Vanad

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Vanad
Atomové číslo	23
Relativní atomová hmotnost	50,9415 amu
Elektronová konfigurace	[Ar] 3d3 4s2
Skupenství	Pevné
Teplota tání	1 915 °C, (2 188 K)
Teplota varu	3 350 °C, (3 623 K)
Elektronegativita (Pauling)	1,63
Hustota	6,11 g/cm3
Hustota při teplotě tání	5,5 g/cm3
Registrační číslo CAS	7440-62-2

Vanad, chemická značka V, (lat.Vanadium) je spolu s niobem a tantalem členem 5. skupiny periodické tabulky prvků. Vanad patří mezi kovové prvky, v praxi je používán pro výrobu speciálních slitin a průmyslových katalyzátorů.

Obsah 1 Historie objevu 2 Fyzikálně-chemické vlastnosti 3 Výskyt 4 Výroba vanadu 5 Využití 6 Biologický a zdravotní význam

[editovat] Historie objevu

Poprvé ho objevil v roce 1801 A. M. del Rio ve vzorku mexické olověné rudy. Ale pod vlivem nesprávných názoru H. V. Collet-Descotilse od svého objevu upustil. Znovu byl tento prvek objeven v roce 1830 N. G. Sefströmem ve švédských železných rudách. Název získal podle skandinávské bohyně krásy Vanadis. Čistý kov izoloval v roce 1867 H. E. Roscoe redukcí chloridu vanadičného VCl₄ vodíkem.

[editovat] Fyzikálně-chemické vlastnosti

Vanad je tvrdý, šedo-bílý, kujný kov. Chemicky je poměrně značně odolný jak vůči běžným kyselinám tak alkáliím. Za zvýšené teploty však poměrně snadno podléhá oxidaci vzdušným kyslíkem.

V chemických sloučeninách se vyskytuje v řadě mocenství od mocenství V⁺² po V⁺⁵.

[editovat] Výskyt

Obsah vanadu v zemské kůře je 136 ppm (19. nejrozšířenější prvek). Jeho obsah v mořské vodě činí přibližně 0,002 mg/l. Ve vesmíru připadá jeden atom vanadu na 50 milionů atomů vodíku.

Navzdory jeho poměrné velkému průměrnému obsahu v zemské kůře existuje jen několik bohatších ložisek. Většina vanadu se získává jako vedlejší produkt při zpracování některé z asi 60 rud, v nichž je obsažen. Mezi nejdůležitější minerály patří polysulfid patronit VS₄. Nejčastěji se však vanad vyskytuje v rudách ve formě sloučeniny s kyslíkem. Příkladem může být vanadinit - podvojný chlorid-vanadičnan olovnatý PbCl₂·3Pb₃(VO₄)₂ nebo carnotit [K₂(UO₂)₂(VO₄)₂.3H₂O]. Zajímavý je i poměrně významný obsah vanadu v surové v ropě nebo uhlí.

[editovat] Výroba vanadu

Vanad se vyrábí pražením rozdrcené rudy nebo zbytků kovového vanadu s chloridem sodným (NaCl) nebo uhličitanem sodným (Na₂CO₃) při teplotě 850 °C. Tímto procesem vzniká vanadičnan sodný NaVO₃, který se louží vodou. Okyselením získaného výluhu na pH 2 - 3 dojde k vysrážení polyvanadičnanu (červený koláč), z něhož můžeme tavením při 700 °C získat černý technický oxid vanadičný V₂O₅.

V dalším kroku se tento oxid zredukuje pomocí kovového hliníku. Příprava čistého kovového vanadu se provádí redukci VCl₅ vodíkem nebo hořčíkem.

[editovat] Využití

Vanad se přidává do vysoce kvalitních ocelí s vysokým obsahem chromu, kde tvoří s uhlíkem karbid V₄C₃. Ten se v oceli rozptýlí a tím zjemňuje zrnitou strukturu oceli, která je díky tomu odolnější proti opotřebení (především za vyšších teplot). Jiným příkladem železných specálních slitin je například Vicalloy, obsahující 9,5 % vanadu, 52 % kobaltu a 38,5 % železa. Uvedené nerezové slitiny na bázi ocelí se využívají pro výrobu chirurgických nástrojů a dalších průmyslových komponent, které vykazují vysokou chemickou i mechanickou odolnost.

Slitiny s titanem a hliníkem se vyznačují vynikající mechanickou odolností a nízkou hustotou a nacházejí uplatnění při výrobě leteckých motorů a speciálních součástek pro konstrukci letadel a kosmických sond, družic a podobných aplikací.

V poslední době se uplatňuje i při výrobě elektrických článků a baterií a slitiny vanadu s galliem patří k materiálům pro přípravu supravodivých magnetů.

Tenká vrstva oxidu vanadičitého (VO₂) vyloučená na skleněném povrchu pohlcuje dopadající infračervnené záření a současně neovlivňuje optické vlastnosti skla ve viditené oblasti spektra. Nanokrystalický VO₂ je v současné době předmětem intenzivního výzkumu jako polovodič, protože při teplotě kolem 70 °C u něj dochází ke skokové přeměně jeho vodivostních charakteristik z vodiče na polovodič elektrického proudu. Teplota přechodu může být navíc výrazně ovliněna přídavky stopových množství dalších příměsí.

Průmyslové katalyzátory na bázi oxidu vanadičného (V₂O₅) se využívají při výrobě kyseliny sírové i v syntéze některých organických sloučenin.

[editovat] Biologický a zdravotní význam

Vanad patří mezi prvky, které jsou i ve stopových koncentracích důležité pro správné fungování živých organizmů. V potravě se do organizmu dostává jako složka rostlinných olejů, některých minerálních vod, vyšší koncentraci vanadu nalezneme i rybím mase a zelenině. Jako optimální denní dávka příjmu vanadu v potravě se uvádí 20 - 30 mg V denně.

Je základním stavebním kamenem některých enzymů jako napřiklad nitrogenázy, která je nezbytná pro funkci mikroorganizmů, která zprostředkují fixaci dusíku v půdě a tím jeho dostupnost pro výživu rostlin.

Poslední výzkumy naznačují, že některé sloučeniny vanadu příznivě ovlivňují stav nemocných cukrovkou (diabetes mellitus), ale přesný popis funkce vanadu v metabolismu cukrů zatím není znám.

Vanad má význam i při syntéze krevního barviva hemoglobinu, které slouží pro přenos kyslíku krví z plic do tělesných tkání. Dlouhodobý nedostatek vanadu ve stravě se proto může projevit chudokrevností.

Nadbytek vanadu působí naopak výrazně negativně. Toxicita sloučenin vanadu se uplatnitňuje především při každodenní expozici postižených osob nadměrným dávkám tohoto prvku při jeho výrobě a metalurgickém zpracování nebo z kontaminovaných důlních vod.

Chronická otrava vanadem se projevuje zvracením, průjmem, bolestí břicha, poklesem krevního tlaku, zrychlením tepu srdce, sníženou hladinou krevního cukru, selháním jater a nadledvinek.

---