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釩   23V
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-



外觀
銀灰色固態金屬
概況
名稱·符號·序數 釩(Vanadium)·V·23
元素類別 過渡金屬
·週期· 5 ·4·d
標準原子質量 50.9415(1)
電子排布

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

釩的電子層(2,8,11,2)
歷史
發現 安德烈·曼紐爾·德·里奧(1801年)
分離 尼爾斯·加布里埃爾·塞夫斯特瑞姆(1830年)
命名 尼爾斯·加布里埃爾·塞夫斯特瑞姆(1830年)
物理性質
物態 固態
密度 (接近室溫
6.0 g·cm−3
熔點 2183 K,1910 °C,3470 °F
沸點 3680 K,3407 °C,6165 °F
熔化熱 21.5 kJ·mol−1
汽化熱 444 kJ·mol−1
比熱容 24.89 J·mol−1·K−1

蒸氣壓

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 2101 2289 2523 2814 3187 3679
原子性質
氧化態 +5,+4,+3,+2,+1,-1
(兩性)
電離能

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

更多
原子半徑 134 pm
共價半徑 153±8 pm
雜項
晶體結構 體心立方
磁序 順磁性
電阻率 (20 °C)197 n Ω·m
熱導率 30.7 W·m−1·K−1
膨脹係數 (25 ℃)8.4 µm/(m·K)
聲速(細棒) (20 °C)4560 m·s−1
楊氏模量 128 GPa
剪切模量 47 GPa
體積模量 160 GPa
泊松比 0.37
莫氏硬度 6.7
布氏硬度 750 MPa
CAS號7440-62-2
最穩定同位素

主條目:釩的同位素

同位素 豐度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
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% 穩定,帶28個中子

(Vanadium)是一種化學元素符號為V,原子序數為23。它是一種堅硬、銀灰色,具韌性、可延展過渡金屬。在自然界中很少發現元素金屬,但是一旦經人工分離,會形成氧化層(鈍化)防止自由態的金屬氧化,使之更穩定存在。

1801年 Andrés Manuel del Río在墨西哥發現了一種釩化合物,他分析了一種新的含礦物,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)因為加熱後大多數變成紅色。 四年後,他(錯誤地)被其他科學家說服,赤黴素與相同。1830年, Nils Gabriel Sefström生成了釩的氯化物,進而證明了一種新的元素,他將這種「釩」命名為斯堪地那維亞的美女和生育女神VanadísFreyja)。 這兩個名字都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種礦物化石燃料沉積物中。它是由中國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。最重要的工業用途為釩化合物五氧化二釩用作生產硫酸催化劑。 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,釩被一些生命作為的活性中心,例如一些海藻的釩溴過氧化物酶英語Vanadium bromoperoxidase


特性[編輯]

釩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。不易腐蝕,在硫酸鹽酸中它相當穩定。在933K(660 ℃)以上的溫度中它氧化為五氧化二釩(V2O5)。釩的結構強度相當高。

在氧化物中釩一般顯+5價,但也有+2、+3和+4價的氧化物存在,不過它們比較容易過渡為+5價的氧化物。2價和3價的釩氧化物是鹼性的,4價的氧化物是兩性的,5價的氧化物是酸性的。

一個很有趣的試驗是用來還原無色的釩酸銨(NH4VO3)。在試驗的過程中釩相繼被還原成藍色的四價釩、綠色的三價釩、紫藍色的二價釩,隨後低價的釩又會被空氣中的氧化為金黃色的五價釩。由於釩的價數很容易改變,它也經常被用做催化劑。+1價的釩很少出現。理論上0、-1和-3價的釩也有可能。

應用[編輯]

