Vanadi

iso.	AN	Període de semidesintegració	CD	ED M eV	PD
⁴⁸V	Sintètic	15,9735 dies	ε	4,012	⁴⁸Ti
⁴⁹V	Sintètic	330 dies	ε	0,602	⁴⁹Ti
⁵⁰V	Sintètic	1,4E17 anys	ε β	2,208 1,037	⁵⁰Ti ⁵⁰Cr
⁵¹V	100%	vanadi és estable amb 28 neutrons

Valors en el SI d'unitats i en CNPT (0º C i 1 atm),
excepte quan s'indica el contrari.

El vanadi és un element químic de nombre atòmic 23 situat en el grup 5 de la taula periòdica dels elements. El seu símbol és V. És un metall dúctil, bla i poc abundant. Es troba en distints minerals i s'empra principalment en alguns aliatges. El nom procedeix de la deessa de la bellesa Vanadis en la mitologia escandinava.

[edita] Característiques principals

El vanadi és un metall de transició blanc, dúctil i brillant. Aquest metall, presenta una alta resistència a les bases, a l'àcid sulfúric (H₂SO₄) i a l'àcid clorhídric (HCl). S'obté de distints minerals, així com del petroli. També es pot obtindre de la recuperació de l'òxid de vanadi (V) (V₂O₅) en pols. procedent de processos de combustió. Té algunes aplicacions nuclears a causa de la seua baixa secció de captura de neutrons. És un element essencial en alguns essers vius, encara que no es coneix la seva funció.

En els seus compostos presenta variats estats d'oxidació, sent els més comuns +2, +3, +4 i +5.

[edita] Aplicacions

Aproximadament el 80% del vanadi produït s'empra com ferrovanadi o com a additiu en acers.

S'empra en l'acer inoxidable usat en instruments quirúrgics i eines, en acers resistents a la corrosió, i mesclat amb alumini en aliatges de titani emprades en motors a reacció. També, en acers emprats en eixos de rodes i cigonyals, engranatges, i altres components crítics.
És un important estabilitzador de carburs en la fabricació d'acers.
S'empra en alguns components de reactors nuclears.
Forma part d'alguns imants superconductors.
Alguns compostos de vanadi s'utilitzen com catalitzadors en la producció d'anhídrid maleic i àcid sulfúric. Concretament, és molt usat el pentòxid de vanadi, V₂O₅, que també s'empra en ceràmiques.

[edita] Història

El vanadi (de la deessa de la bellesa en la mitologia escandinava Vanadis, a causa dels colors dels seus compostos), va ser descobert en un principi pel mineralogista espanyol Andrés Manuel del Riu, a Mèxic, el 1801, en un mineral de plom. Primer el va denominar pancrom, pel fet que els colors eren pareguts als del crom, i després eritròni a causa del color de les seves sals (es tornaven roges al escalfar-les).

No obstant, el químic francés Hippolyte Victor Collet-Descotils va qüestionar este descobriment dient que realment es tractava de crom impur. Això va provocar que Andrés Manuel del Riu es retractara del seu descobriment.

El 1830, el suec Nils Gabriel Sefström el redescobrí en un òxid que va trobar mentres treballava en unes menes de ferro i li va donar el nom amb el que es coneix actualment. Després, el 1831, Friedrich Wöhler va concloure que es tractava del mateix element descobert el 1801.

El vanadi metàl·lic no es va preparar fins a l'any 1867, per Henry Enfield Roscoe, per mitjà de la reducció de triclorur de vanadi, VCl₃ amb hidrogen.

[edita] Compostos

Presenta variats estats d'oxidació, amb distints colors. Per mitjà d'un experiment senzill es pot apreciar: partint de vanadat d'amoni (NH₄VO₄), i emprant zinc metàl·lic en medi àcid, es produeix la sèrie de reaccions següent:

VO₄^3- (incolor) --> [VO(OH₂)₅]²⁺ (blau) --> [V(OH₂)₆]³⁺ (verd) --> [V(OH₂)₆]²⁺ (violeta)

El pentòxid de vanadi, V₂O₅, que se sol obtindre com un sòlid polsós de color taronja, és un agent oxidant, i s'empra com a catalitzador i com colorant.

