Ванадий

(Vanadium) V, химический элемент V группы периодической системы Менделеева. Атомный номер 23, атомная масса 50,942. Металл серо-стального цвета. Природный В. Состоит из двух изотопов. 51V (99,75%) и 50V (0,25%). Последний слабо радиоактивен (период полураспада Т1/2 = 1014 лет). В. Был открыт в 1801 мексиканским минералогом А. М. Дель Рио в мексиканской бурой свинцовой руде и назван по красивому красному цвету нагретых солей эритронием (от греч. Erythrós — красный). В 1830 шведский химик Н. Г. Сефстрём обнаружил новый элемент в железной руде из Таберга (Швеция) и назвал его В. В честь древнескандинавской богини красоты Ванадис. Английский химик Г. Роско в 1869 получил порошкообразный металлический В. Восстановлением VCl2 водородом.

В промышленном масштабе В. Добывается с начала 20 в. Содержание В. В земной коре составляет 1,5-10-2% по массе, это довольно распространённый, но рассеянный в породах и минералах элемент. Из большого числа минералов В. Промышленное значение имеют патронит, роскоэлит, деклуазит, карнотит, ванадинит и некоторые др. (см. Ванадиевые руды). Важным источником В. Служат титаномагнетитовые и осадочные (фосфористые) железные руды, а также окисленные медно-свинцово-цинковые руды. В. Извлекают как побочный продукт при переработке уранового сырья, фосфоритов, бокситов и различных органических отложений (асфальтиты, горючие сланцы). См. Также Ванадаты природные. Физические и химические свойства. В. Имеет объёмноцентрированную кубическую решётку с периодом a = 3,0282 Å.

В чистом состоянии В. Ковок, легко поддаётся обработке давлением. Плотность 6,11 г/см3, tпл 1900 ± 25°С, tкип 3400°С. Удельная теплоёмкость (при 20—100°С) 0,120 кал/гград. Термический коэффициент линейного расширения (при 20—1000°С) 10,6·10-6 град-1, удельное электрическое сопротивление при 20 °С 24,8·10-8 ом·м (24,8·10-6 ом·см), ниже 4,5 К В. Переходит в состояние сверхпроводимости. Механические свойства В. Высокой чистоты после отжига. Модуль упругости 135,25 н/м2(13520 кгс/мм2), предел прочности 120 нм/м2 (12 кгс/мм2), относительное удлинение 17%, твердость по Бринеллю 700 мн/м2 (70 кгс/мм2). Примеси газов резко снижают пластичность В., повышают его твёрдость и хрупкость. При обычной температуре В. Не подвержен действию воздуха, морской воды и растворов щелочей.

Устойчив к неокисляющим кислотам, за исключением плавиковой. По коррозионной стойкости в соляной и серной кислотах В. Значительно превосходит титан и нержавеющую сталь. При нагревании на воздухе выше 300°С В. Поглощает кислород и становится хрупким. При 600—700°С В. Интенсивно окисляется с образованием пятиокиси V2O5, а также и низших окислов. При нагревании В. Выше 700°С в токе азота образуется нитрид VN (tпл 2050°С), устойчивый в воде и кислотах. С углеродом В. Взаимодействует при высокой температуре, давая тугоплавкий карбид VC (tпл 2800°С), обладающий высокой твёрдостью. В. Даёт соединения, отвечающие валентностям 2, 3, 4 и 5. Соответственно этому известны окислы. VO и V2O3 (имеющие основной характер), VO2 (амфотерный) и V2O5 (кислотный).

Соединения 2- и 3-валентного В. Неустойчивы и являются сильными восстановителями. Практическое значение имеют соединения высших валентностей. Склонность В. К образованию соединений различной валентности используется в аналитической химии, а также обусловливает каталитические свойства V2O5. Пятиокись В. Растворяется в щелочах с образованием ванадатов (См. Ванадаты). Получение и применение. Для извлечения В. Применяют. Непосредственное выщелачивание руды или рудного концентрата растворами кислот и щелочей. Обжиг исходного сырья (часто с добавками NaCl) с последующим выщелачиванием продукта обжига водой или разбавленными кислотами. Из растворов методом гидролиза (при рН = 1—3) выделяют гидратированную пятиокись В. При плавке ванадийсодержащих железных руд в домне В.

