«Ванадий»

(хим. зн. V, атомн. вес 51) — химический элемент, сходный по соединениям с фосфором и азотом. Соединение В. нередко встречаются, хотя и в ничтожно малых количествах, в железных рудах и некоторых глинах; при обработке ванадистых руд железа В. частью переходит в шлаки, частью остается при металлическом железе. Как существенная составная часть, В. содержится, в виде солей ванадиевой кислоты, в некоторых редких минералах: ванадините, 3 Pb₃(VO₄)₂+ PbCl₂, фольбортите (основной ванадиево-медной соли) и др. В. открыт Дель-Рио в 1801 г., в мексиканском ванадините, затем Зефштремом в шведском железе и ближе изучен Берцелиусом (1831), а главным образом Роско (1867). Работами последнего определено истинное положение ванадия в системе химических элементов; по форме соединений он является аналогом азота и фосфора, но также немало имеет сходства с хромом, благодаря близкому с ним атомному весу, так что Берцелиус и некоторые другие исследователи считали ванадий аналогом хрома. Вследствие этого ванадиевому ангидриду долгое время придавали формулу VO₃, хотя при таком взгляде непонятным становился изоморфизм ванадинита с апатитом и пироморфитом (минералами, содержащими вместо ванадиевой фосфорную кислоту). Роско принадлежит честь раскрытия истины в истории этого запутанного вопроса; исследование его с несомненностью показали, что его предшественники впали в ошибку: то, что считали металлическим ванадием, оказалось весьма прочным кислородным соединением состава VO, крайне трудно восстановимым, и если придать ванадию надлежащий атомный вес, то он является аналогом азота и фосфора, т. е. высшая степень окисления, ванадиевый ангидрид, будет иметь формулу V₂O₅. Сообразно с этим состав и других соединений ванадия должен был претерпеть существенные изменения: хлористый ванадий прежних исследователей оказался хлорокисью состава VOCl₃, вполне аналогичной хлорокиси фосфора POCl₃, подобно этой последней, соединение ванадия представляет летучую жидкость, желтого цвета, кипящую при 127°. В свободном состоянии ванадий, полученный прокаливанием хлористого ванадия в струе водорода, представляет светло-серый порошок с металлическим блеском, уд. веса 5, 5. При накаливании на воздухе он постепенно окисляется до ангидрида V₂O₅, в сухом хлоре сгорает в четыреххлористое соединение VCl₄, в соляной кислоте не растворим; при нагревании прямо соединяется с азотом. Ванадиевая кислота обладает слабыми кислотными свойствами (ангидрид V₂O₅растворим как в щелочах, так и в кислотах); соли ее аналогичны по составу солям фосфорной кислоты (но есть и более сложные соединения, отвечающие дву— и трихромовым солям). Метаванадиево-кислый аммоний NH₄VO₃, составляет исходный материал для получения остальных ванадиевых соединений; эта соль представляет бесцветные кристаллы, не растворимые в воде, насыщенной нашатырем, чем и пользуются для выделение ее из растворов; при накаливании она дает ванадиевый ангидрид (бурое кристаллическое вещество, мало растворимое в воде).

В технике соединения ванадия употребляются главным образом при производстве анилиновой черной краски (Anilinschwarz), весьма ценной благодаря своей прочности. Эта краска образуется при окислении солей анилина, причем как окислитель употребляют, между прочим, хлорновато-кислые щелочи, а ванадиевые соединения являются передатчиками их кислорода. Роль соединений ванадия в этом процессе не вполне выяснена; несомненно только, что ничтожного количества их — одной весовой части — достаточно, чтобы перевести в красящее вещество более 200000 ч. соли анилина. Техника нашла подходящие способы и источники для получения сравнительно изрядных количеств ванадиевых соединений; так, напр., в шлаках, остающихся после переработки некоторых руд, содержится иногда свыше 1,5% ванадия, так что из 14 кг таких шлаков получают до 250 г сырой метаванадиево-аммиачной соли (Витц).

