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钒 23V
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外觀
银灰色固态金属
概況
名稱·符號·序數钒(Vanadium)·V·23
元素類別过渡金属
·週期·5·4·d
標準原子質量50.9415(1)
电子排布[Ar] 3d3 4s2
2,8,11,2
钒的电子層(2,8,11,2)
钒的电子層(2,8,11,2)
歷史
發現安德烈·曼纽尔·德·里奥(1801年)
分離尼尔斯·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)
物理性質
物態固态
密度(接近室温
6.0 g·cm−3
熔点2183 K,1910 °C,3470 °F
沸點3680 K,3407 °C,6165 °F
熔化热21.5 kJ·mol−1
汽化热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
钒的原子谱线
雜項
晶体结构体心立方
磁序顺磁性
電阻率(20 °C)197 n Ω·m
熱導率30.7 W·m−1·K−1
热膨胀系数(25 ℃)8.4 µm/(m·K)
聲速(細棒)(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
同位素
主条目:钒的同位素
同位素 丰度 半衰期t1/2 衰變
方式 能量MeV 產物
48V 人造 15.9735  β+ 2.993 48Ti
49V 人造 330  ε 0.602 49Ti
50V 0.250% 2.71×1017  β+ 1.187 50Ti
51V 99.750% 穩定,帶28粒中子

fán(英語:Vanadium),是一種化學元素化學符號V原子序數为23,原子量50.9415 u。釩是一種堅硬、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,安德烈·曼努埃尔·德尔里奥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该元素与相同。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VanadísFreyja)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语Vanadium bromoperoxidase

特性

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。

纯度99.95%的钒切片

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

大约80%的钒和一起作为裡的合金元素。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:
    • 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
  • 可做藍色顏料,稱為「釩鋯藍」或「土耳其藍」

历史

1801年西班牙矿物学家安德烈·曼纽尔·德·里奥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

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

釩共有31種同位素,其中51V穩定。

来源

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

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

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。工业上也可以铝,焦炭还原五氧化二钒生产纯钒。

化合物

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

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

  • 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

  1. ^ 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). 
  2. ^ 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). 
  3. ^ 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). 
  4. ^ 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