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钒   23V
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鿫(预测为惰性气体)
-



外观
银灰色固态金属
概况
名称·符号·序数 钒(Vanadium)·V·23
元素类别 过渡金属
·周期· 5 ·4·d
标准原子质量 50.9415(1)
电子排布

[] 3d3 4s2
2,8,11,2

钒的电子层(2,8,11,2)
历史
发现 安德烈·曼纽尔·德·里奥(1801年)
分离 尼尔斯·加布里埃尔·塞夫斯特瑞姆(1830年)
命名 尼尔斯·加布里埃尔·塞夫斯特瑞姆(1830年)
物理性质
物态 固态
密度 (接近室温
6.0 g·cm−3
熔点 2183 K,1910 °C,3470 °F
沸点 3680 K,3407 °C,6165 °F
熔化热 21.5 kJ·mol−1
汽化热 444 kJ·mol−1
比热容 24.89 J·mol−1·K−1

蒸气压

压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 2101 2289 2523 2814 3187 3679
原子性质
氧化态 +5,+4,+3,+2,+1,-1
(两性)
电离能

第一:650.9 kJ·mol−1
第二:1414 kJ·mol−1
第三:2830 kJ·mol−1

更多
原子半径 134 pm
共价半径 153±8 pm
杂项
晶体结构 体心立方
磁序 顺磁性
电阻率 (20 °C)197 n Ω·m
热导率 30.7 W·m−1·K−1
膨胀系数 (25 ℃)8.4 µm/(m·K)
声速(细棒) (20 °C)4560 m·s−1
杨氏模量 128 GPa
剪切模量 47 GPa
体积模量 160 GPa
泊松比 0.37
莫氏硬度 6.7
布氏硬度 750 MPa
CAS号7440-62-2
最稳定同位素

主条目:钒的同位素

同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
48V 痕量 15.9735 天 β+ 4.0123 48Ti
49V 痕量 330 天 ε 0.6019 49Ti
50V 0.25% 1.4×1017 ε 2.2083 50Ti
β 1.0369 50Cr
51V 99.75% 稳定,带28个中子

(Vanadium)是一种化学元素符号为V,原子序数为23。它是一种坚硬、银灰色,具韧性、可延展过渡金属。在自然界中很少发现元素金属,但是一旦经人工分离,会形成氧化层(钝化)防止自由态的金属氧化,使之更稳定存在。

1801年 Andrés Manuel del Río在墨西哥发现了一种钒化合物,他分析了一种新的含矿物,他称之为⌈褐色铅⌋,并根据其质量推测是一种新元素的存在,他称之为erythronium(源自希腊语,意义为⌈红色⌋,ἐρυθρόν,eruthrón)因为加热后大多数变成红色。 四年后,他(错误地)被其他科学家说服,赤霉素与相同。1830年, Nils Gabriel Sefström生成了钒的氯化物,进而证明了一种新的元素,他将这种“钒”命名为斯堪的纳维亚的美女和生育女神VanadísFreyja)。 这两个名字都归因于钒化合物中广泛的颜色。 Del Rio的铅矿石后来因其钒含量而更名为钒铅矿。 1867年亨利恩菲尔德罗斯科得到了纯的钒元素。

钒天然存在于约65种矿物化石燃料沉积物中。它是由中国俄罗斯的钢铁冶炼渣中所得到。其他国家则直接从磁铁矿、重油烟尘或铀矿开采的副产品中生产。 它主要用于制造特种钢合金,如高速工具。最重要的工业用途为钒化合物五氧化二钒用作生产硫酸催化剂。 用于储能的钒氧化还原电池可能是未来的重要应用。

在少数生物中发现了大量的钒离子,可能是毒素。 氧化物和一些其他钒盐具有中等毒性。 特别是在海洋中,钒被一些生命作为的活性中心,例如一些海藻的钒溴过氧化物酶英语Vanadium bromoperoxidase


特性[编辑]

钒为一中等硬度可延展的银灰过渡金属,有些描述形容它很“软”,应是因为它的延展性。不易腐蚀,在硫酸盐酸中它相当稳定。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。

一个很有趣的试验是用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化为金黄色的五价钒。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%的钒和一起作为里的合金元素。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:
    • 运用在医疗器械中的特别的不锈钢
    • 运用在工具中的不锈钢
    • 一起作为合金物运用在高速飞机的涡轮喷气发动机中
    • 含钒的钢经常被用在轴、齿轮等关键的机械部分中
  • 钒吸收裂变中子的截面很小,因此被用在核工业
  • 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[1][2][3][4]
  • 五氧化二钒(V2O5)被用来制做特殊的陶瓷作为催化剂
  • 可做蓝色颜料,称为“钒锆蓝”或“土耳其蓝”

历史[编辑]

1801年西班牙矿物学家安德烈·曼纽尔·德·里奥墨西哥城在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·罗斯科还原亚氯酸化钒(III)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

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]

钒共有31种同位素,其中51V稳定。

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[来源请求]
  • 钒钛磁铁矿也是是钒的来源之一

矾土石油油页岩中也含有大量钒,特别是委内瑞拉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。工业上也可以以铝,焦炭还原五氧化二钒生产纯钒。

化合物[编辑]

五氧化二钒是钒最重要的化合物,常被用来做催化剂、染料和固色剂。五氧化二钒加热可放出氧气,且这个反应是可逆的。五氧化二钒的性质可催化二氧化硫的氧化反应,在工业上用来制造硫酸、邻苯二甲酐和顺丁烯二酐。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。它是两性化合物,可以与酸和碱反应。它也是氧化剂

从左到右:[V(H2O)6]2+(紫色),[V(H2O)6]3+(绿色),[VO(H2O)6]2+(蓝色),[VO2(H2O)6]+(黄色)

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]

外部链接[编辑]