Физические свойства

Ванадий – самый редкий представитель черных металлов. Добавка ванадия обеспечивает
высокие характеристики титановых сплавов для аэрокосмической промышленности. Он
широко используется также в качестве катализатора при получении серной кислоты. В
природе ванадий встречается в составе титаномагнетитовых руд, редко фосфоритов, а также
в урансодержащих песчаниках. Главные рудные минералы ванадия в таких месторождениях –
карнотит и ванадиевый мусковит-роскоэлит. Значительные количества ванадия иногда
присутствуют также в бокситах, тяжелых нефтях, бурых углях, битуминозных сланцах и
песках. Ванадий обычно получают как побочный продукт при извлечении главных
компонентов минерального сырья (например, из титановых шлаков при переработке
титаномагнетитовых концентратов, или из золы от сжигания нефти, угля и т.д.).
В чистом виде ванадий – ковкий металл светло-серого цвета. Он почти в полтора раза легче
железа, плавится при температуре 1900±25°C, а температура его кипения 3400°C. При
комнатной температуре в сухом воздухе он довольно пассивен химически, но при высоких
температурах легко соединяется с кислородом, азотом и другими элементами.
История:
Ванадий открыт в 1801 году испанским минералогом А. М. Дель Рио как примесь в свинцовой
руде из рудника в Зимапане. Новый элемент Дель Рио назвал эритронием (от греческого
erythros — красный) из-за красного цвета его соединений. Вот как описывает историю
открытия ванадия известный шведский химик Берцелиус:
«В давние-давние времена на далеком севере жила Ванадис, прекрасная и любимая всеми
богиня. Однажды кто-то постучал в ее дверь. Богиня удобно сидела в кресле и подумала:
«Пусть он постучит еще раз». Но стук прекратился, и кто-то отошел от дверей. Богиня
заинтересовалась: кто же этот скромный и неуверенный посетитель? Она открыла окно и
посмотрела на улицу. Это был некто Вёлер, который поспешно уходил от ее дворца. Через
несколько дней вновь услышала она, что кто-то стучится к ней, но на этот раз стук настойчиво
продолжался до тех пор, пока она не встала и не открыла дверь. Перед ней стоял молодой
красавец Нильс Сёвстрем. Очень скоро они полюбили друг друга, и у них появился сын,
получивший имя Ванадий. Это и есть имя того нового металла, который был открыт в 1831
году шведским физиком и химиком Нильсом Сёвстремом».
В этом рассказе имеется неточность. Первым, кто «постучал» в комнату богини Ванадис, был
не немецкий химик Фридрих Вёлер, а замечательный мексиканский химик и минералог
Андрее Мануэль дель Рио. Еще задолго до Вёлера, в 1801 году, изучая бурые свинцовые
руды Мексики, дель Рио обнаружил, что в них присутствует неизвестный в то время металл.
Соединения нового металла были окрашены в самые разнообразные цвета, поэтому ученый
назвал открытый им элемент «панхромом», т. е. «всецветным», а позднее заменил это
название на «эритроний», что означает «красный».
Однако научно подтвердить свое открытие дель Рио не смог. Более того, в 1802 году он
пришел к выводу, что новый элемент - это открытый незадолго до того хром. Ту же ошибку
спустя несколько лет повторил Вёлер, который так робко «стучался в дверь богини Ванадис».
Лишь спустя почти тридцать лет состоялось второе рождение ванадия. На этот раз у
колыбели новорожденного стоял молодой шведский ученый Нильс Сёвстрем. В то время в
Швеции начала развиваться металлургия. В разных частях страны появлялись заводы. И вот
что было замечено: металл, выплавленные из железных руд одних месторождений, был
хрупким, в то время, как из других руд получался весьма пластичный металл. Чем объяснить
такое различие? Сёвстрем решил найти ответ на этот вопрос.
Исследуя химический состав руд, из которых был выплавлен металл высокого качества,
ученый после долгих опытов сумел доказать, что в этих рудах содержится новый элемент,
причем именно тот, который в свое время был обнаружен дель Рио и ошибочно принят им за
хром. Новый металл был назван ванадием.
Ни дель Рио, ни Вёлеру не суждено было стать «крестными отцами» нового элемента, хотя
они были близки к этому. После успеха Сёвстрема Вёлер писал своему другу: «Я был
настоящим ослом, что проглядел новый элемент в бурой свинцовой руде, и прав был
Берцелиус, когда он не без иронии смеялся над тем, как неудачно и слабо, без упорства
стучался я в дом богини Ванадис».
В России ванадий впервые был найден в 1834 году в свинцовой руде Березовского рудника
