Vanadium
Vanadium, auch: Vanadin (v.altnord.: Vanadis [Name der germanischen Göttin der Schönheit Freya; nach dem farbenprächtigen Aussehen mancher V-Verbindungen]) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol V und der Ordnungszahl 23.
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Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||
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Name, Symbol, Ordnungszahl | Vanadium, V, 23 | ||||||||||||||||||||||||||||||
Serie | Übergangsmetalle | ||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppe, Periode, Block | 5 , 4, d | ||||||||||||||||||||||||||||||
Dichte, Mohshärte | 6110 kg/m3, 7,0 | ||||||||||||||||||||||||||||||
Aussehen | silbrig grau metallisch | ||||||||||||||||||||||||||||||
Atomar | |||||||||||||||||||||||||||||||
Atomgewicht | 50,9415 amu | ||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius (berechnet) | 135 (171) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalenter Radius | 125 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
van der Waals-Radius | k. A. pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronenkonfiguration | [Ar]3d[3d34s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
e- 's pro Energieniveau | 2, 8, 11, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidationszustände (Oxid) | 5, 3 (amphoter) | ||||||||||||||||||||||||||||||
Kristallstruktur | kubisch raumzentriert | ||||||||||||||||||||||||||||||
Physikalisch | |||||||||||||||||||||||||||||||
Aggregatzustand (Magnetismus) | fest (__) | ||||||||||||||||||||||||||||||
Schmelzpunkt | 2175 K (1902 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||
Siedepunkt | 3682 K (3409 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||
Molares Volumen | 8,32 · 10-3 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
Verdampfungswärme | 0,452 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
Schmelzwärme | 20,9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
Dampfdruck | 3,06 Pa bei 2175 K | ||||||||||||||||||||||||||||||
Schallgeschwindigkeit | 4560 m/s bei 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||
Verschiedenes | |||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativität | 1,63 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||
Spezifische Wärmekapazität | 490 J/(kg · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrische Leitfähigkeit | 4,89 · 106/m Ohm | ||||||||||||||||||||||||||||||
Wärmeleitfähigkeit | 30,7 W/(m · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||
1. Ionisierungsenergie | 650,9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
2. Ionisierungsenergie | 1414 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
3. Ionisierungsenergie | 2830 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
4. Ionisierungsenergie | 4507 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
5. Ionisierungsenergie | 6298,7 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
Stabilste Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||
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NMR-Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||
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SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt, sofern nicht anders angegeben. |
Es ist ein seltenes, weiches und zähes Element. Vanadinerze sind verschwistert mit anderen metallischen Elementen. Sein Hauptverwendungszweck ist die Werkstoffherstellung.
Table of contents |
2 Anwendungen 3 Geschichte 4 Physiologie 5 Vorkommen 6 Herstellung 7 Verbindungen 8 Vorsichtsmaßnahmen 9 Weblinks |
Bemerkenswerte Eigenschaften
Vanadium ist ein nichtmagnetisches, zähes, schmiedbares und silbrigglänzendes Übergangsmetall.
Es weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. In Alkalien, Schwefel- und Salzsäure ist es gut beständig.
Bei Temperaturen ab 933 K (660 °C) oxidiert es zu Vanadiumpentoxid V2O5.
Vanadium besitzt eine hohe mechanische Festigkeit.
In Verbindungen liegt Vanadin meist in der Oxidationsstufe +5 vor. Aber auch die Stufen +2, +3, +4 kommen häufig vor, neigen aber zum Übergang nach Stufe +5. Vanadium(II)- und Vanadium(III)-Oxid reagieren basisch, Vanadium(IV)-Oxid amphoter und Vanadium(V)-Oxid sauer.
