Vanadium

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Vanadium

Vanadium, auch: Vanadin (v.altnord.: Vanadis der germanischen Göttin der Schönheit Freya; nach dem farbenprächtigen Aussehen mancher V-Verbindungen) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol V und der Ordnungszahl 23. Es ist ein seltenes, weiches und zähes Element.

Eigenschaften		-

^*3d³4s²

Periodensystem

Titan - Vanadium - Chrom

V
Nb

- Allgemein

- Name, Symbol, Ordnungszahl Vanadium, V, 23

- Serie Übergangsmetalle

- Gruppe, Periode, Block 5 , 4, d

- Aussehen silbrig grau metallisch

- Atomar

- Atommasse 50,9415

- Atomradius (berechnet) 135 (171) pm

- Kovalenter Radius 125 pm

- van der Waals-Radius -

- Elektronenkonfiguration href="http://articles.gourt.com/de/Argon">Ar3d³4s²

- Elektronen pro Energieniveau 2, 8, 11, 2

- Oxidationszustände (Oxide) 5, 3 (amphoter)

- Elektronegativität 1,63 (Pauling-Skala)

- Kristallstruktur kubisch raumzentriert

- Physikalisch

- Aggregatzustand (Magnetismus) fest (__)

- Dichte (Mohshärte) 6110 kg/m³ (7,0)

- Schmelzpunkt 2175 K (1902 °C)

- Siedepunkt 3682 K (3409 °C)

- Molares Volumen 8,32 · 10^-6 m³/mol

- Verdampfungswärme 452 kJ/mol

- Schmelzwärme 23,0 kJ/mol

- Dampfdruck 3,06 Pa bei 2175 K

- Schallgeschwindigkeit 4560 m/s bei 293,15 K

- Verschiedenes

- Spezifische Wärmekapazität 490 J/(kg · K)

- Elektrische Leitfähigkeit 4,89 · 10⁶ S/m

- Wärmeleitfähigkeit 30,7 W/(m · K)

- 1. Ionisierungsenergie 650,9 kJ/mol

- 2. Ionisierungsenergie 1414 kJ/mol

- 3. Ionisierungsenergie 2830 kJ/mol

- 4. Ionisierungsenergie 4507 kJ/mol

- 5. Ionisierungsenergie 6298,7 kJ/mol

- Isotope

-	Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP	-	⁴⁷V	{syn.}	32,6 min	ε	29,28	⁴⁷Ti	-	⁴⁸V	{syn.}	15,9735 d	ε	4,012	⁴⁸Ti	-	⁴⁹V	{syn.}	330 d	ε	0,602	⁴⁹Ti	-	⁵⁰V	0,25 %	1,4 · 10¹⁷ a	ε β	2,208 1,037	⁵⁰Ti ⁵⁰Cr	-	⁵¹V	99,75 %	Vanadium ist stabil mit 28 Neutronen				-	⁵²V	{syn.}	3,743 min	β	3,976	⁵²Cr	-	⁵³V	{syn.}	1,61 min	β	3,436	⁵³Cr

- NMR-Eigenschaften

-		⁵⁰V	⁵¹V	-	Kernspin	6	7/2	-	gamma / rad/T	2,667 · 10⁷	7,032 · 10⁷	-	Empfindlichkeit	0,0555	0,383	-	Larmorfrequenz bei B = 4,7 T	19,9 M Hz	52,6 M Hz

- Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen.

Eigenschaften

Vanadium_1.jpg

Vanadium ist ein nichtmagnetisches, zähes, schmiedbares und silbrigglänzendes Übergangsmetall. Es weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. In Alkalien, Schwefel- und Salzsäure ist es gut beständig. Bei Temperaturen ab 933 K (660 °C) oxidiert es zu Vanadiumpentoxid V₂O₅.
Vanadium besitzt eine hohe mechanische Festigkeit.

In Verbindungen liegt Vanadium meist in der Oxidationsstufe +5 vor. Aber auch die Stufen +2, +3, +4 kommen häufig vor, neigen aber zum Übergang nach Stufe +5. Vanadium(II)- und Vanadium(III)-Oxid reagieren basisch, Vanadium(IV)-Oxid amphoter und Vanadium(V)-Oxid sauer.

Ein beliebtes Experiment zur farblichen Darstellung dieser 4 Oxidationsstufen ist die Reduktion von farblosem Ammoniumvanadat (N H₄VO₃) mit metallischem Zink. Nacheinander bildet sich eine blaue V(IV)-, eine grüne V(III)- und eine blassviolette V(II)- Salzlösung. Die niedrigeren Vanadiumwertigkeiten werden durch Luft wieder zum Vanadium(V)- oxidiert. Wegen dieser leichten Änderbarkeit der Wertigkeit wird Vanadium auch als Katalysator verwandt. Die Oxidationsstufe +1 tritt selten auf. Aber auch die Stufen 0, -1 und -3 sind möglich.

Anwendungen

Ungefähr 80 % des produzierten Vanadiums wird in Form von Ferrovanadium in den Handel gebracht oder als Legierungszusatz in der Stahlherstellung verbraucht. Harte- und zähe Vanadiumstähle enthalten allerdings selten mehr als 1 % Vanadium.

