História do Vanadio, Propriedades, Estrutura, Usos

Ele vanádio É o terceiro metal de transição da tabela periódica, representada pelo símbolo químico V. Não é tão popular quanto outros metais, mas aqueles que entendem aços e titanianos o ouviram mencionar isso como um aditivo para seu reforço em ligas ou ferramentas. Fisicamente é sinônimo de dureza e quimicamente, colorido.

Alguns produtos químicos ousam qualificá -lo como um metal de camaleão, capaz de adotar em seus compostos uma ampla gama de cores; propriedade eletrônica que se assemelha à dos metais de manganês e cromo. Em seu estado nativo e puro, ele se parece com outros metais: prata, mas com tons azulados. Depois de oxidado, olhe para baixo.

Peças metálicas de vanádio com finas camadas iridescentes de óxido amarelo. Fonte: Jurii [CC por 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/3.0)]

Nesta imagem, a iridescência do óxido é mal distinguida, o que depende dos leilões ou da superfície dos cristais de metal. Esta camada de óxido o protege das oxidações subsequentes e, portanto, da corrosão.

Essa resistência à corrosão, bem como fraturas térmicas, fornece ligas quando os átomos de V para eles são adicionados. Tudo isso, sem aumentar muito seu peso, já que o vanádio não é um heavy metal, mas leve; Ao contrário do que muitos podem pensar.

Seu nome deriva da deusa nórdica Vanadís, da Escandinávia; No entanto, foi descoberto no México, como parte do Mineral Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃CL, de cristais avermelhados. O problema era que, para obtê -lo daquele mineral e muitos outros, o vanádio teve que₂QUALQUER₅ (que é reduzido com cálcio).

Outras fontes de vanádio descansam em seres marinhos, ou no petróleo, "preso" dentro de Petroporphyrins.

Em solução, as cores que seus compostos podem ter, dependendo do estado de oxidação, são amarelos, azuis, verde escuro ou violeta. O vanádio não se destaca apenas para esses números ou estados de oxidação (de -1 a +5), mas por sua capacidade de coordenar de diferentes maneiras com ambientes biológicos.

A química do vanádio é abundante, misteriosa e comparada a outros metais, ainda há muita luz que deve ser derramada para seu entendimento próximo.

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História

Descoberta

O México tem a honra de ter sido o país onde esse elemento foi descoberto. O mineralogista Andrés Manuel del Río, em 1801, analisando um mineral avermelhado que ele se chamou de chumbo Brown (Vanadinita, PB₅[Vo₄]₃Cl), óxidos metálicos extraídos cujas características não correspondiam às de nenhum elemento conhecido até então.

Assim, ele primeiro batizou esse elemento com o nome de 'Pancromo' para a rica variedade de cores de seus compostos; Então ele renomeou 'Eryron', da palavra grega eritronium, que significa vermelho.

Quatro anos depois, o químico francês Hipólito Victor Collet Donso. E mais de vinte anos se passaram para saber algo sobre esse elemento esquecido descoberto em solos mexicanos novamente.

Surgimento do nome

Em 1830, o químico suíço Nils Gabriel Sefström descobriu outro novo elemento em minerais de ferro, que Vanadio chamou; nome que derivou da deusa nórdica da vanadísse, em comparação com sua beleza com as cores brilhantes dos compostos deste metal.

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Nesse mesmo ano, o geólogo alemão George William Featherstonhaugh, disse que vanádio e eritrone eram realmente o mesmo elemento; E embora ele quisesse que o nome do rio prevaleça chamando -o de 'rionio', sua proposta não foi aceita.

Isolamento

Para isolar o vanádio, era necessário. Ele teve que primeiro transformá -lo em espécies que foram reduzidas com relativa facilidade; No processo, Berzelius obteve o vanadium nitruro em 1831, que confundiu com o metal nativo.

Em 1867, o químico inglês Henry Enfield Roscoe, conseguiu reduzir o cloreto de vanádio (II), VCL₂, Um vanádio metálico usando gás hidrogênio. No entanto, o metal que ele produziu foi impuro.

Finalmente, marcando o princípio da história tecnológica do vanádio, uma grande amostra de pureza foi obtida reduzindo o V₂QUALQUER₅ Com cálcio metálico. Um de seus primeiros usos excelentes foi usado para fabricar o chassi do carro Ford Modelo T.

