Vanadium

Vanadium, auch: Vanadin (v.altnord.: Vanadis [Name 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.

Eigenschaften

Titan_(Element) - Vanadium - Chrom
V Nb
	Periodensystem

Allgemein

Name, Symbol, Ordnungszahl

Vanadium, V, 23

Serie

Übergangsmetalle

Gruppe, Periode, Block

5 , 4, d

Dichte, Mohshärte

6110 kg/m³, 7,0

Aussehen

silbrig grau metallisch

Atomar

Atomgewicht

50.9415 amu

Atomradius (berechnet)

135 (171) pm

Kovalenter Radius

125 pm

van der Waals-Radius

k. A. pm

Elektronenkonfiguration

[Ar]3d³4s²

e^- 's pro Energieniveau

2, 8, 11, 2

Oxidationszustände (Oxid)

5, 3 (amphoter)

Kristallstruktur

kubisch raumzentriert

Physikalisch

Aggregatzustand (Magnetismus)

fest (__)

2175 K (1902 °C)

3682 K (3409 °C)

8,32 · 10^-3 m³/mol

0,452 kJ/mol

20,9 kJ/mol

3,06 Pa bei 2175 K

Schallgeschwindigkeit

4560 m/s bei 293,15 K

Verschiedenes

Elektronegativität

1,63 (Pauling-Skala)

Spezifische Wärmekapazität

490 J/(kg · K)

Elektrische Leitfähigkeit

4,89 · 10⁶/m Ohm

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

Stabilste Isotope

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP
⁴⁸V	{syn.}	15,9735 Tage	ε	4,012	⁴⁸Ti
⁴⁹V	{syn.}	330 Tage	ε	0,602	⁴⁹Ti
⁵⁰V	{syn.}	1,4 · 10¹⁷ y	ε β	2,208 1,037	⁵⁰Ti ⁵⁰Cr
⁵¹V	100 %	Vanadium ist stabil mit 28 Neutronen

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

SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt,
sofern nicht anders angegeben.

Es ist ein seltenes, weiches und zähes Element. Vanadinerze sind verschwistert mit anderen metallischen Elementen. Sein Hauptverwendungszweck ist die Werkstoffherstellung.

Bemerkenswerte Eigenschaften

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 Vanadin 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 Vanadins wird in Form von Ferrovanadin 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 Getriebbau, 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 it einer Flussdichte von 175000 Gauss
Vanadinverbindungen dienen als Katalysator bei der Herstellung von Maleinsäreanhydrid und Schwefelsäure
Vanadiumpentoxid (V₂O₅) wird in der Keramikherstellung und als Katalysator verwendet

Geschichte

Vanadium wurde zuerst von Andres Manuel del Rio, einem spanischen Mineralogen 1801 in Mexico City 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 konnte 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 Rio's 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 VO^3- zeigen eine ähnliche Wirkung wie Insulin. Allerdings sind die notwendigen Dosen toxisch. Das weit weniger giftige Vanadylion VO^2- wird vom Körper aber nicht in ausreichender Menge aufgenommen. Vielversprechend sind organische Vanadylkomplexe.

Vorkommen

Vandium kommt natürlich nur gebunden vor. Zur Zeit sind ca. 65 Mineralien bekannt.

Patronite VS₄
Vanadinit [Pb₅(VO₄)3Cl]
Carnotit [K₂(UO₂)₂(VO₄)₂.3H₂O]
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 Vandium. Spektralanalytisch kann Vanadium im Licht der Sonne und einiger Sterne nachgewiesen werden.

Herstellung

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

Verbindungen

Vanadiumpentoxid (V₂O₅) wird eingesetzt als NH₃-SCR-Katalysator in Müllverbrennungsanlagen (TiO₂-WO₃-V₂O₅) und dye and color-fixer ?

Vorsichtsmaßnahmen

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

Weblinks