მე-20 საუკუნის შუა ხანებისთვის ქიმიურ მეცნიერებაში გაჩნდა ტერმინი - სტრატეგიული მნიშვნელობის ლითონები. ეს გულისხმობდა ელემენტების ჯგუფს, რომელთა ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების საშუალებით შესაძლებელი იყო მათი გამოყენება სამხედრო-სამრეწველო კომპლექსის წარმოებაში. ჩვენ ვსაუბრობთ ლითონებზე, როგორიცაა ქრომი, ტანტალი, ნიობიუმი, მოლიბდენი და ვოლფრამი. ვანადიუმი, რომლის თვისებებსაც ამ სტატიაში განვიხილავთ, ასევე სამართლიანად იკავებს ერთ-ერთ ცენტრალურ ადგილს თანამედროვე მანქანათმშენებლობაში, შავი მეტალურგიაში, ხელსაწყოებსა და ქიმიურ წარმოებაში გამოყენებულ ლითონებს შორის. ლითონი ჟანგბადთან ერთად აყალიბებს ოთხ ოქსიდს, მათში ნაჩვენებია ვალენტობა 2, 3, 4 და 5. 5, რომელსაც უფრო დეტალურად შევისწავლით.
გაიცანი ვანადიუმი
ქიმიურ მეცნიერებაში დიდი ხანია დამკვიდრებულიაწესი, რომელშიც ნათქვამია, რომ ქიმიური ელემენტის დახასიათება უნდა დაიწყოს მისი პოზიციით D. I-ს პერიოდულ სისტემაში. მენდელეევი. ვანადიუმის, როგორც მარტივი ნივთიერების ქიმიური ფორმულა არის V, სერიული ნომერი 23, ატომური მასა 50, 9414. მდებარეობს მეოთხე პერიოდში, მეხუთე ჯგუფში და ნიობიუმთან და ტანტალთან ერთად არის ტიპიური წარმომადგენელი. ცეცხლგამძლე ლითონები. სუფთა ნივთიერების ნიმუშები არის პლასტმასის და აქვს ვერცხლისფერი ნაცრისფერი ფერი. ვანადიუმის ატომი არის d-ელემენტი, მას აქვს ორი s-ელექტრონი ბოლო ენერგეტიკულ დონეზე, თუმცა ის უარყოფითი ნაწილაკები, რომლებიც იმავე მეოთხე დონის d-ქვედონეზე მდებარეობს, ასევე იქნება ვალენტური.
სად არის ნაპოვნი ლითონი და როგორია მისი ფიზიკური თვისებები
თავად ელემენტი ბუნებაში მისი სუფთა სახით ვერ მოიძებნება. მაგრამ ის წარმოდგენილია როგორც სავალდებულო კომპონენტი პოლიმეტალის და რკინის მადნებში. ადრე ვისაუბრეთ მარტივი ნივთიერების პლასტიურობასა და ელასტიურობაზე, ახლა დავამატებთ, რომ ვანადიუმის მნიშვნელოვანი ფიზიკური თვისებებია მაღალი დუღილისა და დნობის წერტილები, შესაბამისად 3400 ° C და 1920 ° C. ტიტანის მსგავსად, ის მკვეთრად აუარესებს ფიზიკურ და ქიმიურ პარამეტრებს, როდესაც დაბინძურებულია მინარევებით, როგორიცაა აზოტი, წყალბადი ან ჟანგბადი. კერძოდ, მისი ელასტიურობა და მექანიკური სიმტკიცე მცირდება და ვანადიუმი მყიფე ხდება.
სპეციალური ქიმიური თვისებები
მეტალს შეუძლია პასივაცია, ე.ი. აქვს უნიკალური უნარი გაუძლოს აგრესიულ ქიმიურ გარემოს: მჟავების, ტუტეების და მარილების ხსნარებს, მის ზედაპირზე დამცავი ფენის ფორმირებას -ვანადიუმის ოქსიდი. ელემენტის ბროლის გისოსს აქვს კუბური სტრუქტურა. აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ ელემენტის შემცველი ფოლადების კოროზიის წინააღმდეგობა ძალიან მაღალია, რაც მათ საშუალებას აძლევს გამოიყენონ როგორც მზიდი შესაკრავები ხიდის საყრდენებისა და ოფშორული ნავთობის საბურღი მოწყობილობებისთვის. წარმოუდგენელია თანამედროვე ხელსაწყოების წარმოება ვანადიუმის შემცველი ფოლადების გარეშე. ნიობიუმთან, ქრომთან და ტიტანთან ერთად, ელემენტი გამოიყენება სპეციალური შენადნობების შენადნობისთვის, რომლებიც გამოიყენება სარაკეტო მეცნიერებაში და კოსმოსურ ინდუსტრიაში. თუმცა, კონცენტრირებული ნიტრატი და სულფატური მჟავები, წყალბადის ფტორის ხსნარი წყალში და ქლორიდისა და ნიტრატის მჟავების ნარევი, რომელსაც ეწოდება aqua regia, ადვილად ურთიერთქმედებს მეტალთან. ელემენტს ვანადიუმს, როგორც მარტივ ნივთიერებას, შეუძლია რეაგირება ქლორთან, ბრომთან, გოგირდთან და წარმოიქმნება შესაბამისი მარილები. ჟანგბადთან ერთად ის იძლევა რამდენიმე ოქსიდს, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება მათი ქიმიური თვისებებით. განიხილეთ ისინი შემდგომში.
