Vanadium, fröher ok Vanadin, is en cheemsch Element mit dat Atomteken V un de Atomtall 23. Dat is en Övergangsmetall vun stahlgraue Klöör mit’n licht blauen Schimmer, dat in’n reinen Tostand bannig week is. In’t Periodensystem billt dat tosamen mit de Elementen Niob, Tantal un Dubnium de 5.Grupp oder Vanadiumgrupp. De gröttste Deel vun’t Vanadium warrt in as so nöömt Ferrovanadium in de Produkschoon vun Stahl insett. De Tosatz vun Vanadium in Chrom-Vanadium-Stahl maakt dat Material tager un dormit bestänniger.
Ok för vele Leevwesen is Vanadium vun grote bioloogsche Bedüden. To’n Bispeel speelt Vanadium en grote Rull bi’t Stüern vun de Enzymen vun’t Phosphoryleeren un warrt vun Bakterien för’t Stickstofffixeeren bruukt.
De bekanntste Verbinnen vun’t Vanadium is Vanadium(V)-oxid, wat as Katalysater bi de Produkschoon vun Swevelsüür insett warrt.
Historie duum|links|hochkant|Andrés Manuel del Río Dat Element Vanadium is 1801 to’n eersten mol vun den spaanschen Mineralogen Andrés Manuel del Río in en mexikaansch Blieierz, wat later den Naam Vanadinit kregen hett, opdeckt. Vunwegen de velen Klören vun de verschedenen Verbinnen hett he dat Element toeerst Panchromium nöömt, later Erythronium, vun wegen dat sik de Solten bivt ansüürn root farvt. Man, del Río hett sien Opdecken kort later wedder torüchtogen, as toeerst Alexander von Humboldt un later de franzöösche Chemiker H.V. Collett-Desotils seggen deen, dat he dat blot mit unrein Chrom to doon harr, vun wegen dat dat ne’e Element teemlich gliek weerL. R. Caswell: Andres del Rio, Alexander von Humboldt, and the Twice-Discovered Element. In: Bull. Hist. Chem.. 2003, 28 (1), S. 35–41..
Wedderopdeckt weer dat Element 1830 dör den sweedschen Chemiker Nils Gabriel Sefström. De hett Iesen ut de sweedschen Iesenierzkuhl Taberg ünnersöcht, dat he in Soltsüür löst harr. Dorbi hett he blangen annere bekannte Stoffen un unbekannt Element opdeckt, dat vele Egenschoppen jüst so as Chrom harr, bi annere Egenschoppen aver mehr den Uran gliek weer, opletzt aver keen vun de beiden weer. Dat ne’e Element hett he na Vanadis nöömt, dat is en Binaam vun de noordschen Göddin Freya. Korte Tiet later hett Friedrich Wöhler nawiest, dat Vanadium un Erythronium een un datsülve weernN. G. Sefstöm: Über das Vanadin, ein neues Metall, gefunden im Stangeneisen von Eckersholm, einer Eisenhütte, die ihr Erz von Taberg in Småland bezieht. In: Annal. d. Physik, 1831, 97 (1), S. 1–4..
Metallsch Vanadium is to’n eersten mol 1867 vun Henry Enfield Roscoe dör Redukschoon vun Vanadium(II)-chlorid mit Waterstoff wunnen worrn. Vandium mit en Reinheit vun 99,7 % hebbt John Wesley Marden un Malcolm Rich 1925 as Eerste dör Redukschoon vun Vanadium(V)-oxid mit Calcium wunnenVanadium. In: Encyclopædia Britannica. 2008. Encyclopædia Britannica Online, afropen an’n 6. Oktober 2008 (online)..
Bruukt weer dat element 1903 to’n eersten mol, as in England de eerste Stahl mit Vanadium herstellt weer. Vun 1905 af is de Bruuk in de Stahlindustrie düchtig stegen, as Henry Ford Vanadiumstahl to’n Bo vun Automobilen insetten de.