Propriedades

Aparência física

Em sua forma pura, é um metal cinza com nuances azuladas, macias e dúcteis. No entanto, quando uma camada de óxido é coberta (especialmente o produto de um isqueiro), ele carrega cores impressionantes como se fosse um camaleão de vidro.

Massa molar

50.9415 g/mol

Ponto de fusão

1910 ° C

Ponto de ebulição

3407 ° C

Densidade

-6,0 g/ml, à temperatura ambiente

-5,5 g/ml, no ponto de fusão, ou seja, mal derrete.

Calor de fusão

21,5 kJ/mol

Calor de vaporização

444 KJ/mol

Capacidade de calor molar

24,89 J/(mol · k)

Pressão de vapor

1 PA A 2101 K (praticamente desprezível, mesmo em altas temperaturas).

Eletro-negatividade

1.63 na escala Pauling.

Energias de ionização

Primeiro: 650.9 kJ/mol (V⁺ gasoso)

Segundo: 1414 KJ/mol (V²⁺ gasoso)

Terceiro: 2830 KJ/mol (V³⁺ gasoso)

Dureza mohs

6.7

Decomposição

Quando aquecido pode liberar vapores tóxicos de V₂QUALQUER₅.

Cores de soluções

Da esquerda para a direita, soluções de vanádio em diferentes estados de oxidação: +5, +4, +3 e +2. Fonte: w. Oelen via Wikipedia.

Uma das características principais e notórias do vanádio são as cores de seus compostos. Quando alguns deles são dissolvidos em meio ácido, as soluções (principalmente aquosas) exibem cores que permitem distinguir um número ou status de oxidação de outro.

Por exemplo, quatro tubos de teste com vanádio em diferentes estados de oxidação são mostrados na imagem superior. Aquele à esquerda, amarelo, corresponde a V⁵⁺, especificamente como vo cation₂⁺. Então, eles seguem a votação²⁺, com v⁴⁺, de cor azul; O cátion v³⁺, verde escuro; e V²⁺, Violet ou Mauve.

Quando uma solução consiste em uma mistura de compostos V⁴⁺ e V⁵⁺, Uma cor verde brilhante é obtida (produto de amarelo com azul).

Reatividade

A camada V₂QUALQUER₅ Sobre o vanádio o protege de reagir com ácidos fortes, como sulfúrico ou cloridrico, bases fortes e, além da corrosão causada por maiores oxidações.

Quando é aquecido acima de 660 ° C, o vanádio é completamente oxidado, usando um sólido amarelo com brilho iridescente (dependendo dos ângulos de sua superfície). Este óxido amarelo laranja pode se dissolver se o ácido nítrico for adicionado, o que retornaria ao vanádio sua cor prata.

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Isótopos

Quase todos os átomos de vanadio no universo (99,75% deles) são sobre o isótopo ⁵¹V, enquanto uma porção muito pequena (0,25%) corresponde ao isótopo ^cinquentaV. A partir daqui, não é de surpreender que o peso atômico do vanádio seja 50.9415 U (mais próximo de 51 do que 50).

Os outros isótopos são radioativos e sintéticos, com metade -vida tempos (t_1/2) que variam entre 330 dias (⁴⁹V), 16 dias (⁴⁸V), algumas horas ou 10 segundos.

Estrutura e configuração eletrônica

Vanadio, os átomos em V são dispostos em uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo (BCC), produto de seu link metálico. Das estruturas, isso é menos denso, participando do “Mar de elétrons” seus cinco elétrons de Valência, de acordo com a configuração eletrônica:

[AR] 3D³ 4s²

Assim, os três elétrons do orbital 3D e os dois do orbital 4s são unidos para viajar uma faixa formada pela sobreposição dos orbitais de Valência de todos os átomos V do vidro; Claramente, explicação baseada na teoria da banda.

Por ser um pouco menor, os átomos V do que os metais à sua esquerda (Scandio e Titanium) na tabela periódica e, dadas suas características eletrônicas, sua ligação metálica é mais forte; fato que se reflete em seu maior ponto de fusão e, portanto, com seus átomos mais coesos.

De acordo com estudos de computador, a estrutura do vanádio do BCC é estável, mesmo sob enormes pressões de 60 GPa.  Excedeu essa pressão, seu cristal sofre uma transição para a fase romboédrica, que permanece estável até 434 GPa; Quando a estrutura do BCC reaparece novamente.

