Известный "автомобильный король" Форд сказал: "Если бы не было ванадия" - не было бы автомобиля". Незначительная добавка (0,2%) ванадия к обычной стали сообщает ей целый ряд ценных свойств: увеличивается ее упругость, прочность на истирание и сопротивление разрыву, что особенно важно для таких ответственных частей автомобиля, как рессоры, оси, валы, шестерни. Из ванадиевой стали изготовляют автомобильные моторы, паровозные цилиндры, тормозные колодки. Если бы не ванадиевая сталь, автомобиль весил бы в два раза больше, в два раза увеличился бы расход горючего, износ покрышек, сократился срок службы дорожного покрытия.
Поэтому ванадий образно и называют "автомобильным металлом".
В технике строительства мелких морских кораблей, гидросамолетов, глиссеров нашел применение сплав, имеющий звучное название "ванадал", который состоит из алюминия и ванадия и обладает не только высокими механическими свойствами, но и отличной устойчивостью против разрушающего действия морской воды.
Нужно заметить, что ежегодно на земном шаре добывается не более 5 тыс. т ванадия, т. е. всего лишь в 5 раз больше, чем золота. Между тем на земле ванадия сравнительно много, он составляет 0,005 % от общего числа атомов земной коры, что при переводе в тонны дает грандиозное количество. Ванадий входит в состав более пятидесяти минералов, обнаружен даже в составе метеоритов, но ... богатые месторождения его минералов встречается весьма редко. Ванадий - элемент, рассеянный повсюду, поэтому руды, содержащие всего один процент ванадия, считаются чрезвычайно богатыми. Для промышленного получения ванадия используют и такие руды, в которых ванадия всего 0,1%.
В земной коре ванадия больше, чем таких распространенных металлов, как цинк, медь, олово, свинец. Если посмотреть на карту крупных промышленных месторождений ванадия, то бросается в глаза, что многие из них - Колорадо (минерал карнотит), Перу (минерал патронит), юго-запад Африки - находятся в районах с сухим и жарким климатом.
Каждому понятно, что когда есть возможность без ущерба для производства заменить драгоценные металлы более доступным и дешевым материалом, ее немедленно используют. Поэтому, как только в Одесском химическом институте была установлена возможность замены в производстве серной кислоты платинированного асбеста (асбест с нанесенным на него порошком платины) окислом ванадия, на наших заводах сразу же приступили к внедрению изобретения в производство. Впервые такая замена была осуществлена еще в предвоенные годы на одном из заводов Донбасса. Ныне большинство заводов мира в производстве серной кислоты применяют в качестве катализатора не платину, а соединения ванадия. Помимо сернокислотной промышленности, соединения ванадия применяются в резиновой, стекольной и керамической промышленностях.
История открытия ванадия началась в 1801 г., когда мексиканский минералог Дель-Рио обнаружил неизвестный элемент в одной из мексиканских железных руд.
Спустя 30 лет швед Н. Сефстрем "открыл" ванадий второй раз в шведских железных рудах. В свободном состоянии ванадий выделен в 1867 г. английским химиком Г. Роско. Название элемента произошло от имени древнегерманской богини любви Ванадис. Чувства этой богини, по мифологическим сказаниям, отличались необыкновенным постоянством, и в этом смысле ванадий оправдывает свое название. Пружинные стали, содержащие этот металл, обладают стойкими свойствами.
Ванадий- серый, блестящий, не окисляющийся на воздухе металл, сравнительно легкий (пл. 6) и тугоплавкий (температура плавления 1735°С). Ванадий малоактивен, однако в порошкообразном состоянии и при нагревании энергично соединяется с кислородом, серой, хлором. Некоторые растения и животные, например асцидии, голотурии и др., извлекают ванадии из окружающей среды и накапливают его в виде гемованадина в кровяных тельцах - ванадоцитах (до 15% в золе). По-видимому, ванадиевые соединения у этих организмов принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, в дыхании и кровотворении. Наличие ванадия в золе нефтей, образовавшихся из останков животных и растений, свидетельствует о том, что он для отдельных видов растений и животных, живших в минувшие геологические эпохи, играл, по-видимому, большую роль в процессах жизнедеятельности, подобно железу для современных животных.
На современные животные организмы растворимые соединения ванадия действуют как сильные яды, однако опыты введения в пищу некоторым животным (свиньям, быкам и др.) незначительных количеств соединений ванадия привели к неожиданным результатам: наблюдалось повышение аппетита и необычайное ожирение животных.
При туберкулезе часто наблюдается истощение организма; с давних пор при лечении "чахотки" старались у больных сохранить аппетит, давая им различную пищу с большим содержанием жиров. Поэтому способность соединений ванадия возбуждать аппетит и создавать повышенный запас жиров пытались использовать при лечении некоторых видов туберкулеза легких. В настоящее время в связи с открытием эффективных средств борьбы с этим заболеванием соединения ванадия для этих целей в медицине не применяются.
Вана́дий — элемент побочной подгруппы пятой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 23. Обозначается символом V (лат. Vanadium). Простое вещество ванадий (CAS-номер: 7440-62-2) — пластичный металл серебристо-серого цвета.
История
Ванадий был открыт в 1801 г. профессором минералогии из Мехико Андресом Мануэлем Дель Рио в свинцовых рудах. Он обнаружил новый металл и предложил для него название «панхромий» из-за широкого диапазона цвета его соединений, сменив затем название на «эритроний». Дель Рио не имел авторитета в научном мире Европы и европейские химики усомнились в его результатах. Затем и сам Дель Рио потерял уверенность в своём открытии и заявил, что открыл всего лишь хромат свинца.
