Металл: Ванадий

   Ванадий не ржавеет ни в пресной, ни в морской воде, ни в растворах  щелочей.

Действуют на него лишь расплавленные щелочи:

                     4V + 12NaOH + 5O2 = 4Na3VО4 + 6H2О

    Из  кислот на него действуют концентрированная  серная и азотная кислоты, плавиковая и их смеси:

                     V + 4H2SО4  = V(SО4)2 + 2H2О + 2SО2

    Особенностью  ванадия считается высокая растворимость в нем водорода.  В результате такого взаимодействия  образуются твердые растворы  и гидриды. Наиболее  вероятная   форма   существования  гидридов   —   металлообразные соединения  с  электронной  проводимостью.  Они  способны   довольно   легко переходить  в  состояние  сверхпроводимости.   Гидриды   ванадия   могут   с некоторыми твердыми или жидкими металлами образовывать растворы,  в  которых повышается растворимость водорода.

    Самостоятельный  интерес представляют карбиды ванадия, так как по  своим качествам  дают  для  современной  техники   материал   с   весьма   ценными свойствами.  Они  исключительно  тверды,  тугоплавки  и   обладают   хорошей электрической  проводимостью.  Ванадий  способен   для   образования   своих карбидов даже вытеснить другие металлы из их карбидов:

                            3V + Fе3С = V3С + 3Fе

    Известен  целый ряд соединений ванадия  с углеродом:

                          V3С; V2C; VC; VзС2; V4С3

    С  большинством членов главной  подгруппы  ванадий дает  соединения  ка бинарные (т. е. состоящие только из двух элементов.), так и  более  сложного состава. Нитриды образуются  при  взаимодействии  порошка  металла  или  его оксидов с газообразным аммиаком:

                           6V + 2NН3 = 2V3N + 3Н2

                        V2О2 + 2NH3 = 2VN + 2H2О + H2

    Для,  полупроводниковой техники интерес  представляют фосфиды  V3Р,  V2P, VP, VP2 и арсениды V3As, VAs.

    Комплексообразующие   свойства   ванадия   проявляются   в   образовании соединений сложного состава типа фосфорно-ванадиевой кислоты  H7PV12O36  или Н7[Р(V2O6)6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Свойства соединений.

Ванадий даёт соединения 2-й, 3-й, 4-й и 5-й валентностей, в соответствии с этим известны следующие  окислы: VO и V2O3 (основной характер), VO2 (амфотерный), V2O5 (кислотный). Соединения двух- и трехвалентного ванадия неустойчивы и выступают  сильными восстановителями. Соединения высших валентностей имеют практическое значение. В аналитической химии  используется способность ванадия  образовывать соединений различной  валентности, к тому же данный факт обусловливает каталитические свойства V2O5. Пятиокись ванадия способна растворяться в щелочах, образуя ванадаты.

 Ванадий образует с галогенами летучие галогениды составов которых выглядит так VX2 (X = F, Cl, Br, I), VX4 (X = F, Cl, Br), VX3, VF5, а также несколько оксогалогенидов (например, VOF3, VOCl2, VOCl и др.).

 Давайте рассмотрим основные химические реакции с ванадием.

 При нагревании до температуры выше 600 градусов по Цельсию ванадий взаимодействует с кислородом, в результате чего образуется оксид ванадия (V):

4V + 5O2 = 2V2O5.

Оксид ванадия (IV) образуется и при горении элемента на воздухе:

V + O2 = VO2.

При достижении температуры выше 700 градусов по Цельсию  ванадий реагирует с азотом, образуя  нитрид:

2V + N2 = 2VN.

   При нагревании ванадия до температуры 200–300 градусов по Цельсию, он реагирует с галогенами. С хлором образуется хлорид ванадия (IV), с фтором - фторид ванадия (V), с йодом – йодид ванадия (II), с бромом – бромид ванадия (III),:

V + 2Cl2 = VCl4,

2V + 5F2 = 2VF5,

V + I2 = VI2,

2V + 3Br2 = 2VBr3.

Ванадий при  достижении 800 градусов по Цельсию с  углеродом образует карбид:

V + C = VC.

