, korom és egyéb termékek) gyakorlati módjainak ésszerű és gazdaságos irányainak megválasztásakor.
A folyékony amalgámok alkalmazása jó eredményeket ad a vas, vanádium, molibdén, urán és más fémek ionjainak alacsonyabb vegyértékű formákká történő átalakításakor különböző potenciálokon csökkentik.
Az alacsonyabb vegyértékfokokra való csökkentésnél figyelembe kell venni a légköri oxigén hatását. A vasvas, az ötvegyértékű molibdén, a négy vegyértékű vanádium és az urán meglehetősen stabilak a levegőben. Ezekben az esetekben nem lehet intézkedéseket tenni a levegő hatásának megakadályozására. Amikor az uránt cinkkel vagy kadmiummal redukálják, a levegőben felrázva részben három vegyértékű urán képződik, ez utóbbi négy vegyértékű uránná alakul, ezért itt még a levegő hozzáférése is szükséges.
Lásd az oldalakat, ahol a kifejezés szerepel Vanádium vegyérték: Az általános kémia alapjai, 2. kötet, 3. kiadás (1973) -- [
