Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Апреля 2014 в 20:21, реферат
Краткое описание
Вана́дий — элемент побочной подгруппы пятой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 23. Обозначается символом V (лат. Vanadium). Простое вещество ванадий (CAS-номер: 7440-62-2) — пластичный металл серебристо-серого цвета.
Содержание
1 История 2 Происхождение названия 3 Нахождение в природе 3.1 Месторождения 4 Получение 5 Физические свойства 6 Химические свойства 7 Применение 8 Биологическая роль и воздействие 9 Изотопы 10 литература
Финансовый университет при Правительстве
Российской Федерации (Финуниверситет)
Бузулукский финансово-экономический
колледж
(Бузулукский филиал Финуниверситета)
РЕФЕРАТ
Дисциплина
«Химия»
Тема: ВАНАДИЙ
Проверила: Суворина В.Г.
Выполнил: студент группы 19
Ларионов В.Н
Бузулук 2014 год
Содержание
1 История
2 Происхождение названия
3 Нахождение в природе
3.1 Месторождения
4 Получение
5 Физические свойства
6 Химические свойства
7 Применение
8 Биологическая роль и воздействие
9 Изотопы
10 литература
Ванадий
Вана́дий — элемент побочной подгруппы пятой группы,
четвёртого периода периодической системы химических
элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 23. Обозначается символом V
(лат. Vanadium). Простое вещество ванадий (CAS-номер: 7440-62-2) — пластичный металл серебристо-серого цвета.
История
Ванадий был открыт в 1801 г. профессором
минералогии из Мехико Андресом Мануэлем Дель Рио
в свинцовых рудах. Он обнаружил новый
металл и предложил для него название
«панхромий» из-за широкого диапазона
цвета его соединений, сменив затем название
на «эритроний». Дель Рио не имел авторитета
в научном мире Европы, и европейские химики
усомнились в его результатах. Затем и
сам Дель Рио потерял уверенность в своём
открытии и заявил, что открыл всего лишь
хромат свинца.
В 1830 году ванадий был открыт заново
шведским химиком Нильсом Сефстрёмом в железной руде. Новому элементу
название дали Берцелиус и Сефстрём.
Шанс открыть ванадий был у Фридриха Вёлера, исследовавшего мексиканскую
руду, но он серьёзно отравился фтороводородом
незадолго до открытия Сефстрёма и не
смог продолжить исследования. Однако
Вёлер довёл до конца исследование руды
и окончательно доказал, что в ней содержится
именно ванадий, а не хром.
Происхождение названия
Этот элемент образует соединения
с красивой окраской, отсюда и название
элемента, связанное с именем скандинавской
богини любви и красоты Фрейи (др.-сканд. Vanadís — дочь Ванов; Ванадис).
Нахождение в природеВанадий
относится к рассеянным элементам и в
природе в свободном виде не встречается.
Содержание ванадия в земной коре 1,6·10−2% по массе,
в воде океанов 3·10−7%. Наиболее
высокие средние содержания ванадия в магматических породах отмечаются в габбро и базальтах (230—290 г/т). В осадочных породах значительное накопление ванадия
происходит в биолитах (асфальтитах, углях,
битуминозных фосфатах), битуминозных
сланцах, бокситах, а также в оолитовых и кремнистых железных рудах. Близость ионных радиусов
ванадия и широко распространённых в магматических
породах железа и титана приводит к тому, что ванадий
в гипогенных процессах целиком находится
в рассеянном состоянии и не образует
собственных минералов. Его носителями
являются многочисленные минералы титана
(титаномагнетит, сфен, рутил, ильменит), слюды, пироксены и гранаты, обладающие повышенной изоморфной
ёмкостью по отношению к ванадию. Важнейшие
минералы: патронит V(S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl и некоторые
другие. Основной источник получения ванадия —
железные руды, содержащие ванадий как
примесь.
Месторождения
Известны месторождения в Перу,
США, ЮАР, Финляндии, Австралии, Армении,
России[2].
ПолучениеВ промышленности
при получении ванадия из железных руд
с его примесью сначала готовят концентрат,
в котором содержание ванадия достигает
8-16 %. Далее окислительной обработкой ванадий
переводят в высшую степень окисления
+5 и отделяют легко растворимый в воде
ванадат натрия (Na) NaVO3. При подкислении
раствора серной кислотой выпадает осадок,
который после высушивания содержит более
90 % ванадия.
Первичный концентрат восстанавливают
в доменных печах и получают концентрат
ванадия, который далее используют при
выплавке сплава ванадия и железа — так
называемого феррованадия (содержит от
35 до 80 % ванадия). Металлический ванадий
можно приготовить восстановлением хлорида
ванадия водородом (H), термическим восстановлением
оксидов ванадия (V2O5 или V2O3) кальцием,
термической диссоциацией VI2 и другими
методами.
Физические свойства
Бруски ванадия 99,95 % чистоты,
полученные переплавкой в электронном
пучке. Поверхность брусков протравлена
для проявления структуры.
Ванадий — пластичный металл серебристо-серого цвета, по внешнему виду похож на
сталь. Кристаллическая решётка кубическая объёмноцентрированная, a=3,024 Å, z=2, пространственная группа Im3m. Температура плавления
1920 °C, температура кипения 3400 °C, плотность
6,11 г/см³. При нагревании на воздухе выше
300 °C ванадий становится хрупким. Примеси кислорода, водорода и азота резко снижают пластичность ванадия и повышают его твёрдость и хрупкость[1].