大約80%的釩和一起作為裡的合金元素。含釩的鋼很硬很堅實,但一般其釩含量少於1%。

  • 含釩的合金有:
    • 運用在醫療器械中的特別的不鏽鋼
    • 運用在工具中的不鏽鋼
    • 一起作為合金物運用在高速飛機的渦輪噴氣發動機中
    • 含釩的鋼經常被用在軸、齒輪等關鍵的機械部分中
  • 釩吸收裂變中子的截面很小,因此被用在核工業
  • 在煉鋼過程中釩被用來促進碳化物的形成
  • 在給鋼塗鈦的時候釩往往被作為中介層
  • 釩與的合金可以用來製作超導電磁鐵,其磁強度可達175,000高斯
  • 在製造縮蘋果酸酐硫酸的過程中五氧化二釩被用來做催化劑. 釩基混合氧化物是丙烷,丙烯和丙烯醛生產丙烯酸的有效催化劑[1][2][3][4]
  • 五氧化二釩(V2O5)被用來製做特殊的陶瓷作為催化劑
  • 可做藍色顏料,稱為「釩鋯藍」或「土耳其藍」

歷史[編輯]

1801年西班牙礦物學家安德烈·曼紐爾·德·里奧墨西哥城在一個鉛礦中首先發現了釩,但他錯誤地以為他所發現的只不過是一種不純的鉻。1831年瑞典化學家尼爾斯·加布里埃爾·塞夫斯特瑞姆在與鐵礦做試驗時重新發現了釩,同年弗里德里希·維勒證實了德·里歐的發現。1867年亨利·英弗爾德·羅斯科還原亞氯酸化釩(III)首次得到了純的釩。

塞夫斯特瑞姆給釩按日爾曼神話中美麗女神的名字起了名,因為釩的化合物色彩繽紛。

生理[編輯]

在生物體內釩是一些的必要組成部分。一些固氮的微生物使用含釩的酶來固定空氣中的

鼠和雞也需要少量的釩,缺釩會阻礙它們的生長和繁殖。含釩的血紅蛋白存在於海鞘類動物中。

一些含釩的物質具有類似胰島素的效應,也許可以用來治療糖尿病

同位素[編輯]

釩共有31種同位素,其中51V穩定。

來源[編輯]

在大自然中釩一般以化合物存在。約65種釩的化合物在自然中出現,其中有

  • 硫化釩 (VS4
  • 綠硫釩礦 (VS2或V2S4
  • 釩鉛礦 [Pb5(VO4)3Cl]
  • 釩雲母 [KV2(AlSi3O10)(OH)2]
  • 釩酸鉀鈾礦 [K2(UO2)2(VO4)2·3H2O]
  • 磁鐵礦一般含1-2%的釩[來源請求]
  • 釩鈦磁鐵礦也是是釩的來源之一

礬土石油油頁岩中也含有大量釩,特別是委內瑞拉加拿大的石油中能找到釩。光譜分析發現在太陽和一些恆星的表面也有釩。

生產[編輯]

純的金屬釩一般是用在高壓下將五氧化二釩還原而得到的。大多數釩是其它礦物加工時的副產品。工業上也可以以鋁,焦炭還原五氧化二釩生產純釩。

化合物[編輯]

五氧化二釩是釩最重要的化合物,常被用來做催化劑、染料和固色劑。五氧化二釩加熱可放出氧氣,且這個反應是可逆的。五氧化二釩的性質可催化二氧化硫的氧化反應,在工業上用來製造硫酸、鄰苯二甲酐和順丁烯二酐。五氧化二釩是橙色的,具有毒性,不同於大多數金屬氧化物,五氧化二釩微溶於水。它是兩性化合物,可以與酸和鹼反應。它也是氧化劑

從左到右:[V(H2O)6]2+(紫色),[V(H2O)6]3+(綠色),[VO(H2O)6]2+(藍色),[VO2(H2O)6]+(黃色)

注意[編輯]

  • 釩很易燃。
  • 釩的化合物毒性很高。
  • 含釩的塵埃被吸入後會導致肺癌

參考文獻[編輯]

外部連結[編輯]