Vörkamen duum|Vanadinit Dat Element Vanadium kummt op de Eer faken vör. Sien Andeel an de kontinentalen Eerdköst liggt bi ruchweg 120 ppm, wat en Elementmännichkeit is, de mit Zirkon, Chlor un Chrom to vergleken warrn kann. Gediegen kummt Vanadium aver nich vör, blots bunnen in verschedene Mineralen. Lagersteden mit hoge Kunzentratschonen vun Vanadium sünd aver roor, un dat gift vele Vanadiummineralen, de nich so faken to finnen sünd. In’n Vergliek to de Eerdkööst is de Vanadiumandeel in’t Seewater düütlich sieter. De liggt bi ruchweg 1,3 μg/lDieter Rehder: Bioanorganische Chemie des Vanadiums In: Angew. Chem., 1991, 103, S. 152–172..
To de wichtigsten Vanadiummineralen tellt vör allen de Vanadaten as Vanadinit [Pb5(VO4)3Cl], Descloizit Pb(Zn, Cu) [OH|VO4] und Carnotit [K2(UO2)2(VO4)2·3H2O], as ok dat Vanadiumsulfit Patronit VS4. De gröttste Deel Vanadium kummt in Sporen in annere Mineralen vör, sünners in Iesenierzen as Magnetit. De Vanadiumandeel vun Tital-Magnetit-Ierzen liggt tomeist twüschen 0,3 un 0,8 %Vanadium in: Roempp Chemie Lexikon, Thieme Verlag, 2008., kann aver in eenige süüdafrikaansche Ierzen bit to 1,7 %Günter Bauer et. al.: Vanadium and Vanadium Compounds. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim 2000, DOI 10.1002/14356007.a27_367. groot wesen. duum|Föddern vun Vanadiumierz
Ok Deerten un Planten bargt Vanadium. De Minsch wiest to’n Bispeel üm un bi 0,3 mg/kg op. Vör allen finnt sik dat Element in de Zellkarns oder in de Mitochondrien an. Welke Leevwesens, vör allen eenige Seeschedenorden un de Flegenpilz, sünd in de Laag, Vanadium antoriekern. In Seescheden is de Vanadiumandeel bit to 107 mol so groot as in’t Seewater ümtoHolleman/Wiberg, 102. Oplaag, S. 1542.. Dör den Vanadiumandeel vun Leevwesen bargt ok Kahl un Eerdööl Vanadium. Dor bedriggt de Andeel bit to 0,1 %. Sünners hoge Andeelen sünd in Eerdööl ut Venezuela un Kanada to finnen.
In’t Johr 2006 weern tosamen 55.700 Tünnen Vanadiumierz afboet (rekent as Vanadiummetall). De wichtigsten Födderlänner sünd dorbi Süüdafrika, China un Russland. Knapp is de Rohstoff nich, as alltohopen Reserven vun 63 Miliionen Tünnen bekannt sündU.S. Geological Survey: Vanadium, Mineral Commodity Summaries, January 2008..
Winnen un Dorstellen duum|Vanadium 99,9%, dendritisch wossen Kristall Dat Dorstellen vun Vanadium löpt över mehrere Schreed. Toeerst mutt ut de verschedenen Utgangsstoffen Vanadium(V)-oxid wunnen warrn. Dat kann to elementar Metall reduzeert un wenn nödig reinigt warrn.
Möögliche Utgangsstoffen, ut de Vanadium wunnen warrn kann, sünd Vanadiumierzen as Carnotit oder Patronit, Titan-Magnetit-Ierzen, de dat element bargt, un Eerdööl. Vanadiumierzen weern fröher för de Produkschoon wichtig, speelt hüüt aver keen bedüden Rull mehr. Se sünd vör allen dör de Titan-Magnetit-Ierzen aflöst worrn.