В 1830 году ванадий был открыт заново шведским химиком Нильсом Сефстрёмом в железной руде. Новому элементу название дали Берцелиус и Сефстрём.
Шанс открыть ванадий был у Фридриха Вёлера, исследовавшего мексиканскую руду, но он серьёзно отравился фтороводородом незадолго до открытия Сефстрёма и не смог продолжить исследования. Однако Вёлер довёл до конца исследование руды и окончательно доказал, что в ней содержится именно ванадий, а не хром.
Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именем скандинавской богини любви и красоты Фрейи (др.-нор. Vanadís — дочь Ванов; Ванадис).
Получение
В промышленности при получении ванадия из железных руд с его примесью сначала готовят концентрат, в котором содержание ванадия достигает 8-16 %. Далее окислительной обработкой ванадий переводят в высшую степень окисления +5 и отделяют легко растворимый в воде ванадат натрия (Na) NaVO3. При подкислении раствора серной кислотой выпадает осадок, который после высушивания содержит более 90 % ванадия.
Первичный концентрат восстанавливают в доменных печах и получают концентрат ванадия, который далее используют при выплавке сплава ванадия и железа — так называемого феррованадия (содержит от 35 до 80 % ванадия). Металлический ванадий можно приготовить восстановлением хлорида ванадия водородом (H), термическим восстановлением оксидов ванадия (V2O5 или V2O3) кальцием, термической диссоциацией VI2 и другими методами.
Физические свойства
Ванадий — пластичный металл серебристо-серого цвета, по внешнему виду похож на сталь. Кристаллическая решётка кубическая объёмноцентрированная, a=3,024 Å, z=2, пространственная группа Im3m. Температура плавления 1920 °C, температура кипения 3400 °C, плотность 6,11 г/см³. При нагревании на воздухе выше 300 °C ванадий становится хрупким. Примеси кислорода, водорода и азота резко снижают пластичность ванадия и повышают его твёрдость и хрупкость.
Источник: Википедия
В 1797 г. французский химик Л. Вокелен впервые исследовал красноватый, тяжелый минерал крокоизит, попавший в его руки из далекой Сибири.
Крокоизит, чаще называемый крокоитом (от греческого "крокос" - шафран), -редкий минерал, найденный на Урале в 40-х года XVIII в. и описанный М. В. Ломоносовым. Затем он был найден в Сибири петербургским профессором химии И. Леманом в 1762 г. От него попал к Вокелену, который открыл в сибирском минерале соединение нового элемента.
Выделить этот элемент в чистом виде он не смог. Пораженный разнообразием окрасок, образуемых разными соединениями вновь открытого элемента, Вокелен назвал его хромом (от греческого слова "хрома" - цвет, краска). В сравнительно чистом виде новый элемент был выделен в 1799 г. Ф. Тассером. Он представлял собой серо-стальной металл с серебристыми блестками в изломе, тугоплавкий (температура плавления 1800° С), не окисляющийся при обычных условиях, с плотностью, почти равной плотности железа (7,8).
Впоследствии было установлено, что твердость хрома наибольшая по сравнению с другими металлами. Необычайно высокая прочность, твердость, устойчивость к внешним воздействиям и легкость образования сплавов с другими металлами, особенно с железом, сделали хром одним из важнейших металлов в металлургии сплавов.
Хром применяется для получения различных сортов специальных сталей в изготовлении стволов огнестрельных орудий (от ружейных до пушечных), броневых плит, несгораемых шкафов и т. д. Стали, содержащие более 13 % хрома, почти не ржавеют и применяются для изготовления подводных частей кораблей, в частности, для постройки корпусов подводных лодок.
Хром широко применяется для хромирования изделий. Хромирование осуществляется электролитическим путем. Несмотря на то, что толщина наносимых пленок часто не превышает 0,005 мм, хромированные изделия становятся устойчивыми к внешним воздействиям (влаге, воздуху) и не ржавеют.
Из соединений хрома изготавливаются хромистые кирпичи - хромомагнезиты, применяемые в рабочем пространстве металлургических печей и других металлургических устройствах и сооружениях.
Соединения хрома встречаются в Родезии (Южная Африка), в Греции, в Новой Каледонии (остров в Тихом океане близ Австралии), на Урале. Хром относится к довольно распространенным элементам. На долю хрома приходится 0,006% от общего числа атомов земной коры.
Хром - постоянная составная часть растительных и животных организмов. В крови содержится от 0,012 до 0,0035 % хрома.
Хром — элемент побочной подгруппы шестой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром (CAS-номер: 7440-47-3) — твёрдый металл голубовато-белого цвета.
История
В 1766 году в окрестностях Екатеринбурга был обнаружен минерал, который получил название «сибирский красный свинец», PbCrO4. Современное название — крокоит. В 1797 французский химик Л. Н. Воклен выделил из него новый тугоплавкий металл (скорее всего Воклен получил карбид хрома).
Название элемент получил от греч. χρῶμα — цвет, краска — из-за разнообразия окраски своих соединений.
Получение
Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO2)2 (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом):
FeO · Cr2O3 + 4C → Fe + 2Cr + 4CO↑
Феррохром применяют для производства легированных сталей.
Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:
1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе;
2) растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;
3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;
4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата углём;
5) с помощью алюминотермии получают металлический хром;
6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса:
- восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор;
- разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода;
- разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;
Применение
Хром — важный компонент во многих легированных сталях (в частности, нержавеющих), а также и в ряде других сплавов. Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование). Хром применяется для производства сплавов: хром-30 и хром-90, незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов и в авиакосмической промышленности.
Источник: Википедия
|