Химические свойства
Химически ванадий довольно
инертен. Он стоек к действию морской воды,
разбавленных растворов соляной, азотной
и серной кислот, щелочей.
С кислородом ванадий образует
несколько оксидов: VO, V2O3, VO2,V2O5. Оранжевый
V2O5 — кислотный
оксид, темно-синий VO2 — амфотерный,
остальные оксиды ванадия — основные.
Галогениды ванадия гидролизуются. С галогенами
ванадий образует довольно летучие галогениды
составов VX2 (X = F, Cl, Br, I), VX3, VX4 (X = F, Cl, Br), VF5 и несколько
оксогалогенидов (VOCl, VOCl2, VOF3 и др.). Известны
следующие оксиды ванадия:
Название
Формула
Плотность
Температура плавления
Температура кипения
Цвет
Оксид ванадия(II)
VO
5,76 г/см³
~1830 °C
3100 °C
Черный
Оксид ванадия(III)
V2O3
4,87 г/см³
1967 °C
3000 °C
Черный
Оксид ванадия(IV)
VO2
4,65 г/см³
1542 °C
2700 °C
Темно-голубой
Оксид ванадия(V)
V2O5
3,357 г/см³
670 °C
2030 °C
Красно-желтый
Соединения ванадия в степенях
окисления +2 и +3 — сильные восстановители,
в степени окисления +5 проявляют свойства
окислителей. Известны тугоплавкий карбид
ванадия VC (tпл=2800 °C), нитрид
ванадия VN, сульфид ванадия V2S5, силицид ванадия
V3Si и другие
соединения ванадия.
При взаимодействии V2O5 с основными
оксидами образуются ванадаты — соли ванадиевой
кислоты вероятного состава HVO3.
Применение
80 % всего производимого ванадия
находит применение в сплавах, в основном
для нержавеющих и инструментальных сталей.
Атомно-водородная
энергетика
Хлорид ванадия применяется
при термохимическом разложении воды
в атомно-водородной энергетике (ванадий-хлоридный
цикл «Дженерал Моторс»,США). В металлургии
ванадий обозначается буквой Ф
Химические источники
тока
Пентаоксид ванадия широко
применяется в качестве положительного
электрода (анода) в мощных литиевых батареях
и аккумуляторах. Ванадат серебра в резервных
батареях в качестве катода.
В производстве серной кислоты
Оксид ванадия(V) используется как катализатор
на стадии превращения сернистого ангидрида в серный.
Биологическая роль
и воздействие
Установлено, что ванадий может
тормозить синтез жирных кислот, подавлять
образование холестерина. Ванадий ингибирует
ряд ферментных систем, тормозит фосфорилирование
и синтез АТФ, снижает уровень коферментов А и Q, стимулирует активность моноаминоксидазы
и окислительное фосфорилирование. Известно
также, что при шизофрении содержание
ванадия в крови значительно повышается.
Избыточное поступление ванадия
в организм обычно связано с экологическими
и производственными факторами. При остром
воздействии токсических доз ванадия
у рабочих отмечаются местные воспалительные
реакции кожи и слизистых оболочек глаз,
верхних дыхательных путей, скопление
слизи в бронхах и альвеолах. Возникают
и системные аллергические реакции типа
астмы и экземы; а также лейкопения и анемия,
которые сопровождаются нарушениями основных
биохимических параметров организма.
При введении ванадия животным
(в дозах 25-50 мкг/кг), отмечается замедление
роста, диарея и увеличение смертности.
Всего в организме среднего
человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия.
Ванадий и его соединения токсичны. Токсическая
доза для человека 0,25 мг, летальная доза —
2-4 мг.
Повышенное содержание белков
и хрома в рационе снижает токсическое
действие ванадия. Нормы потребления для
этого минерального вещества не установлены.
Кроме того ванадий у некоторых
организмов, например, у морских жителей
дна голотурий и асцидий концентрируется в целомической
жидкости/крови, причем его концентрации
достигают 10 %. Его функция в организме
голотурий до конца не ясна, разные ученые
считают его отвечающим либо за перенос
кислорода в организме этих животных,
либо за перенос питательных веществ.
С точки зрения практического использования —
возможна добыча ванадия из этих организмов,
экономическая окупаемость таких «морских
плантаций» на данный момент не ясна, но
в Японии имеются пробные варианты.
Изотопы
Природный ванадий состоит
из двух изотопов: слаборадиоактивного 50V (изотопная
распространённость 0,250 %) и стабильного 51V (99,750 %). Период полураспада ванадия-50 равен 1,5·1017 лет, т. е.
для всех практических целей его можно
считать стабильным; этот изотоп в 83 % случаев
посредством электронного захвата превращается в 50Ti, а в 17 % случаев испытывает бета-минус-распад, превращаясь в 50Cr. Известны 24 искусственных
радиоактивных изотопа ванадия с массовым числом от 40 до 65 (а также 5 метастабильных состояний). Из них наиболее стабильны 49V (T1/2=337 дней) и 48V (T1/2=15,974 дня).
Соединения ванадия
Периодическая
система химических элементов Д. И. Менделеева