Vanadio

Vanadio
; 23	V
	V
	Nb
	Titanio ← Vanadio → Cromo
	Táboa periódica dos elementos
	[[Ficheiro:{{{espectro}}}\|300px\|center]]
	Liñas espectrais do Vanadio
Información xeral
Nome, símbolo, número	Vanadio, V, 23
Serie química	Metal de transición
Grupo, período, bloque	5, 4, d
Densidade	6110 kg/m3
Dureza	{{{dureza}}}
Aparencia	Gris prateado;
N° CAS
N° EINECS
Propiedades atómicas
Masa atómica	50,9415(1) u
Raio medio	135 pm
Raio atómico (calc)	171 pm
Raio covalente	125 pm
Raio de van der Waals	pm
Configuración electrónica	[Ar]3d³4s²
Electróns por nivel de enerxía
Estado(s) de oxidación	5, 3
Óxido	Anfótero
Estrutura cristalina	cúbica centrada no corpo
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido
Punto de fusión	2175 K
Punto de ebulición	3682 K
Punto de inflamabilidade	{{{P_inflamabilidade}}} K
Entalpía de vaporización	0,452 kJ/mol
Entalpía de fusión	20,9 kJ/mol
Presión de vapor	3,06
Temperatura crítica	K
Presión crítica	Pa
Volume molar	m3/mol
Velocidade do son	4560 m/s a 293.15 K (20 °C)
Varios
Electronegatividade (Pauling)	1,63
Calor específica	490 J/(K·kg)
Condutividade eléctrica	4,89 x 106 S/m
Condutividade térmica	30,7 W/(K·m)
1.ª Enerxía de ionización	650,9 kJ/mol
2.ª Enerxía de ionización	1414 kJ/mol
3.ª Enerxía de ionización	2830 kJ/mol
4.ª Enerxía de ionización	4507 kJ/mol
5.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización5}}} kJ/mol
6.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización6}}} kJ/mol
7.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización7}}} kJ/mol
8.ª enerxía de ionización	{{{E_ionización8}}} kJ/mol
9.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización9}}} kJ/mol
10.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización10}}} kJ/mol
Isótopos máis estables
	MeV
	Unidades segundo o SI e en condicións normais de presión e temperatura, salvo indicación contraria.

O vanadio é un elemento químico de número atómico 23 situado no grupo 5 da táboa periódica dos elementos. O seu símbolo é V. É un metal dúctil, brando e pouco abundante. Atópase en distintos minerais e emprégase principalmente nalgunhas aliaxes. O nome procede da deusa da beleza Vanadis na mitoloxía escandinava.

Características principais

O vanadio é un metal de transición branco, dúctil e brillante. Este metal de transición presenta unha alta resistencia ás bases, ao ácido sulfúrico (H2SO4) e ao ácido clorhídrico (HCl). Obtense de distintos minerais, así como de petróleos. Tamén se pode obter da recuperación do óxido de vanadio (V) en pos procedentes de procesos de combustión. Ten algunhas aplicacións nucleares debido á súa baixa sección de captura de neutróns. É un elemento esencial nalgúns seres vivos, aínda que non se coñece a súa función.

Nos seus compostos presenta variados estados de oxidación, sendo os máis comúns 2, 3, 4 e 5.

Aplicacións

Aproximadamente o 80% do vanadio producido emprégase como ferrovanadio ou como aditivo en aceiros.

Emprégase en aceiro inoxidable usado en instrumentos cirúrxicos e ferramentas, en aceiros resistentes á corrosión, e mesturado con aluminio en aliaxes de titanio empregadas en motores de reacción. Tamén, en aceiros empregados en eixes de rodas e cegoñais, engrenaxes, e outros compoñentes críticos.
É un importante estabilizador de carburos na fabricación de aceiros.
Emprégase nalgúns compoñentes de reactores nucleares.
Forma parte dalgúns imans supercondutores.
Algúns compostos de vanadio utilízanse como catalizadores na produción de anhídrido maleico e ácido sulfúrico. Concretamente, é moi usado o pentóxido de vanadio, V2Ou5, que tamén se emprega en cerámica.

Historia

O vanadio (da deusa da beleza na mitoloxía escandinava Vanadis debido ás cores dos seus compostos), foi descuberto nun principio polo mineraloxista español-mexicano Andrés Manuel del Río, en México, en 1801, nun mineral de chumbo. Primeiro denominouno pancromo, debido a que as cores eran parecidos aos do cromo, e logo eritronio debido á cor dos seus sales (volvíanse vermellos ao quentalos). Así a todo, o químico francés Hippolyte Victor Collet-Descotils cuestionou este descubrimento dicindo, erroneamente, que se trataba de cromo impuro. Isto provocou que del Río se retractara do seu descubrimento.

En 1830, o sueco Nils Gabriel Sefström redescubriuno nun óxido que atopou mentres traballaba nunhas menas de ferro e deulle o nome que hoxe se coñece. Despois, en 1831, Friedrich Wöhler concluíu que se trataba do mesmo elemento descuberto en 1801 por del Río.