Números de oxidação

A configuração eletrônica do vanádio indica por si só que seu átomo é capaz de perder até cinco elétrons. Quando isso acontece, torna -se isoletrônico para o nobre gás argônio, e a existência de cátion v é assumida⁵⁺.

Da mesma forma, a perda de elétrons pode ser gradual (dependendo de quais espécies vinculadas), com números de oxidação positiva que variam de +1 a +5; Portanto, em seus compostos, a existência dos respectivos cátions v é assumida⁺, V²⁺ E assim por diante.

Vanádio também pode ganhar elétrons, tornando -se um ânion metálico. Seus números de oxidação negativa são: -1 (v^-) e -3 (V^3-). A configuração eletrônica do V^3- é:

[AR] 3D⁶ 4s²

Embora quatro elétrons estejam ausentes para completar o preenchimento dos orbitais 3D, o V é mais estável^3- que v^7-, que em teoria precisaria de espécies no extremo eletropositivo (para dar seus elétrons).

Formulários

-Metal

Ligas de aço e titânio

O vanádio fornece resistência mecânica, térmica e vibracional, além da dureza às ligas às quais é adicionada. Por exemplo, como Ferrovanadio (liga de ferro e vanádio) ou carboneto de vanádio, é adicionado junto com outros metais em aço ou em ligas de titânio.

Dessa forma, muito difícil e ao mesmo tempo leve, útil para ferramentas (lotes e teclas de nozes), engrenagens, peças de carro ou aeronaves, turbinas, bicicletas, motores a jato, facas, implantes dentários, etc.

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Além disso, suas ligas com Galio (V₃G) são supercondutores e são usados ​​para a fabricação de ímãs. Além disso, dada a sua pouca reatividade, as ligas de vanádio são destinadas a tubos onde os reagentes químicos corrosivos correm.

Vanadio redox baterias

O vanádio faz parte de baterias redox, VRB (para seu acrônimo em inglês: baterias redox de vanádio). Estes podem ser usados ​​para promover a geração de eletricidade a partir de energia solar e eólica, bem como baterias em veículos elétricos.

-Compostos

Pigmento

O V₂QUALQUER₅ É usado para dar cor dourada a vidro e cerâmica. Por outro lado, a presença deles em alguns minerais se tornou esverdeada, assim como as esmeraldas (e graças também a outros metais).

Catalisador

O V₂QUALQUER₅ É também um catalisador usado para a síntese de ácido sulfúrico e ácido anidrido maleico. Misturado com outros óxidos metálicos, catalisa outras reações orgânicas, como a oxidação de propano e propileno em acrolina e ácido acrílico, respectivamente.

Medicinal

Os medicamentos que consistem em complexos de vanadio foram considerados como possíveis e possíveis candidatos ao tratamento de diabetes e câncer.

Artigo biológico

Parece irônico que o vanádio, seja seus compostos coloridos e tóxicos, seus íons (VO⁺, Vo₂⁺ e vo₄^3-, principalmente) em traços, eles são benéficos e essenciais para os seres vivos; especialmente os de habitats marinhos.

As razões estão centradas em seus estados de oxidação, com quantos ligantes dos ambientes biológicos são coordenados (ou interação), na analogia entre o vanadato e o ânion fosfato (VO₄^3- e Po₄^3-) e em outros fatores estudados por produtos químicos bioinorgânicos.

Os átomos de vanadio podem então interagir com os átomos pertencentes a enzimas ou proteínas, com quatro (coordenação tetraedro), cinco (pirâmide quadrada ou outras geometrias) ou seis. Se, quando isso ocorrer, uma reação favorável para o corpo é desencadeada, diz -se que o vanádio exerce atividade farmacológica.

Por exemplo, existem halloperoxidases: enzimas que o vanádio pode usar como cofator. Existem também vanabinas (nas células de vanadócitos dos tunicatos), fosforlases, nitrogenases, transferrinas e soro (mamíferos) albumina, capaz de interagir com este metal.

Uma molécula de coordenação orgânica ou complexa chamada Amavadin, está presente nos corpos de certos fungos, como Amanita Muscaria (imagem inferior).

Cogumelo de cogumelo. Fonte: Pixabay.

E finalmente, em alguns complexos, o vanádio pode ser contido em um grupo Hemo, como em ferro em hemoglobina.

Referências

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