Переходит в чугун, при переработке которого в сталь получают шлаки, содержащие 10—16% V2O5. Ванадиевые шлаки подвергают обжигу с поваренной солью. Обожжённый материал выщелачивают водой, а затем разбавленной серной кислотой. Из растворов выделяют V2O5. Последняя служит для выплавки феррованадия (См. Феррованадий) (сплавы железа с 35—70% В.) и получения металлического В. И его соединений. Ковкий металлический В. Получают кальциетермическим восстановлением чистой V2O5 или V2O3. Восстановлением V2O5 алюминием. Вакуумным углетермическим восстановлением V2O3. Магниетермическим восстановлением VC13. Термической диссоциацией йодида В. Плавят В. В вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом и в электроннолучевых печах. Чёрная металлургия — основной потребитель В.

(до 95% всего производимого металла). В. Входит в состав быстрорежущей стали, её заменителей, малолегированных инструментальных и некоторых конструкционных сталей. При введении 0,15—0,25% В. Резко повышаются прочность, вязкость, сопротивление усталости и износоустойчивость стали. В., введённый в сталь, является одновременно раскисляющим и карбидообразующим элементом. Карбиды В., распределяясь в виде дисперсных включений, препятствуют росту зерна при нагреве стали. В. В сталь вводят в форме лигатурного сплава — феррованадия. Применяют В. И для легирования чугуна. Новым потребителем В. Выступает быстро развивающаяся промышленность титановых сплавов. Некоторые титановые сплавы содержат до 13% В. В авиационной, ракетной и др.

Областях техники нашли применение сплавы на основе ниобия, хрома и тантала, содержащие присадки В. Разрабатываются различные по составу жаропрочные и коррозионностойкие сплавы на основе В. С добавлением Ti, Nb, W, Zr и Al, применение которых ожидается в авиационной, ракетной и атомной технике. Интересны сверхпроводящие сплавы и соединения В. С Ga, Si и Ti. Чистый металлический В. Используют в атомной энергетике (оболочки для тепловыделяющих элементов, трубы) и в производстве электронных приборов. Соединения В. Применяют в химической промышленности как катализаторы, в сельском хозяйстве и медицине, в текстильной, лакокрасочной, резиновой, керамической, стекольной, фото и кинопромышленности. Соединения В. Ядовиты. Отравление возможно при вдыхании пыли, содержащей соединения В.

Они вызывают раздражение дыхательных путей, лёгочные кровотечения, головокружения, нарушения деятельности сердца, почек и т.п. В. В организме. В. — постоянная составная часть растительных и животных организмов. Источником В. Служат изверженные породы и сланцы (содержат около 0,013% В.), а также песчаники и известняки (около 0,002% В.). В почвах В. Около 0,01% (в основном в гумусе). В пресных и морских водах 1·107—2·107%. В наземных и водных растениях содержание В. Значительно выше (0,16—0,2%), чем в наземных и морских животных (1,5·10-5—2·10-4%). Концентраторами В. Являются. Мшанка Plumatella, моллюск Pleurobranchus plumula, голотурия Stichopus mobii, некоторые асцидии, из плесеней — чёрный аспергилл, из грибов — поганка (Amanita muscaria).

Биологическая роль В. Изучена на асцидиях, в кровяных клетках которых В. Находится в 3- и 4-валентном состоянии, то есть существует динамическое равновесие Физиологическая роль В. У асцидии связана не с дыхательным переносом кислорода и углекислого газа, а с окислительно-восстановительными процессами — переносом электронов при помощи так называемой ванадиевой системы, вероятно имеющей физиологическое значение и у др. Организмов. Лит. Меерсон Г. А., Зеликман А. Н., Металлургия редких металлов, М., 1955. Поляков А. Ю., Основы металлургии ванадия, М., 1959. Ростокер У., Металлургия ванадия, пер. С англ., М., 1959. Киффер P., Браун Х., Ванадий, ниобий, тантал, пер. С нем., М., 1968. Справочник по редким металлам, [пер. С англ.], М., 1965, с.

98—121. Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, М., 1967, с. 47—55, 130—32. Ковальский В. В., Резаева Л. Т., Биологическая роль ванадия у асцидии, «Успехи современной биологии», 1965, т. 60, в. 1(4). Воwen Н. J. М., Trace elements in biochemistry, L. — N. Y., 1966. И. Романьков. В. В. Ковальский..