شیمی آزمایشگاهی

وانادیوم عنصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن v و عدد اتمی آن 23 میباشد. وانادیوم یک عنصر کمیاب نرم و هادی میباشد که به صورت ترکیبی با کانیهای خاصی یافت شده و برای تولید آلیاژهایی بکار گرفته میشود.

خصوصیات قابل توجه

وانادیوم که فلز نرم و رسانا به رنگ سفید براق میباشد. این عنصر در برابر فرسودگی توسط مواد قلیایی و اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک مقاوم است. در 933k به سرعت اکسید میشود. وانادیوم ساختار محکمی داشته و شکاف نیوترونی ندارد که این خاصیت آن را برای استفاده در زمینهای هسته ای مناسب می نماید.
حالتهای اکسیداسیون معمول این عنصرد +2,+3,+4,+5 میباشدیک تجربه عمومی با وانادات آمونیم با فلز روی است که می تواند از طریق همه 4 حالت اکسیداسیون +1 نیز برای این عنصر دیده شده است.

کاربردها

تقریبا 80% وانادیوم تولید شده به مصرف فرووانادیم که یک ماده افزوده به فلز فولاد میباشد میرشد. موارد استفاده دیگر عبارتند از:

در آلیاژها به عنوان:

فلزات ضد خش وسایل جراحی و ابزار آلات
ماده ضد زنگ و افزایش دهنده سرعت در فلزات
ماده مخلوط شونده با آْلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم برای استفاده در موتورهای جت و هواپیما های پر سرعت

آلیاژ فلز وانادیوم در ساخت محورها میل لنگ دنده ها و .... بکار میرود.
متعادل کننده کاربید در ساخت فلزات
کاربردهای هسته ای بدلیل نداشتن شکافت نوترونی
استفاده از ورق وانادیوم در آبکاری تیتانیوم در فلزات
نوار وانادیوم گالیوم که مگنت ابر رسانا میباشد.
استفاده از ترکیبات وانادیوم به عنوان کاتالیزور در تولید Maleic Anhydride و اسید سولفوریک
استفاده از پنتاکسید وانادیوم به عنوان کاتالیزور در سفالگری

تاریخچه

وانادیوم (وانادیس الهه اسکاندیناوی ها) توسط Andres Manuel del Rio که یک معدن شناس اسپانیایی بود در شهر مکزیکو سیتی در سال 1801 کشف شد او این عنصر را سرب قرمز نام نهاد. با انجام آزمایشاتی وی ملاحظه کرد که رنگ این عنصر بدلیل وجود کرومیوم میباشد از ایو رو ایو عنصر را panchromium نام نهاد. وی بعدا این عنصر را به نام Erythronium تغییر داد چرا که بیشتر نمکها با حرارت دادن قرمز میشدند. یک شیمی دان فرانسوی اشتباها اعلام کرد که عنصر جدید del rio تنها یک کرومیوم ناخالص است. Del Rio نیز گمان داشت که اشتباه کرده است و نظر شیمیدان فرانسوی را قبول کرد.
در سال 1831 سوئد وانادیوم را در اکسید جدیدی که وی به هنگام کار کردن با معادن آهن یافته بود دوباره کشف کرد در همان سال Friedrich W…r کشف سابق Del Rio را تائید کرد.
وانادیوم فلزی در سال 1867 توسط Henry Enfield Roscoe که کلرید وانادیوم را با هیدروژن تقلیل کرد به صورت جدا گانه بدست آمد. نام وانادیوم از کلمه وانادیس الهه زیبایی در اسکاندیناوی گرفته شده است چرا که این عنصر در ترکیبات گوناگون رنگهای الوانی دارد.

نقش بیولوژیکی

در بیولوژی اتم وانادیوم از اجزاء لازم آنزیمها بشمار میرود. به طور خاص Vanadium Nitrogenase توسط میکرو ارگانیسم های ثابت کننده هیدروژن استفاده میشود. وانادیوم برای Ascidian های لازم است. تمکز وانادیوم در بدن آنها یک میلیون برابر تمرکز وانادیوم در آب اطراف آنها میباشد. همچنین موشها و جوجه ها نیز به مقادیر بسیار کمی وانادیوم نیاز دارند و کمبود این عنصر باعث کمبود رشد و تولید مثل معیوب میشود.
وجود ترکیبات oxovanadium برای سبک کردن نشانه های بیماری دیابت در برخی نمونه های حیوانی و انسان نشان داده شده است. همانند تاثیر کرومیوم بر متابولیسم شکر مکانیسم این تاثیر نیز ناشناخته مانده است.

