באמצע המאה ה-20 הופיע מונח במדעי הכימיה - מתכות בעלות חשיבות אסטרטגית. הכוונה הייתה קבוצה של יסודות שתכונותיהם הפיזיקליות-כימיות אפשרו להשתמש בהם בייצור המתחם הצבאי-תעשייתי. אנחנו מדברים על מתכות כמו כרום, טנטלום, ניוביום, מוליבדן וטונגסטן. ונדיום, שאת תכונותיו נשקול במאמר זה, תופס בצדק את אחד המקומות המרכזיים בין המתכות המשמשות בהנדסת מכונות מודרנית, מתכות ברזל, ייצור כלים וכימיקלים. המתכת יוצרת ארבע תחמוצות עם חמצן, המראה בהן ערכיות של 2, 3, 4 ו- 5. 5 שאותם נלמד ביתר פירוט.
לפגוש ונדיום
במדעי הכימיה, יש תחום ותיקהכלל הקובע כי אפיון יסוד כימי חייב להתחיל עם מיקומו במערכת המחזורית של D. I. מנדלייב. הנוסחה הכימית של ונדיום כחומר פשוט היא V, המספר הסידורי הוא 23, המסה האטומית היא 50, 9414. הוא ממוקם בתקופה הרביעית, הקבוצה החמישית, ויחד עם ניוביום וטנטלום, הוא נציג טיפוסי של מתכות עקשן. דוגמאות של חומר טהור הן פלסטיק וצבען אפור-כסף. אטום הונדיום הוא יסוד d, יש לו שני s-אלקטרונים ברמת האנרגיה האחרונה, עם זאת, אותם חלקיקים שליליים הממוקמים בתת-רמת d של אותה רמה רביעית יהיו גם ערכיות.
היכן נמצאת המתכת ומהן התכונות הפיזיקליות שלה
את היסוד עצמו לא ניתן למצוא בצורתו הטהורה בטבע. אבל הוא קיים כמרכיב חובה בעפרות פולי-מתכתיות וברזל. קודם לכן דיברנו על הפלסטיות והגמישות של חומר פשוט, כעת נוסיף שהתכונות הפיזיקליות החשובות של ונדיום הן נקודות רתיחה והתכה גבוהות, השוות ל-3400 מעלות צלזיוס ו-1920 מעלות צלזיוס, בהתאמה. כמו טיטניום, הוא מדרדר באופן דרסטי את הפרמטרים הפיזיקליים והכימיים שלו כאשר הוא מזוהם בזיהומים כמו חנקן, מימן או חמצן. בפרט, משיכותו וחוזקו המכני מופחתים, והונדיום הופך שביר.
מאפיינים כימיים מיוחדים
מתכת מסוגלת לפסיביות, כלומר. בעל יכולת ייחודית לעמוד בפני הפעולה של סביבות כימיות אגרסיביות: תמיסות של חומצות, אלקליות ומלחים, היוצרות סרט מגן על פני השטח שלה -תחמוצת ונדיום. לסריג הקריסטל של האלמנט יש מבנה מעוקב. עוד יש לציין שעמידותן בפני קורוזיה של פלדות המכילות את האלמנט גבוהה מאוד, מה שמאפשר להשתמש בהן כמחברים נושאי עומס לתומכי גשרים ואסדות קידוח נפט בים. אי אפשר לדמיין ייצור כלי מודרני ללא פלדות המכילות ונדיום. יחד עם ניוביום, כרום וטיטניום, היסוד משמש לסגסוגות מיוחדות המשמשות במדעי הטילים ובתעשיית החלל. עם זאת, חומצות חנקתיות וסולפט מרוכזות, תמיסה של מימן פלואוריד במים ותערובת של חומצות כלוריד וחנקתיות, הנקראות אקווה רג'יה, מתקשרות בקלות עם המתכת. היסוד ונדיום כחומר פשוט יכול להגיב עם כלור, ברום, גופרית, ונוצרים המלחים המתאימים. עם חמצן, זה נותן כמה תחמוצות שנבדלות מאוד בתכונות הכימיות שלהן. שקול אותם יותר.