Sonderedelstähle für die Herstellung von Medizinischen Instrumenten und die Werkzeugherstellung
- rostbeständige Schnellarbeitsstähle (Werkzeugstähle)
- mit Aluminium als Legierungszusatz in Titanlegierungen in fliegenden Gasturbinen und Hochgeschwindigkeitsflugzeugen
vanadinhaltige Stähle finden Anwendung als Wellen, Kurbelwellen, Zahnräder im Getriebebau, und anderen kritischen Bauteilen
Karbidbildner in der Stahlherstellung.
Vanadiumfolien als Pufferschicht beim Plattieren von Titan auf Stahl.
Bänder aus Vanadin-Gallium zur Herstellung von supraleitenden Magneten mit einer Flussdichte von 175000 Gauss
Vanadinverbindungen dienen als Katalysator bei der Herstellung von Maleinsäureanhydrid und Schwefelsäure
Vanadiumpentoxid (V₂O₅) wird in der Keramikherstellung und als Katalysator verwendet
Vanadiumlegierungen könnten in Zukunft auch in Fusionskraftwerken zum Einsatz kommen.

Geschichte

Vanadium wurde zuerst von Andrés Manuel del Río, einem spanischen Mineralogen 1801 in Mexiko-Stadt in einem Bleierz, dem Vanadinit (Bleivanadat), entdeckt, das er "brown lead" nannte. Wegen der chromähnlichen Farben der Elementverbindungen nannte er das neue Element Panchrom. Später änderte del Rio den Namen in Erythronium (griech. rot) weil es sich beim Erwärmen meist rot färbte.

Französische Chemiker konnten del Rio davon überzeugen, dass "brown lead" ein basisches Bleichromat, Erythronium daher nur ein verunreinigtes Chrom sei. Del Rio ließ sich überzeugen und seine Entdeckung geriet in Vergessenheit. 1831 entdeckte der Schwede Nils Gabriel Sefström beim Experimentieren mit Eisenerzen Vanadium neu. Im gleichen Jahr bestätigte Friedrich Wöhler del Rios frühere Arbeiten. Metallisches Vanadium wurde 1867 von Henry Enfield Roscoe durch Reduktion von Vanadin(III)-chlorid mit Wasserstoff hergestellt.

Vanadinverbindungen zeigen eine große und schöne Farbenvielfalt. Deshalb benannte es Sefström nach Freya, der nordischen Göttin der Schönheit, die den Beinamen Vanadis trug.

Physiologie

In biologischen Systemen ist Vanadium essentieller Bestandteil einiger Enzyme. Vanadium Nitrogenase? nutzen einige stickstofffixierende Mikroorganismen.

Ratten und Hühner benötigen ebenfalls Vanadium in sehr geringen Mengen. Vanadiummangel führt bei ihnen zu reduziertem Wachstum und verringerter Fortpflanzung.

Vanadationen VO₄^3- zeigen eine ähnliche Wirkung wie Insulin. Allerdings sind die notwendigen Dosen toxisch. Das weit weniger giftige Vanadylion VO²⁺ wird vom Körper aber nicht in ausreichender Menge aufgenommen. Vielversprechend sind organische Vanadylkomplexe.

Vorkommen

Vanadium kommt natürlich nur gebunden vor. Zur Zeit sind etwa 65 Mineralien bekannt.

Patronite VS₄
Vanadinit ^*
Carnotit ^*
Descloizit Pb(Zn, Cu) ^*
als Verunreinigung in Magnetit, einem Eisenerz das bis zu 1-2 % Vanadium enthalten kann.

Ebenso enthalten Bauxit und fossile Energieträger wie Rohöl, Kohle, Ölschiefer und Teersand beträchtliche Mengen an Vanadium. Spektralanalytisch kann Vanadium im Licht der Sonne und einiger Sterne nachgewiesen werden.

Spurenhaftes Vorkommen auch in Amanita Muscaria (Fliegenpilz).

Die größten Vorkommen gibt es in Südafrika, Russland, Australien, USA und Finnland.

Herstellung

Metallisches Vanadium wird meist durch Reduktion von Vanadiumpentoxid V₂O₅ mit Kalzium unter Überdruck durchgeführt. Gewöhnlich fällt Vanadium als Co- beziehungsweise Kuppelprodukt (Beispiele? Erdölverarbeitung?, Uranerzgewinnung? usw.?) an.

Verbindungen

Vanadiumpentoxid (V₂O₅) wird als NH₃-SCR-Katalysator in Müllverbrennungsanlagen (TiO₂-WO₃-V₂O₅) und als Färbemittel eingesetzt.

Vorsichtsmaßnahmen

Vanadiumstaub ist leicht entzündlich. Vanadiumverbindungen sind hochtoxisch. Eingeatmeter vanadiumhaltiger Staub kann Lungenkrebs verursachen.

Weblinks

Chemisches Element | Gruppe-5-Element | Periode-4-Element | Übergangsmetall | Schwermetall

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