پیدایش

وانادیوم هرگز بصورت آزاد در طبیعت یافت نمیشود. اما در 65 گونه کانی های گوناگون از جمله patronite (VS))₄), vanadinite Pb₅(VO₄)3Cl, carnotite ((K₂H₂O بوجود می آید. وانادیوم همچنین در Bauxite و کربن نیز وجود دارد که حاوی ذخایری مانند نفت خام ذغال سنگ Oil Shale وTar میشود. طیف وانادیوم در نور خورشید و دیگر ستارگان نیز شناسایی شده است.

بیشتر وانادیوم تولید شده توسط تقلیل کلسیوم از V₂o₅ در یک لوله فشار میباشد. وانادیوم معمولا به صورت محصولات جنبی بدست می آید . از این رو منابع جهانی ازن عنصر حاکی از وجود ذخایر در دسترس نمیباشد.

ترکیبات

پنتااکسید وانادیوم V₂O₅ به عنوان کاتالیزور رنگ دهنده و ثابت کننده رنگ استفاده میشود.

ایزوتوپها

وانادیوم طبیعی از یک ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است v-51. برای این عنصر 15 ایزوتوپ رادیواکتیوی دیگر شناسایی شده است که پایدارترین آنها V-50 با نیمه عمر 1.4e17 سال و V49 با نیمه عمر 330 روز و V48 با نیمه عمر 15.9735 روز میباشند. تمام ایزوتوپهای رادیو اکتیو باقی مانده نیمه عمری کمتر از یک ساعت دارد که نیمه عمر بیشتر آنها کمتر از 10 ثانیه است. این عنصر یک حالت متا دارد.

ایزوتوپهای وانادیوم به ترتیب وزن اتمی از 43.981 amu تا 59.959 amu V59 مرتب شده اند. حالت Decay اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپV51 الکترون گیری و حالت اولیه بعد از آن Beta Decay میباشد. محصولات decay اولیه قبل از V51 ایزوتوپهای عنصر تیتانیوم22 و محصولات اولیه بعد از آن ایزوتوپهای عنصر Chromium24 میباشد.

هشدارها

پودر فلز وانادیوم خطر آتش سوزی به همراه داشته و ترکیبات وانادیوم بشدت سمی هستند. ترکیبات وانادیوم ممکن است که در صورت تنفس باعث سرطان ریه شود.
سازمان OSHA (Occupational Safety and Health Administration) محدودیت تماس تا 0.05mg/m را برای پنتا اکسید وانادیوم در نظر گرفته است. NIOSH(National Institute of Ocupational Safety and health) هم پیشنهاد کرده اس که ₃35mg/m عنصر وانادیوم برای سلامتی بشدت خطرناک میباشد. این مقداری است که به سرعت باعث بوجود آمد مشکلات همیشگی و حتی مرگ برای انسان میشود.

اثرات واناديم برسلامتي انسان
واناديم از طريق مواد غذايي مانند، گندم سياه، سويا، روغن زيتون، روغن آفتابگردان، سيب و تخم مرغ وارد بدن انسان ميشود.
اگر مقدار واناديم دريافتي توسط انسان زياد باشد، واناديم بر بدن انسان اثرات زيادي دارد. اگر فرد از طريق هوا مقداري واناديم تنفس کند، به بيماريهايي از قبيل برونشيت و ذات الريه مبتلا ميشود.
شديدترين تاثير واناديم بر بدن انسان تحريک ششها، گلو، چشها و حفرات بيني ميشود.
ساير اثرات واناديم عبارت است از:
بيماريهاي قلبي و عروقي
تورم معده و روده
آسيب به سيستم عصبي
خونريزي کبد و کليه
خارش پوست
تب و لرز شديد و فلج
خونريزي بيني و گلودرد
ضعف
کسالت و سردرد
سرگيجه
تغيير رفتار
تاثير واناديم و خطرات ناشي از آن بر بدن انسان به حالت اکسيداسيوني واناديم بستگي دارد. عنصر شيميايي واناديم اکسيد شده و طي جوشيدن به پنتوکسيد واناديم تبديل ميشود. پنتوکسيد واناديم در مقايسه با واناديم عنصري به شدت سمي است. علائم مزمني که غبار و بخار پنتوکسيد واناديم ايجاد ميکند، شامل تحريکات شديد چشمي، پوست، مشکلات در بخشهاي فوقاني دستگاه تنفس، تورم ناي و ريه ها، آماس ريوي و سمي شدن بدن است. علائم مصرف زياده از حد واناديم، عبارت هستند از ورم ملتحمه، ورم گلو، سرفه، تنفس شديد، تشديد ضربان قلب، تغيير در ششها، برونشيت مزمن، پريدگي رنگ پوست، سبزشدن رنگ زبان و خارش پوستي.