Wenn vanadiumbargen Iesenierzen in Hoochavens to Iesen reduzeert warrt, blifft dat Vanadium toeerst in’t Rohiesen torüch. Üm dat Rohiesen wieter to Stahl to verarbeiten, warrt bi’t Frischen Suerstoff inblaast. Dorbi geiht dat Vanadium in de Slack över, de bit to 25 % Vanadium(V)-oxid bargt un de wichtigste Born to’n Winnen vun dat Metall dorstellt. Üm dat reine Vanadium(V)-oxid to winnen, warrt de Slack fien mahlen un mit Natriumsolten as Natriumchlorid oder Natriumcarbonat to’n Oxideeren röst, wobi sik Natriummetavanadat billt. Dat löst sik in Water un warrt vun de Slack dör Utlaugen afscheedt. Dör Togaav vun Süür un Ammoniumsolten fallt Ammoniumpolyvanadat ut de Lösen ut, dat dör Rösten to Vanadium(V)-oxid ümwannelt warrt. Op den glieken Weg kann man ok ut annere Ierzen dat Oxid winnen, wenn dor Vanadium binnen is. Ut Eerdööl kann dat Vanadium dör Billn vun en Emulsion ünner Togaav vun Water un Magnesiumnitrat ruttogen warrn. Dat wietere Opbereiden löpt so af as bi’t Iesenierz.
Dat egentliche Winnen vun’t Vanadium passeert denn dör Redukschoon vun’t Oxid mit annere Metallen. As Redukschoonsmiddel künnt Aluminium, Calcium, Ferrosilizium oder Kohlenstoff bruukt warrn. Bi’t letzt billt sik bi de Reakschoon aver Carbiden, de vun’t Metall nich licht to scheden sünd
Redukschoon mit Calcium
Wenn een rein Vanadium hebben will, warrt dat düre Calcium oder Aluminium as Redukschoonsmiddel tosett. Mit dat billige Ferrosilizium is en hoge Reinheit dorgegen nich hentokriegen. Wiel mit Calcium direkt rein Vanadium wunnen warrt, billt sik mit Aluminium toeerst en Aluminium-Vanadium-Legeren, ut de dör Sublimatschoon in’t Vakuum rein Vanadium wunnen warrt.
En groten Deel vun’t Vanadium warrt aver nich as rein Metall bruukt, man in Form vun de Iesen-Vanadium-Legeren Ferrovanadium, de tomindst 50 % Vanadium bargt. För de Produkschoon is dat nich nödig, vörher dat reine Vanadium to tügen. An de Steed warrt de Slack mit dat Vanadium un dat Iesen dor binnen mit Ferrosilizium un Kalk to Ferrovnadium reduzeert. Disse Legeeren reckt för de meisten technischen Anwennen.
Hoochrein Vanadium kann elektrocheemsch oder na dat Van-Arkel-de-Boer-Verfohren dorstellt warrn. Dorto warrt dat reine Vanadium tosamen mit Jod in en luftleddige Glasampull insmölt. In de hitten Ampull billt sik Vanadium(III)-iodid, dat an en hitten Wolframdraht in hoochrein Vanadium un Jod verfallt.
Reakschoon in’t Van-Arkel-de-Boer-Verfohren
Egenschoppen physikaalsch duum|Kristallstruktur vun Vanadium, a = 302,4 pm Vanadium is en taag, düütlich stahlblau Swoormetall, dat nich magneetsch is un smeedt warrn kann. De Dicht liggt bi 6,11 g/cm3. Dat reine Vanadium is temmlich week, warrt aver dör Bimischen vun annere Elementen harder un wiest denn en hoge mechaansche Fastigkeit op. De meisten Egenschoppen sünd to verglieken mit de vun sien Naver in’t Periodensystem, dat Titan. De Smöltpunkt liggt bi 1910 °C, warrt aver dör Bimischen as Kohlenstoff düütlich höger. Bi en Andeel vun 10 % Kohlenstoff liggt de bi ruchweg 2700 °CHolleman/Wiberg, 102. Oplaag, S. 1543.. Jüst so as Chrom oder Niob kristalliseert Vanadium in en kuubsch ruumzentreete Kristallstruktur mit de Ruumgrupp un den Gidderparameter a = 302,4 pm mit twee Formeleenheiten in een ElementarzellK. Schubert: Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente. In: Acta Crystallographica 1974, 30, S. 193–204, DOI 10.1107/S0567740874002469..
