釩
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1801年,安德烈·曼努埃爾·德爾里奧在墨西哥發現了一種釩化合物,他分析了一種新的含鉛礦物,他稱之為「褐色鉛」,並根據其質量推測是一種新元素的存在,他稱之為erythronium(源自希臘語,意義為「紅色」,ἐρυθρόν,eruthrón)因為加熱後大多數鹽變成紅色。四年後,他錯誤地被其他科學家說服該元素與鉻相同。1830年,Nils Gabriel Sefström生成了釩的氯化物,進而證明了一種新的元素,他以斯堪地那維亞的美麗和生育女神Vanadís(Freyja)將這種元素命名為「vanadium」。這個名字歸因於釩化合物中廣泛的顏色。Del Rio的鉛礦石後來因其釩含量而更名為釩鉛礦。1867年亨利恩菲爾德羅斯科得到了純的釩元素。
釩天然存在於約65種礦物和化石燃料沉積物中。它是由中國和俄羅斯的鋼鐵冶煉渣中所得到。其他國家則直接從磁鐵礦、重油煙塵或鈾礦開採的副產品中生產。它主要用於製造特種鋼合金,如高速工具鋼。最重要的工業用途為釩化合物五氧化二釩用作生產硫酸的催化劑。用於儲能的釩氧化還原電池可能是未來的重要應用。
在少數生物中發現了大量的釩離子,可能是毒素。 氧化物和一些其他釩鹽具有中等毒性。特別是在海洋中,釩被一些生命作為酶的活性中心,例如一些海藻的釩溴過氧化物酶。
特性
[編輯]釩為一中等硬度可延展的銀灰過渡金屬,有些描述形容它很「軟」,應是因為它的延展性。不易腐蝕,在鹼、硫酸和鹽酸中它相當穩定。在933K(660 ℃)以上的溫度中它氧化為五氧化二釩 (V2O5)。釩的結構強度相當高。
在氧化物中釩一般顯+5價,但也有+2、+3和+4價的氧化物存在,不過它們比較容易過渡為+5價的氧化物。2價和3價的釩氧化物是鹼性的,4價的氧化物是兩性的,5價的氧化物是酸性的。
![](http://178.128.105.246/host-http-upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a7/Vanadium-bar.jpg/330px-Vanadium-bar.jpg)
一個很有趣的試驗是用鋅來還原無色的釩酸銨(NH4VO3)。在試驗的過程中釩相繼被還原成藍色的四價釩、綠色的三價釩、紫藍色的二價釩,隨後低價的釩又會被空氣中的氧氧化為金黃色的五價釩。由於釩的價數很容易改變,它也經常被用做催化劑。+1價的釩很少出現。理論上0、-1和-3價的釩也有可能。
應用
[編輯]大約80%的釩和鐵一起作為鋼裡的合金元素。含釩的鋼很硬很堅實,但一般其釩含量少於1%。
- 含釩的合金有:
- 釩吸收裂變中子的截面很小,因此被用在核工業中
- 在煉鋼過程中釩被用來促進碳化物的形成
- 在給鋼塗鈦的時候釩往往被作為中介層
- 釩與鎵的合金可以用來製作超導電磁鐵,其磁強度可達175,000高斯
- 在製造縮蘋果酸酐和硫酸的過程中五氧化二釩被用來做催化劑. 釩基混合氧化物是丙烷,丙烯和丙烯醛生產丙烯酸的有效催化劑[2][3][4][5]。
- 五氧化二釩(V2O5)被用來製做特殊的陶瓷作為催化劑
- 可做藍色顏料,稱為「釩鋯藍」或「土耳其藍」
歷史
[編輯]1801年西班牙礦物學家安德烈·曼紐爾·德·里奧在墨西哥城的一個鉛礦中首先發現了釩,但他錯誤地以為他所發現的只不過是一種不純的鉻。1831年瑞典化學家尼爾斯·加布里埃爾·塞夫斯特瑞姆在與鐵礦做試驗時重新發現了釩,同年弗里德里希·維勒證實了德·里歐的發現。1867年亨利·英弗爾德·羅斯用氫還原二氯化釩首次得到了純的釩。
塞夫斯特瑞姆給釩按日爾曼神話中美麗女神的名字起了名,因為釩的化合物色彩繽紛。
生理
[編輯]在生物體內釩是一些酶的必要組成部分。一些固氮的微生物使用含釩的酶來固定空氣中的氮。
鼠和雞也需要少量的釩,缺釩會阻礙它們的生長和繁殖。含釩的血紅蛋白存在於海鞘類動物中。
一些含釩的物質具有類似胰島素的效應,也許可以用來治療糖尿病。
同位素
[編輯]釩共有31種同位素,其中51V穩定。