Ein beliebtes Experiment zur farblichen Darstellung dieser 4 Oxidationsstufen ist die Reduktion von farblosem Ammoniumvanadat (NH4VO3) mit metallischem Zink. Nacheinander bildet sich eine blaue V(IV)-, eine grüne V(III)- und eine blaßviolette V(II)- Salzlösung. Die niedrigeren Vanadiumwertigkeiten werden durch Luft wieder zum Vanadium(V)- oxidiert. Wegen dieser leichten Änderbarkeit der Wertigkeit wird Vanadium auch als Katalysator verwandt. Die Oxidationsstufe +1 tritt selten auf. Aber auch die Stufen 0, -1 und -3 sind möglich.
Französische Chemiker konnte del Rio davon überzeugen, dass "brown lead" ein basisches Bleichromat, Erythronium daher nur ein verunreinigtes Chrom sei. Del Rio ließ sich überzeugen und seine Entdeckung geriet in Vergessenheit.
1831 entdeckte der Schwede Nils Gabriel Sefström beim Experimentieren mit Eisenerzen Vanadium neu. Im gleichen Jahr bestätigte Friedrich Wöhler del Rio's frühere Arbeiten.
Metallisches Vanadium wurde 1867 von Henry Enfield Roscoe durch Reduktion von Vanadin(III)-chlorid mit Wasserstoff hergestellt.
Vanadinverbindungen zeigen eine große und schöne Farbenvielfalt. Deshalb benannte es Sefström nach Freya, der nordischen Göttin der Schönheit, die den Beinamen Vanadis trug.
Ratten und Hühner benötigen ebenfalls Vanadium in sehr geringen Mengen. Vanadiummangel führt bei ihnen zu reduziertem Wachstum und verringerter Fortpflanzung.
Vanadationen VO3- zeigen eine ähnliche Wirkung wie Insulin. Allerdings sind die notwendigen Dosen toxisch. Das weit weniger giftige Vanadylion VO2- wird vom Körper aber nicht in ausreichender Menge aufgenommen. Vielversprechend sind organische Vanadylkomplexe.
Anwendungen
Ungefähr 80 % des produzierten Vanadins wird in Form von Ferrovanadin in den Handel gebracht oder als Legierungszusatz in der Stahlherstellung verbraucht. Harte- und zähe Vanadiumstähle enthalten allerdings selten mehr als 1 % Vanadium.
Geschichte
Vanadium wurde zuerst von Andres Manuel del Rio, einem spanischen Mineralogen 1801 in Mexico City in einem Bleierz, dem Vanadinit (Bleivanadat), entdeckt, das er "brown lead" nannte.
Wegen der chromähnlichen Farben der Elementverbindungen nannte er das neue Element Panchrom.
Später änderte del Rio den Namen in Erythronium (griech. rot) weil es sich beim Erwärmen meist rot färbte.Physiologie
In biologischen Systemen ist Vanadium essentieller Bestandteil einiger Enzyme. Vanadium Nitrogenase? nutzen einige stickstofffixierende Mikroorganismen.Vorkommen
Vandium kommt natürlich nur gebunden vor. Zur Zeit sind ca. 65 Mineralien bekannt.
Ebenso enthalten Bauxit und fossile Energieträger wie Rohöl, Kohle, Ölschiefer und Teersand beträchtliche Mengen an Vandium.
Spektralanalytisch kann Vanadium im Licht der Sonne und einiger Sterne nachgewiesen werden.Herstellung
Metallisches Vanadium wird meist durch Reduktion von Vanadiumpentoxid V2O5 mit Kalzium unter Überdruck durchgeführt. Gewöhnlich fällt Vanadium als Co- bzw. Kuppelprodukt (Beispiele? Erdölverarbeitung?, Uranerzgewinnung? usw.?) an.Verbindungen
Vanadiumpentoxid (V2O5) wird eingesetzt als NH3-SCR-Katalysator in Müllverbrennungsanlagen (TiO2-WO3-V2O5) und dye and color-fixer ?Vorsichtsmaßnahmen
Vanadiumstaub ist leicht endzündlch. Vanadiumverbindungen sind hochtoxisch. Eingeatmeter vanadiumhaltiger Staub kann Lungenkrebs verursachen.Weblinks