Ünner en Sprungtemperatur vun 5,13 K warrt Vanadium to’n SupraleiderAaron Waxler, William S. Corack: Superconductivity of Vanadium. In: Physical Review, 1952, 85, (1), S. 85–90, DOI 10.1103/PhysRev.85.85.. Jüst so as rein Vanadium warrt ok Legeren mit Gallium, Niob un Zirkon Supraleiders. Bi Temperaturen ünner 5,13 K wiest Vanadium – jüst as annere Metallen ut de Grupp as Niob un Tantal – in lütte Klutens bit 200 Atomen en spontane elektrische Polarisatschoon, de bit hüüt nich verkloort is un anners blots bi nich-metallsche Stoffen vörkummtT. Kromme: Metalle auf Abwegen. Über das ungewöhnliche Tieftemperaturverhalten winziger Metallklumpen. In Spektrumdirekt.de vom 22. Mai 2003.Science 300: S. 1265–1269 (2003)..
cheemsch Vanadium is as Metall nich eddel un kann mit vele Nichmetallen reageeren. An de Luft wohrt dat Metall wekenlang sien metallschen Gleem, över längere Tiet is düütlich en grönen Rust to sehn. Wenn Vanadium duersom kunserveert warrn schall, mutt dat ünner Argon lagert warrn. Bi Hitt un grote Warms warrt dat vun Suerstoff angrepen un oxdieert denn to Vanadium(V)-oxid. Mit Kohlenstoff un Stickstoff dorgegen reageert dat eerst bi Wittgloot, wiel Reakschonen mit de Halogenen Fluor un Chlor ok al bi siete Temperaturen aflopen künnt.
Gegen Süren un Basen is Vanadium bi Ruumtemperatur tomeist bestännig, vun wegen dat sik en dünne passiveeren Oxidschicht billt. Angrepen warrt dat blots vun Flusssüür un düchtig ocideeren Süren as hitte salpetersüür, kunzentreerte Swevelsüür oder Königswater.
Bit to en Temperatur vun 500 °C is Vanadium in de Laag Waterstoff to absorbeeren. Dorbi warrt dat Metall sprock un lett sik licht pulveriseeren. Bi 700 °C kann de Waterstoff in’t Vakuum wedder ruttogen warrn.
Isotopen Vun Vanadium sünd vundaag tosamen 25 Isotopen un wietere 6 Karnisomeren bekanntG. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: , in: Nuclear Physics, 2003, Bd. A 729, S. 3–128.. Twee dorvun kamt in de Natur vör. Dat is tovn een 50V mit en natürlichen Andeel vun 0,25 % un to’n annern 51V mit en Männichkeit vun 99,75 %. 50V is swack radioaktiv un verfallt mit en Halfweertstiet vun 1,5 · 1017 Johren to 83 % dör Elektroneninfang to 50Ti un to 17 % dör β−-Verfall to 50Cr. Beide Karns künnt för Ünnersöken mit de NMR-Spektroskopie nütt warrn.
Ünner de künstlichen Isotopen sünd 48V mit en Halfweertstiet vun 16 Daag un 49V mit en Halfweertstiet vun 330 Daag an’n bestännigsten. Se warrt as Tracer in de Nuklearmedizini insett. All annern Isotopen un Karnisomeren sünd bannig unbestännig un verfallt in Minuuten oder Sekunnen.
Bruuk duum|Ferrovanadium duum|Warktüüch ut Chrom-Vanadium-Stahl