钒
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1801年,安德烈·曼努埃尔·德尔里奥在墨西哥發現了一種釩化合物,他分析了一種新的含鉛礦物,他稱之為「褐色鉛」,並根據其質量推測是一種新元素的存在,他稱之為erythronium(源自希臘語,意義為「紅色」,ἐρυθρόν,eruthrón)因為加熱後大多數鹽變成紅色。四年後,他錯誤地被其他科學家說服该元素与鉻相同。1830年,Nils Gabriel Sefström生成了釩的氯化物,進而證明了一種新的元素,他以斯堪的納維亞的美丽和生育女神Vanadís(Freyja)將這種元素命名為“vanadium”。這個名字歸因於釩化合物中廣泛的顏色。Del Rio的鉛礦石後來因其釩含量而更名為釩鉛礦。1867年亨利恩菲爾德羅斯科得到了純的釩元素。
釩天然存在於約65種礦物和化石燃料沉積物中。它是由中國和俄羅斯的鋼鐵冶煉渣中所得到。其他國家則直接從磁鐵礦、重油煙塵或鈾礦開採的副產品中生產。它主要用於製造特種鋼合金,如高速工具鋼。最重要的工業用途為釩化合物五氧化二釩用作生產硫酸的催化劑。用於儲能的釩氧化還原電池可能是未來的重要應用。
在少數生物中發現了大量的釩離子,可能是毒素。 氧化物和一些其他釩鹽具有中等毒性。特別是在海洋中,釩被一些生命作為酶的活性中心,例如一些海藻的釩溴過氧化物酶。
特性
[编辑]钒為一中等硬度可延展的銀灰過渡金屬,有些描述形容它很「軟」,應是因為它的延展性。不易腐蚀,在碱、硫酸和盐酸中它相当稳定。在933K(660 ℃)以上的温度中它氧化为五氧化二钒 (V2O5)。钒的结构强度相当高。
在氧化物中钒一般显+5价,但也有+2、+3和+4价的氧化物存在,不过它们比较容易过渡为+5价的氧化物。2价和3价的钒氧化物是碱性的,4价的氧化物是两性的,5价的氧化物是酸性的。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a7/Vanadium-bar.jpg/330px-Vanadium-bar.jpg)
一个很有趣的试验是用锌来还原无色的钒酸铵(NH4VO3)。在试验的过程中钒相继被还原成蓝色的四价钒、绿色的三价钒、紫蓝色的二价钒,随后低价的钒又会被空气中的氧氧化为金黃色的五价钒。由于钒的价数很容易改变,它也经常被用做催化剂。+1价的钒很少出现。理论上0、-1和-3价的钒也有可能。
应用
[编辑]大约80%的钒和铁一起作为钢裡的合金元素。含钒的钢很硬很坚实,但一般其钒含量少于1%。
- 含钒的合金有:
- 钒吸收裂变中子的截面很小,因此被用在核工业中
- 在炼钢过程中钒被用来促进碳化物的形成
- 在给钢涂钛的时候钒往往被作为中介层
- 钒与镓的合金可以用来制作超导电磁铁,其磁强度可达175,000高斯
- 在制造缩苹果酸酐和硫酸的过程中五氧化二钒被用来做催化剂. 钒基混合氧化物是丙烷,丙烯和丙烯醛生产丙烯酸的有效催化剂[2][3][4][5]。
- 五氧化二钒(V2O5)被用来制做特殊的陶瓷作为催化剂
- 可做藍色顏料,稱為「釩鋯藍」或「土耳其藍」
历史
[编辑]1801年西班牙矿物学家安德烈·曼纽尔·德·里奥在墨西哥城的一个铅矿中首先发现了钒,但他错误地以为他所发现的只不过是一种不纯的铬。1831年瑞典化学家尼尔斯·加布里埃尔·塞夫斯特瑞姆在与铁矿做试验时重新发现了钒,同年弗里德里希·维勒证实了德·里欧的发现。1867年亨利·英弗尔德·罗斯用氢还原二氯化釩首次得到了纯的钒。
塞夫斯特瑞姆给钒按日尔曼神话中美丽女神的名字起了名,因为钒的化合物色彩缤纷。
生理
[编辑]在生物体内钒是一些酶的必要组成部分。一些固氮的微生物使用含钒的酶来固定空气中的氮。
鼠和鸡也需要少量的钒,缺钒会阻碍它们的生长和繁殖。含钒的血红蛋白存在于海鞘类动物中。
一些含钒的物质具有类似胰岛素的效应,也许可以用来治疗糖尿病。
同位素
[编辑]釩共有31種同位素,其中51V穩定。
来源
[编辑]在大自然中钒一般以化合物存在。约65种钒的化合物在自然中出现,其中有
- 硫化钒 (VS4)
- 绿硫钒矿 (VS2或V2S4)
- 钒铅矿 [Pb5(VO4)3Cl]
- 钒云母 [KV2(AlSi3O10)(OH)2]
- 钒酸钾铀矿 [K2(UO2)2(VO4)2·3H2O]
- 磁铁矿一般含1-2%的钒[來源請求]
- 钒钛磁铁矿也是是钒的来源之一
在矾土和石油、煤、油页岩中也含有大量钒,特别是委内瑞拉和加拿大的石油中能找到钒。光谱分析发现在太阳和一些恒星的表面也有钒。
生产
[编辑]纯的金属钒一般是用钾在高压下将五氧化二钒还原而得到的。大多数钒是其它矿物加工时的副产品。工业上也可以铝,焦炭还原五氧化二钒生产纯钒。
化合物
[编辑]五氧化二釩是釩最重要的化合物,常被用来做催化剂、染料和固色剂。五氧化二钒加熱可放出氧氣,且這個反應是可逆的。五氧化二钒的性質可催化二氧化硫、苯和萘的氧化反應,在工業上用來製造硫酸、鄰苯二甲酐和順丁烯二酐。五氧化二钒是橙色的,具有毒性,不同于大多数金属氧化物,五氧化二钒微溶于水。它是兩性化合物,可以与酸和碱反应。它也是氧化劑。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/32/Vanadiumoxidationstates.jpg/220px-Vanadiumoxidationstates.jpg)
注意
[编辑]- 钒很易燃。
- 钒的化合物毒性很高。
- 含钒的尘埃被吸入后会导致肺癌。
参考文献
[编辑]- ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 (英语).
- ^ The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts. Journal of Catalysis. 2014, 311: 369–385 [2019-06-13]. (原始内容存档于2020-07-13).
- ^ Multifunctionality of Crystalline MoV(TeNb) M1 Oxide Catalysts in Selective Oxidation of Propane and Benzyl Alcohol. ACS Catalysis. 2013, 3 (6): 1103–1113 [2019-06-13]. (原始内容存档于2019-03-29).
- ^ Surface chemistry of phase-pure M1 MoVTeNb oxide during operation in selective oxidation of propane to acrylic acid. Journal of Catalysis. 2012, 285: 48–60 [2019-06-13]. (原始内容存档于2020-07-13).
- ^ Kinetic studies of propane oxidation on Mo and V based mixed oxide catalysts. 2011 [2019-06-13]. (原始内容存档于2020-05-19).
外部連結
[编辑]- 元素钒在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介紹(英文)
- EnvironmentalChemistry.com —— 钒(英文)
- 元素钒在The Periodic Table of Videos(諾丁漢大學)的介紹(英文)
- 元素钒在Peter van der Krogt elements site的介紹(英文)
- WebElements.com – 钒(英文)
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3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||||||
4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | |||||||||||||||||||
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7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |||||
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