на Урале, а в 1839 году - в пермских песчаниках. Уже в то время русский инженер Шубин
высказал мысль о благотворном влияние ванадия на свойства железных и медных сплавов.
"Медистый чугун, черная медь, гаркупфер и штыковая медь, - писал он в одной из статей, составляют металлические сплавы с ванадом и, вероятно, его присутствие придает им
большую твердость».
На протяжении многих лет никому не удавалось выделить ванадий в чистом виде. Только в
1869 году английский химик Генри Роско после напряженных поисков сумел получить чистый
металлический ванадий. Впрочем, чистым он мог считаться лишь по тем временам, так как
содержал более 4% примесей. А между тем даже небольшие примеси резко меняют свойства
этого элемента. Чистый ванадий - серебристо-серый металл, обладающий высокой
пластичностью, - его можно ковать.
Физические свойства
Ванадий по внешнему виду похож на сталь, это достаточно твердый, но вместе с тем
пластичный металл.
Плотность ванадия 6,11 г/см3, tпл 1900°C, tкип 3400° Конфигурация двух внешних электронных
слоев 3s2p6d34s2. В периодической системе Менделеева расположен в четвертом периоде в
группе VВ. Ванадий образует соединения в степенях окисления от +2 до +5 (валентности от II
до V).
Химические свойства
Пентаксид ванадия
При обычной температуре ванадий не подвержен действию воздуха, морской воды и
растворов щелочей; устойчив к неокисляющим кислотам, за исключением плавиковой. По
коррозионной стойкости в соляной и серной кислотах ванадий значительно превосходит титан
и нержавеющую сталь. При нагревании на воздухе выше 300°C В. поглощает кислород и
становится хрупким. При 600-700°C ванадий интенсивно окисляется с образованием
пятиокиси V2O5, а также и низших окислов. При нагревании В. выше 700°C в токе азота
образуется нитрид VN (tпл 2050°C), устойчивый в воде и кислотах. С углеродом ванадий
взаимодействует при высокой температуре, давая тугоплавкий карбид VC (tпл=2800°C),
обладающий высокой твёрдостью.
Биологическое действие
Соединения ванадия ядовиты. Отравление возможно при вдыхании пыли, содержащей
соединения В. Они вызывают раздражение дыхательных путей, лёгочные кровотечения,
головокружения, нарушения деятельности сердца, почек и т.п.
Ванадий постоянно присутствует в тканях всех организмов в ничтожных количествах.
Предполагается, что ванадий подавляет образование холестерина в кровеносных сосудах,
однако нормы потребления для этого минерального вещества не установлены.
В растениях его содержание (0,1-0,2%) значительной выше, чем в животных (1·10-5-1·10-4%).
Некоторые морские организмы - мшанки, моллюски и, особенно, асцидии - способны
концентрировать ванадий в значительных количествах (у асцидий ванадий находится в
плазме крови или специальных клетках - ванадоцитах).
По-видимому, ванадий участвует в некоторых окислительных процессах в тканях. Мышечная
ткань человека содержит 2·10-6% ванадия, костная ткань - 0,35·10-6%, в крови - менее 2·10-4%
мг/л. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия. Ванадий и его
соединения токсичны. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза - 2-4 мг
Интересные факты

В падающих на землю метеоритах содержание ванадия в 2-3 раза больше, чем в земной
коре. Судя по тому, что в спектре Солнца имеется немало линий, присущих атомам ванадия,
солнечная материя также богаче этим элементом, чем наша планета.

Во время первой мировой войны настоящую сенсацию вызвал созданный французскими
инженерами самолет, который был вооружен не пулеметом, как обычно, а пушкой,
наводившей страх на немецких летчиков. Но каким же образом удалось поставить пушку на
самолет? Ведь грузоподъемность тогдашних «этажерок» была очень мала. Оказалось, что
пушке помог забраться в самолет... ванадий. Французские авиационные пушки были
изготовлены из ванадиевой стали. При относительно небольшом весе они обладали
прекрасными прочностными характеристиками, позволяющими вести сокрушительный огонь
по немецким самолетам.

Некоторые морские растения и животные - голотурии, асцидии, морские ежи «коллекционируют» ванадий, извлекая его каким-то неведомым человеку способом из
окружающей среды. Одни ученые полагают, что у этой группы живых организмов ванадий
выполняет те же функции, что железо в крови человека и высших животных, т. е. помогает ей
впитывать кислород, или, образно говоря, «дышать».