При спекании с кремнием и бором на высоких  температурах образуется силицид и  борид:

3V + Si = V3Si,

V + 2B = VB2.

При нагревании ванадий реагирует с фосфором и серой:

V + P = VP, может  быть образование VP2,

2V + 3S = V2S3, может  быть образование VS и VS2.

С водородом  ванадий образует твердые растворы.

Ванадий располагается  до водорода в ряду напряжений металлов, но, за счет защитной пленки, он довольно инертен, при этом не растворяется в  воде, соляной кислоте, на холоде не вступает в реакции с разбавленной азотной и серной кислотами.

Ванадий реагирует  с плавиковой кислотой, образуя фторидный  комплекс:

2V + 12HF = 2H3[VF6] + 3H2;

Реагирует с  концентрированной азотной кислотой, образуя нитрат ванадина:

V + 6HNO3 = VO2NO3 + 5NO2 + 3H2O;

Вступает в  реакцию с концентрированной  серной кислотой, образуя сульфат  ванадила:

V + 3H2SO4 = VOSO4 + 2SO2 + 3H2O

А также с  царской водкой, образуя хлорид ванадина:

3V + 5HNO3 + 3HCl = 3VO2Cl + 5NO + 4H2O;

Элемент растворяется в смеси плавиковой и азотной  кислоты:

3V + 21HF + 5HNO3 = 3H2[VF7] + 5NO + 10H2O,

При этом пассивирующую  пленку оксида растворяет плавиковая кислота:

V2O5 + 14HF = 2H2[VF7] + 5H2O,

а поверхность  металла окисляется за счет азотной  кислоты окисляет:

6V + 10HNO3 = 3V2O5 + 10NO + 5H2O

Ванадий не реагирует  с растворами щелочей, но в расплавах, если есть воздух, он окисляется, образуя  ванадаты:

4V + 12KOH + 5O2 = 4K3VO4 +6H2O.

С металлами  ванадий способен образовывать различные  интерметаллиды и сплавы.

 

 

 

 

5. Сплавы и применение метала и его соединения.

    Этот  элемент получил вполне заслуженно  название  «витамин  для  стали».

Половина легированных сталей всего мирового  производства  содержит добавки ванадия. Именно на это в виде феррованадия идет 95%  от  общего  добываемого количества этого металла.  Сплав,  содержащий  ванадий,  становится  тверже, выдерживает значительные динамические нагрузки и меньше истирается.  Ванадий обладает высоким сродством к  азоту,  кислороду  и  углероду.  Соединяясь  с малыми их количествами, он значительно повышает качество  стали,  делает  ее мелкозернистой и более вязкой. Она  легче  переносит  удар  и  изгиб,  лучше противостоит разрыву. Легкость ванадия передается сплавам, и они  становятся особенно ценными там,  где  масса  играет  решающую  роль,  —  в  авиации  и автомобилестроении.

  Другая основная область его  применения — химическая  промышленность. Ванадиевые  катализаторы  сочетают  способность  ускорять  получение  весьма ценных  продуктов  со  стойкостью  к  большинству  контактных  ядов.   Такие катализаторы  сыграли  решающую  роль   по   усовершенствованию   технологии получения серной кислоты и  увеличению  мощности  установок.  Другие  важные процессы,  где  используются  соединения  ванадия:   производства   анилина, щавелевой  кислоты,  переработка  нафталина  и  др.  Одна   массовая   часть катализирует превращение 200 тыс. массовых частей соли анилина  в  краситель— черный анилин.

    Из  других областей использования  ванадия можно указать медицину,  где некоторые  соединения  ванадия  применяют  как  дезинфицирующие  и  лечебные препараты, а также производство сплавов с алюминием, медью и никелем.  Такие сплавы, содержащие добавки ванадия от 0,5 до 20%, улучшают качество бронз  и латуней, придают химическую стойкость никелевым сплавам, а  золоту  сообщают не свойственную ему твердость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Список используемой литературы.

Слотвинский-Сидак  Н. П., Андреев В. К. Ванадий в природе  и технике. М., 1979.

Слотвинский-Сидак  Н. П., Андреев В. К. Аналитическая  химия ванадия, М., 1989.