Estructura del pentòxid de vanadi

El catió vanadil, VO²⁺, on el vanadi està en estat d'oxidació +4, sent l'enllaç V=O doble, es pot trobar en distints complexos de vanadi, generalment amb quatre lligants més, formant una piràmide de base quadrada. Poden presentar un lligant més en posició trans al lligant oxo, però aquesta posició és prou làbil. Generalment els complexos d'aquest tipus són blau. En l'estat d'oxidació +5, també forma complexos amb lliguands oxo.

[edita] Rol biològic

El vanadi és un element químic essencial en alguns organismes. En humans no està demostrada la seva essencialitat, encara que existixen compostos de vanadi que imiten i potencien l'activitat de la insulina.

Es troba en alguns enzims en distints essers vius. Per exemple, en les haloperoxidasses (generalment bromoperoxidasses) d'algunes algues, que redueixen peròxids i al mateix temps halogenen un substrat orgànic.

Les ascidies (uns organismes marins de la família dels tunicats) emmagatzemen altes concentracions de vanadi, al voltant d'un milió de vegades més altes que l'aigua que els rodeja, trobant-se en una molècula anomenada hemovanadina. En aquests organismes el vanadi s'emmagatzema en unes cèl·lules anomenades vanadocits.

També acumula altes concentracions de vanadi el fong amanita papamosques gris. Es forma un complex amb un lligant ionòfor anomenat amavadina.

[edita] Abundància i obtenció

El vanadi no es troba mai en estat natiu, però està present en uns 65 minerals diferents, entre els que destaquen la patroneta, VS₄, vanadinita, Pb₅(VO₄)₃Cl, i la carnotita, K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O. També es troba en la bauxita, així com en dipòsits que contenen carboni, com per exemple en carbó, petrolis, cru i quitrà. S'extreu del petroli emprant porfirines. A més, s'obté pentòxid de vanadi, V₂O₅, recuperant-lo de la combustió del vanadi.

Els vanadats es dissolen per mitjà d'una fusió alcalina. Al medi àcid i després d'altres processos s'obté el V₂O₅, que es redueix parcialment amb carboni, i després amb calci en atmosfera d'argó per a obtindre vanadi metàl·lic.

En el cas que no es paretixi d'un mineral que continga el vanadat, sinó d'un sulfur, aquest s'oxida per a obtindre el vanadat i es realitza el mateix procediment per a obtindre vanadi.

Si es vol obtindre vanadi més pur, s'empra el mètode Van Arkel-de Boer (formació d'un compost volàtil i la seva posterior descomposició).

[edita] Isòtops

En la naturalesa es pot trobar un isòtop estable, el vanadi-51. S'han caracteritzat quinze radioisòtops, sent els més estables el vanadi-50, amb un període de semidesintegració d'1,4 x 10¹⁷ anys, el vanadi-49, de 330 dies, i el vanadi-48, de 15,9735 dies. La resta tenen períodes inferiors a una hora, essent la majoria de menys de deu segons. A més, aquest element presenta un metaestat.

El pes atòmic dels isòtops de vanadi va des de 43,981 uma (vanadi-43) fins a 59,959 uma (vanadi-59). El principal mode de decaïment abans de l'isòtop més estable, vanadi-51, és la captura d'electrons (sent els principals productes de decaïment isòtops de l'element 22, titani), mentres que després d'aquest, és la desintegració beta (donant com principals productes de decaïment isòtops de l'element 24, crom).

[edita] Precaucions

La pols metàl·lica és pirofòrica, i els compostos de vanadi han de ser considerats com a altament tòxics. La seva inhalació pot causar càncer de pulmó.

L'Administració de Seguretat i Salut Ocupacional (OSHA) ha establert un límit d'exposició per a la pols de pentòxid de vanadi de 0,05 mg/m³, i de 0,1 mg/m³ per al gas de pentòxid de vanadi en l'aire del lloc de treball per a una jornada de 8 hores, 40 hores a la setmana.

L'Institut Nacional de Salut i Seguretat Ocupacional (NIOSH) recomana que ha de considerar-se perillós per a la salut i la vida un nivell de 35 mg/m³ de vanadi. Aquest nivell es correspon al que pot causar problemes permanents de salut o mort.