來源
[編輯]在大自然中釩一般以化合物存在。約65種釩的化合物在自然中出現,其中有
- 硫化釩 (VS4)
- 綠硫釩礦 (VS2或V2S4)
- 釩鉛礦 [Pb5(VO4)3Cl]
- 釩雲母 [KV2(AlSi3O10)(OH)2]
- 釩酸鉀鈾礦 [K2(UO2)2(VO4)2·3H2O]
- 磁鐵礦一般含1-2%的釩[來源請求]
- 釩鈦磁鐵礦也是是釩的來源之一
在礬土和石油、煤、油頁岩中也含有大量釩,特別是委內瑞拉和加拿大的石油中能找到釩。光譜分析發現在太陽和一些恆星的表面也有釩。
生產
[編輯]純的金屬釩一般是用鉀在高壓下將五氧化二釩還原而得到的。大多數釩是其它礦物加工時的副產品。工業上也可以鋁,焦炭還原五氧化二釩生產純釩。
化合物
[編輯]五氧化二釩是釩最重要的化合物,常被用來做催化劑、染料和固色劑。五氧化二釩加熱可放出氧氣,且這個反應是可逆的。五氧化二釩的性質可催化二氧化硫、苯和萘的氧化反應,在工業上用來製造硫酸、鄰苯二甲酐和順丁烯二酐。五氧化二釩是橙色的,具有毒性,不同於大多數金屬氧化物,五氧化二釩微溶於水。它是兩性化合物,可以與酸和鹼反應。它也是氧化劑。
![](http://178.128.105.246/host-http-upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/32/Vanadiumoxidationstates.jpg/220px-Vanadiumoxidationstates.jpg)
注意
[編輯]- 釩很易燃。
- 釩的化合物毒性很高。
- 含釩的塵埃被吸入後會導致肺癌。
參考文獻
[編輯]- ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 (英語).
- ^ The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts. Journal of Catalysis. 2014, 311: 369–385 [2019-06-13]. (原始內容存檔於2020-07-13).
- ^ Multifunctionality of Crystalline MoV(TeNb) M1 Oxide Catalysts in Selective Oxidation of Propane and Benzyl Alcohol. ACS Catalysis. 2013, 3 (6): 1103–1113 [2019-06-13]. (原始內容存檔於2019-03-29).
- ^ Surface chemistry of phase-pure M1 MoVTeNb oxide during operation in selective oxidation of propane to acrylic acid. Journal of Catalysis. 2012, 285: 48–60 [2019-06-13]. (原始內容存檔於2020-07-13).
- ^ Kinetic studies of propane oxidation on Mo and V based mixed oxide catalysts. 2011 [2019-06-13]. (原始內容存檔於2020-05-19).
外部連結
[編輯]- 元素釩在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹(英文)
- EnvironmentalChemistry.com —— 釩(英文)
- 元素釩在The Periodic Table of Videos(諾丁漢大學)的介紹(英文)
- 元素釩在Peter van der Krogt elements site的介紹(英文)
- WebElements.com – 釩(英文)
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