Ср. классическое исследование Роско: "Untersuchungen über Vanadin" ("Lieb. Ann. Suppl.-B.", VI, 77 и VII, 70).

В. Редзко. Δ.

(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 Т_1/2 = 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, t_пл 1900 ± 25°С, t_кип 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 (t_пл 2050°С), устойчивый в воде и кислотах. С углеродом В. взаимодействует при высокой температуре, давая тугоплавкий карбид VC (t_пл2800°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.

1. вана́дий;
2. вана́дии;
3. вана́дия;
4. вана́диев;
5. вана́дию;
6. вана́диям;
7. вана́дий;
8. вана́дии;
9. вана́дием;
10. вана́диями;
11. вана́дии;
12. вана́диях.

или ванад муж. весьма редкий металл, похожий на серебро, и открытый в некоторых свинцовых рудах. Ванадокислый хим. содержащий ванадовую кислоту.

-я, м.

Химический элемент, твердый металл светло-серого цвета.

[лат. Vanadium из др.-сканд.]

м.

Химический элемент, твёрдый металл светло-серого цвета, применяемый при изготовлении высокосортной стали, титановых сплавов и т.п.

ВАНАДИЙ (лат. Vanadium) - V, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 23, атомная масса 50,9415. Название от имени древнескандинавской богини красоты Ванадис. Серо-стальной твердый металл. Плотность 6,11 г/см³

ВАНАДИЙ (Vanadium), V, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 23, атомная масса 50,9415; металл, tпл 1920шC. Используют для легирования стали и чугуна, как компонент жаропрочных, твердых и коррозионно-стойких сплавов, в качестве конструкционного материала для ядерных реакторов. Открыт шведским химиком Н. Сефстремом в 1830.

муж.;
хим. vanadiumм. хим. vanadium.

vanadium

м. хим.

vanadio m

ВАНАДИЙ

(лат. Vanadium), V,- хим. элемент V группы периодич. системы элементов, ат. номер 23, ат. масса 50,9415. Природный В. состоит из 2 изотопов ³⁰V (0,25%) и ⁵¹V (99,75%). ⁵⁰V слабо радиоактивен (К-захват, Т _1/2=6*10¹⁵ лет). В качестве радиоактивного индикатора используют искусственно полученный ⁴⁸V (К-захват и -распад, T_1/2=16 сут). Конфигурация внеш. электронных оболочек . Энергии последоват. ионизации соответственно равны 6,740; 14,66; 29,32; 46,709; 65,2 эВ. Металлический радиус 0,134 нм, радиусы ионов: V²⁺-0,072 нм, V³⁺-0,067 нм,-0,061 нм, V⁵⁺-0,04 нм. Значение электроотрицательности 1,6.

В свободном виде В.- мягкий ковкий серебристо-серый с голубым оттенком металл, обладает кубич. объёмноцентрир. решёткой с параметром а=0,30282 нм; t _пл=1919 ^оC, t _кип ок. 3400⁰C, плотность 6,11 кг/дм ³ (20°), уд. теплоёмкость 462,48 Дж/(кг*К) (при 250 К); уд. сопротивление при комнатной температуре от 22,6 до 35,8 мкОм*см (в зависимости от чистоты В.). При темп-ре ниже 5,31 К переходит в сверхпроводящее состояние. Модуль упругости 126,5-139,4 ГПа, предел прочности 118 МПа, твёрдость по Бринеллю 628 МПа.

Чистый В. при комнатной темп-ре не реагирует с кислородом воздуха, растворами кислот (кроме HF) и щелочей. В соединениях проявляет степени окисления +2, +3, +4 и +5 (наиб. типична).

В. используется для произ-ва ванадиевых сталей. Соединение В. с галлием состава V₃Ga имеет сравнительно высокую темп-ру перехода в сверхпроводящее состояние (14,5 К). В. используют для изготовления оболочек ТВЭЛов в атомной энергетике, в электронной технике.

Лит.: Аналитическая химия ванадия, M., 1981.

С. С. Бердоносов.