protonové číslo 23
relativní atomová hmotnost 50.94
elektronegativita 1.6
elektronová konfigurace [Ar]4s23d3
hustota (g·cm-3) 6.11
teplota tání (°C) 1920.0
teplota varu (°C) 3350.0

Vanad (23V)

historie

  • N. G. Sefstrőm v roce 1830 nalezl v některch švédských železných rudách nový prvek. Pro rozmanitost barev jeho sloučenin mu dal jméno vanad po skandinávské bohyni krásy Vanadis.
  • V roce 1867 H. E. Roscoe připravil kov redukcí chloridu vodíkem.

výskyt

  • patronit - VS4
  • vanadinit - PbCl2 · 3Pb3(VO4)2
  • karnotit - K(UO2)VO4·3/2H2O
  • v ropě především z Venezuely a Kanady
  • vanad mohou kumulovat v krvi někteří bezobratlí (pláštěnci)

průmyslová výroba

  • Rozdrcená ruda se praží s chloridem sodným (NaCl) nebo uhličitanem sodným (Na2CO3) (t = 850 °C).
    Vzniká vanadičnan sodný (NaVO3), který se vyluhuje z taveniny vodou.
    Okyselením výluhu kyselinou sírovou (H2SO4) se sráží polyvanadičnan, který tavením přejde na oxid vadaničný (V2O5).
    Dále se redukuje, protože 80% vyrobeného vanadu slouží jako přísada do oceli, používá se k redukci železo (Fe) a tím se získá ferrovanad.
    Ten se zužitkovává bez dalšího čištění.
    Pokud se má vyrobit čistý vanad, redukuje se chlorid vanadičný (VCl5) vodíkem (H2) nebo hořčíkem (Mg) popř. se redukuje oxid vanadičný (V2O5) vápníkem (Ca).
    Může se získávat i elektrolyticky.

fyzikální vlastnosti

  • stříbrolesklý kov
  • měkký, tažný

chemické vlastnosti

  • za zvýšené teploty se slučuje s většinou nekovů, často za vzniku produktů nestechiometrické povahy
  • odolný vůči korozi
  • rozpouští se v horkých minerálních kyselinách
  • s roztavenými hydroxidy nereaguje

užití

  • přísada do oceli - dodává jí, zvláště za vysokých teplot, větší odolnost proti opotřebení (výroba pružin, nožů vysoké řezné rychlosti)

sloučeniny

  • halogenidy
    • vanadnaté (VX2)
      • fluorid vanadnatý (VF2) (modrý)
      • chlorid vanadnatý (VCl2) (světle zelený)
      • bromid vanadnatý (VBr2) (hnědooranžový)
      • jodid vanadnatý (VI2) (červenofialový)
      • příprava - redukcí halogenidů vanaditých (VX3)
      • hygroskopické látky
      • silné redukční účinky
      • jejich vodné roztoky obsahují kationty hexaaquavanadnaté [V(H2O)6]2+ (levandulově zbarvené)
    • vanadité (VX3)
      • flurid vanaditý (VF3) (žlutozelený)
      • chlorid vanaditý (VCl3) (červenofialový)
      • bromid vanaditý (VBr3) (šedohnědý)
      • jodid vanaditý (VI3) (hnědočerný)
      • příprava - fluorid - působení fluorovodíku (HF) na zahřátý chlorid vanaditý (VCl3)
        VCl3 + 3HF → VF3 + 3HCl
      • ostatní halogenidy se připravují přímou syntézou z prvků
        2V + 3Cl2 → 2VCl3
      • fluorid nepodléhá oxidaci
      • málo rozpustný ve vodě
      • ostatní halogenidy - látky hygroskopické
        snadno se oxidují vzdušným kyslíkem, rozpouštějí se ve vodě na roztok obsahující kation hexaaquavanaditý [V(H2O)6]3+
    • vanadičité (VX4)
      • fluorid vanadičitý (VF4) (citrónově zelený)
      • chlorid vanadičitý (VCl4) (červenohnědý)
      • bromid vanadičitý (VBr4) (červenofialový)
      • příprava - přímou syntézou prvků
    • vanadičné (VX5)
      • florid vanadičný (VF5)
      • příprava - slučováním fluoru se zahřátým vanadem
        2V + 5F2 → 2V5
      • bezbarvá, těkavá a hydrolyzovatelná látka
  • od halogenidů se odvozují halogenoxidy (dva typy)
    • dihalogenid-oxid vanadičitý (VX2O) - relativně stálý
    • trihalogenid-oxid vanadičný (VX3O) - hygroskopický, vodou se hydrolyticky štěpí za vzniku oxidu vanadičného (V2O5)
    • tvoří různé sulfidy, selenidy, teluridy - odlišné stechiometrie a struktury než mají oxidy
  • oxidy
    • oxid vanadnatý (VO)
      • příprava – redukcí oxidu vanaditého (V2O3)
      • šedá látka
    • oxid vanaditý (V2O3)
      • příprava – redukcí oxidu vanadičitého (VO2) vodíkem (H2), uhlíkem (C) nebo oxidem uhelnatým (CO)
        2 VO2 + H2 → V2O3 + H2O
      • zásaditý oxid
      • rozpuštěním v kyselinách vznikají modré nebo zelené roztoky
      • vanaditých solí se silnými redukčními účinky
    • oxid vanadičitý (VO2)
      • amfoterní charakter
        je-li rozpuštěn v neoxidujících kyselinách dává soli zabarvené modrým kationem oxovanadičitým (vanadylem) (VO)2+
        s roztoky hydroxidů reaguje za vzniku žlutých až hnědých tetravanadičitanových anionů (V4O9)2-, při vysokém pH přecházejí na anionty tetraoxovanadičitanové (VO4)4-
    • oxid vanadičný (V2O5)
    • příprava
      • tepelným rozkladem vanadičnanu amonného (NH4VO3)
        2NH4VO3 → V2O5 + 2NH3 + H2O
      • zahříváním kovového vanadu (V) v nadbytku kyslíku (O2)
        4V + 5O2 → 2V2O5
    • žlutooranžová látka
    • zahříváním vratně uvolňuje kyslík - katalyzátor (např. výroba kys. sírové komorovým způsobem )
    • amfoterní charakter
      • v kyselinách se rozpouští za vzniku sloučenin obsahujících světle žlutý kation dioxovanadičný (VO2)+
      • s roztoky alkalických hydroxidů dává bezbarvé roztoky, které obsahují aniony tetraoxovanadičnanové - (VO4)3-
    • slabé oxidační účinky (jeho vodné roztoky jsou redukovány halogenvodíkovými kyselinami na oxid vanadičitý (VO2))
    • vanadičnany
      • příprava - reakcí oxidu vanadičného (V2O5) s oxidy, hydroxidy, uhličitany kovů:
        V2O5 + 6NaOH → 2Na3VO4 + 3H2O - vanadičnan trisodný
      • okyselením (VO4)3- + H+ → (HVO4)2- - hydrogenvanadičnanový anion (2-)
      • 2(HVO4)2- → (V2O7)4- + H2O - divanadičnanový anion (4-)
      • (HVO4)2- + H+ → (H2VO4)- - dihydrogenvanadičnanový anion (1-)
      • 3(H2VO4)- → (V3O9)3- + 3H2O - trivanadičnanový anion (3-)
      • 4(H2VO4)- → (V4O12)4- + 4H2O - tetravanadičnanový anion (4-)
    • vanad vytváří heteropolyanionty např.: Na7(PV12O36) · 38H2O