תחמוצות בסיסיות ואמפוטריות
המתכת יוצרת שתי תחמוצות, VO ו-V2O3, המציגות תכונות בסיסיות אופייניות. במעבדה, חד-חמצני נכרה על ידי תגובת ההפחתה V2O5 אבקת ונדיום עדינה. תחמוצות בסיסיות מגיבות עם תמיסות חומצה ויוצרות את המלחים המתאימים. וכבר ניתן להשיג מהם הידרוקסידים על ידי ביצוע תגובת חליפין עם אלקליות. תחמוצת ונדיום (III) מצויה כמרכיב במינרל קרליאניט, ומתקבלת במעבדה על ידי חימום V2O5 עם גופרית, פחם או מימן.לשני התחמוצות הבסיסיות יש תכונות מפחיתות בולטות. תחמוצת VO2 היא תרכובת אמפוטרית טיפוסית המגיבה עם חומצות ובסיסים כאחד. בתמיסה שה-pH שלה נמוך מ-7, נמצאים יוני ונדיל בעלי מטען חיובי VO2+ המעניקים לתמיסה צבע תכלת, ונוצרים מלחי חומצה פוליאונדית בתווך אלקליין. תחמוצת ונדיום (IV) מושכת מים, כלומר. הוא חומר היגרוסקופי, בתגובות הוא מתנהג כמו חומר מפחית.
Venadium hemipentoxide
תרכובת שהנוסחה שלה היא V2O5, היא תחמוצת המתכת החשובה ביותר. זהו חומר גבישי כתום מסיס במים המגיב עם אלקליות ליצירת ונדאטים - מלחים של חומצה מטאוואנדית HVO3. הוא נמצא בשימוש נרחב כזרז בחמצון של דו תחמוצת הגופרית לאנהידריד גופרית בייצור תעשייתי של חומצה גופרתית. ונדיום פנטאוקסיד יש סריג גביש מעוין וסימנים של אמפוטריות עם דומיננטיות של תכונות תחמוצת חומצית. בתגובות הוא מתנהג כחומר מחמצן חזק. התרכובת משמשת בטכנולוגיית זכוכית, רפואה וסינתזה אורגנית.
שיטות להפקת ונדיום מהתרכובות שלו
הזכרנו קודם לכן שהמתכת היא מרכיב של עפרות ברזל. בייצור תנורי פיצוץ, האלמנט, יחד עם זיהומים של פחמן וזרחן, עוברים לברזל יצוק. כאשר מתכת פלדה, תחמוצת ונדיום 5 משקע בהרכב הסיגים, כאשר תכולתה יכולה להגיע ל-16%. מוסיף לזהמלח שולחני וצליית התערובת בתנורים, מתקבל מוצר, המומס עוד יותר במים. התרכיז המימי שנוצר מטופל בחומצה סולפטית ומבודד ממנו V2O5. כדי לבודד ונדיום טהור מתחמוצת, ניתן להשתמש בשיטת calciumthermy - הפחתת מתכות באמצעות סידן מתכתי. כדי להפחית את העלויות הטכנולוגיות בתגובה עם ונדיום פנטאוקסיד, לרוב משתמשים באלומיניום במקום בסידן. ניתן להשיג את המתכת גם על ידי הפחתת תחמוצת ונדיום תלת ערכית עם פחם.
תפקיד ביולוגי
ונדיום קיים באורגניזמים חיים כיסוד קורט, המהווה חלק מהנוזל הבין-תאי של פצעונים ימיים. בהולוטוריים ובקיפודי ים, הוא קשור לחלבונים שמבצעים את תפקיד הובלת החמצן לתאים וסילוק פחמן דו חמצני. התוכן של היסוד אינו משמעותי באורגניזמים של בעלי דם חם ובני אדם, שם הוא נמצא בהרכב של אנזימי הלבלב, בנוירוגליה ובנפרון. בצמחים, יסוד הקורט מעורב כאנזים בשלב האפל של הפוטוסינתזה ומשפיע על רמת הפיגמנט הכלורופיל שנמצא בכלורופלסטים. הוא נמצא גם בחיידקי גושים, שהם מקבעי חנקן, ברקמות של פטריות גבוהות יותר. כחלק מהצ'רנוזם, יחד עם תרכובות של בורון, נחושת, אבץ ומנגן, תחמוצת ונדיום משפיעה על פוריות הקרקע.
במאמר שלנו, חקרנו את התכונות הבסיסיות של ונדיום והתחמוצות שלו, וגם שקלנו את השימוש בתרכובות שלו בתעשייה.