ძირითადი და ამფოტერული ოქსიდები
მეტალი ქმნის ორ ოქსიდს, VO და V2O3, რომლებიც ავლენენ ტიპურ ძირითად თვისებებს. ლაბორატორიაში მონოქსიდი გამოიყოფა შემცირების რეაქციით V2O5 წვრილი ვანადიუმის ფხვნილი. ძირითადი ოქსიდები რეაგირებენ მჟავას ხსნარებთან შესაბამისი მარილების წარმოქმნით. და უკვე მათგან ჰიდროქსიდების მიღება შესაძლებელია ტუტეებთან გაცვლითი რეაქციის განხორციელებით. ვანადიუმის (III) ოქსიდი გვხვდება როგორც მინერალური კარელიანიტის კომპონენტი და მიიღება ლაბორატორიაში V2O5 გოგირდით გაცხელებით, ნახშირი ან წყალბადი.ორივე ძირითად ოქსიდს აქვს მკვეთრად გამოხატული შემცირების თვისებები. ოქსიდი VO2 არის ტიპიური ამფოტერული ნაერთი, რომელიც რეაგირებს როგორც მჟავებთან, ასევე ტუტეებთან. ხსნარში, რომლის pH 7-ზე ნაკლებია, გვხვდება დადებითად დამუხტული ვანადილის იონები VO2+, რაც ხსნარს აძლევს ღია ცისფერ ფერს და პოლივანადის მჟავას მარილები წარმოიქმნება ტუტე გარემოში. ვანადიუმის (IV) ოქსიდი იზიდავს წყალს, ე.ი. არის ჰიგიროსკოპიული ნივთიერება, რეაქციებში ის იქცევა როგორც შემამცირებელი აგენტი.
ვანადიუმის ჰემიპენტოქსიდი
ნაერთი, რომლის ფორმულაა V2O5, არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ლითონის ოქსიდი. ეს არის წყალში ხსნადი ფორთოხლის კრისტალური ნივთიერება, რომელიც რეაგირებს ტუტეებთან და წარმოქმნის ვანადატებს - მეტავანადინის მჟავას HVO3. იგი ფართოდ გამოიყენება, როგორც კატალიზატორი გოგირდის დიოქსიდის გოგირდის ანჰიდრიდამდე დაჟანგვისას სულფატის მჟავას სამრეწველო წარმოებაში. ვანადიუმის პენტოქსიდს აქვს რომბისებრი ბროლის ბადე და ამფოტერულობის ნიშნები მჟავე ოქსიდის თვისებების უპირატესობით. რეაქციებში ის იქცევა როგორც ძლიერი ჟანგვის აგენტი. ნაერთი გამოიყენება მინის ტექნოლოგიაში, მედიცინაში და ორგანულ სინთეზში.
მისი ნაერთებიდან ვანადიუმის ამოღების მეთოდები
ადრე აღვნიშნეთ, რომ ლითონი რკინის მადნის კომპონენტია. აფეთქების ღუმელში წარმოებისას ელემენტი ნახშირბადის და ფოსფორის მინარევებით გადადის თუჯად. ფოლადის დნობისას ვანადიუმის ოქსიდი 5 ილექება წიდის შემადგენლობაში, სადაც მისმა შემცველობამ შეიძლება მიაღწიოს 16%-ს. ამას ემატებასუფრის მარილი და ნარევი ღუმელში შეწვით, მიიღება პროდუქტი, რომელიც შემდგომ იხსნება წყალში. მიღებული წყლის კონცენტრატი მუშავდება სულფატის მჟავით და მისგან იზოლირებულია V2O5. სუფთა ვანადიუმის ოქსიდისგან გამოსაყოფად შეგიძლიათ გამოიყენოთ კალციუმთერმიის მეთოდი - ლითონების შემცირება მეტალის კალციუმის გამოყენებით. ვანადიუმის პენტოქსიდთან რეაქციაში ტექნოლოგიური ხარჯების შესამცირებლად ხშირად კალციუმის ნაცვლად ალუმინი გამოიყენება. ლითონის მიღება შესაძლებელია აგრეთვე სამვალენტიანი ვანადიუმის ოქსიდის ნახშირით შემცირებით.
ბიოლოგიური როლი
ვანადიუმი იმყოფება ცოცხალ ორგანიზმებში, როგორც მიკროელემენტი, რომელიც არის ზღვის ექინოდერმების უჯრედშორისი სითხის ნაწილი. ჰოლოთურებსა და ზღვის ზღარბებში ის ასოცირდება ცილებთან, რომლებიც ასრულებენ უჯრედებში ჟანგბადის ტრანსპორტირებისა და ნახშირორჟანგის მოცილების ფუნქციას. ელემენტის შემცველობა უმნიშვნელოა თბილსისხლიანი ცხოველებისა და ადამიანების ორგანიზმებში, სადაც ის არის პანკრეასის ფერმენტების შემადგენლობაში, ნეიროგლიაში და ნეფრონებში. მცენარეებში მიკროელემენტი ჩართულია როგორც ფერმენტი ფოტოსინთეზის ბნელ ფაზაში და გავლენას ახდენს ქლოროფილის პიგმენტის დონეზე, რომელიც მდებარეობს ქლოროპლასტებში. ის ასევე გვხვდება კვანძოვან ბაქტერიებში, რომლებიც აზოტის ფიქსატორებია, უმაღლესი სოკოების ქსოვილებში. როგორც ჩერნოზემის ნაწილი, ბორის, სპილენძის, თუთიის და მანგანუმის ნაერთებთან ერთად, ვანადიუმის ოქსიდი გავლენას ახდენს ნიადაგის ნაყოფიერებაზე.
ჩვენს სტატიაში შევისწავლეთ ვანადიუმის და მისი ოქსიდების ძირითადი თვისებები და ასევე განვიხილეთ მისი ნაერთების გამოყენებაინდუსტრია.