O vanadio metálico non se preparou ata o ano 1867, por Henry Enfield Roscoe, mediante a redución de tricloruro de vanadio, VCl3 con hidróxeno.

Compostos

Presenta variados estados de oxidación, con distintas cores. Mediante un experimento sinxelo pódese apreciar: partindo de vanadato de amonio (NH4VO4), e empregando zinc metálico no medio ácido, prodúcese a serie de reaccións seguinte:

VO₄^3- (incoloro) → [VO(OH₂)₅]²⁺ (azul) → [V(OH₂)₆]³⁺ (verde) → [V(OH₂)₆]²⁺ (violeta)

O pentóxido de vanadio, V2Ou5, que se adoita obter como un sólido pulverulento de cor laranxa, é un axente oxidante, e emprégase como catalizador e como colorante.
A unidade vanadilo, VO2 , onde o vanadio está en estado de oxidación 4, sendo o enlace V-Ou dobre, pódese atopar en distintos complexos de vanadio, xeralmente con catro ligandos máis, formando unha pirámide de base cadrada. Poden presentar un ligando máis en posición trans ao ligando oxo, pero esta posición é bastante lábil. Xeralmente os complexos deste tipo son azuis. No estado de oxidación 5, tamén forma complexos con ligandos oxo.

Papel biolóxico

O vanadio é un elemento esencial nalgúns organismos. En humanos non está demostrada o seu esencialidade, aínda que existen compostos de vanadio que imitan e potencian a actividade da insulina.^{[Cómpre referencia]}

Atópase nalgúns encimas en distintos seres vivos. Por exemplo, nas haloperoxidasas (xeralmente bromoperoxidasas) dalgunhas algas, que reducen peróxidos e á vez haloxenan un substrato orgánico.

As ascidias (uns organismos mariños do grupo dos tunicados) almacenan altas concentracións de vanadio, ao redor dun millón de veces máis altas que a auga que lles rodea, atopándose nunha molécula chamada hemovanadina. Nestes organismos o vanadio almacénase nunhas células chamadas vanadocitos.

Tamén acumula altas concentracións de vanadio o fungo amanita muscaria. Fórmase un complexo cun ligando ionóforo chamado amavadina.

Abundancia e obtención

O vanadio non se atopa nunca en estado nativo, pero está presente nuns 65 minerais diferentes, entre os que destacan a patronita, VS₄, vanadinita, Pb₅(VO₄)₃Cl, y la carnotita, K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O. Tamén se atopa na bauxita, así como en depósitos que conteñen carbono, por exemplo en carbón, petróleos, cru e alcatrán. Extráese do petróleo empregando porfirinas. Ademais, obtense pentóxido de vanadio, V2Ou5, recuperándoo da combustión do vanadio.

Os vanadatos disólvense mediante unha fusión alcalina. No medio acedo e tras outros procesos obtense o V2Ou5, que se reduce parcialmente con carbono, e logo con calcio en atmosfera de argon para obter vanadio metálico.

No caso de que non se parta dun mineral que conteña o vanadato, senón un sulfuro, este oxídase para obter o vanadato e realízase o mesmo procedemento para obter vanadio.

Se se quere obter vanadio máis puro, emprégase o método Van Arkel-de Boer (formación dun composto volátil e a súa posterior descomposición).

Isótopos

Na natureza pódese atopar un isótopo estable, o vanadio-51. Caracterizáronse quince radioisótopos, sendo os máis estables o vanadio-50, cunha vida media de 1,4 x 1017 anos, o vanadio-49, de 330 días, e o vanadio-48, de 15,9735 días. O resto teñen vidas medias de menos dunha hora, sendo a maioría de menos de dez segundos. Ademais, este elemento ten un metaestado.

O peso atómico dos isótopos de vanadio vai dende 43,981 uma (vanadio-43) ata 59,959 uma (vanadio-59). O principal modo de decaemento antes do isótopo máis estable, vanadio-51, é a captura de electróns (sendo os principais produtos de decaemento isótopos do elemento 22, titanio), mentres que logo deste, é a desintegración beta (dando como principais produtos de decaemento isótopos do elemento 24, cromo).

Precaucións

O po metálico é pirofórico, e os compostos de vanadio deberían de ser considerados como altamente tóxicos. A súa inhalación pode causar cancro de pulmón.^{[Cómpre referencia]}

A Administración de Seguridade e Saúde Ocupacional (OSHA) estableceu un límite de exposición para o po de pentóxido de vanadio de 0,05 mg/m³, e de 0,1 mg/m³ para o gas de pentóxido de vanadio no aire do lugar de traballo para unha xornada de 8 horas, 40 horas á semana.

O Instituto Nacional de Saúde e Seguridade Ocupacional (NIOSH) recomenda que debe considerarse perigoso para a saúde e a vida un nivel de 35 mg/m³ de vanadio. Este nivel correspóndese ao cal pode causar problemas permanentes de saúde ou morte.