Vanadio
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| Generalità | |||||||||
| Nome, Simbolo, Numero atomico | vanadio, V, 23 | ||||||||
| Serie chimica | metalli di transizione | ||||||||
| Gruppo, Periodo, Blocco | 5 , 4, d | ||||||||
| Densità , Durezza | 6110 kg/m3, 7,0 | ||||||||
| Aspetto | metallo grigio-argenteo Immagine mancante V,23.jpg aspetto del vanadio | ||||||||
| Proprietà atomiche | |||||||||
| Peso atomico | 50,9415 amu | ||||||||
| Raggio atomico (calc.) | 135 (171) pm | ||||||||
| Raggio covalente | 125 pm | ||||||||
| Raggio di van der Waals | nessun dato | ||||||||
| Configurazione elettronica | [Ar]3d34s2 | ||||||||
| e- per livello energetico | 2, 8, 11, 2 | ||||||||
| Stati di ossidazione (Ossido) | 5,3 (anfotero) | ||||||||
| Struttura cristallina | cubico a corpo centrato | ||||||||
| Proprietà fisiche | |||||||||
| Stato della materia | Solido | ||||||||
| Punto di fusione | 2175 K (1902°C) | ||||||||
| Punto di ebollizione | 3682 K (3409°C) | ||||||||
| Volume molare | 8,32 × 10-6 m3/mol | ||||||||
| Calore di vaporizzazione | 0,452 kJ/mol | ||||||||
| Calore di fusione | 20,9 kJ/mol | ||||||||
| Tensione di vapore | 3,06 Pa a 2175 K | ||||||||
| Velocità del suono | 4560 m/s a 293.15 K | ||||||||
| Varie | |||||||||
| Elettronegatività | 1,63 (scala di Pauling) | ||||||||
| Calore specifico | 490 J/(kg·K) | ||||||||
| Conducibilità elettrica | 4,89 × 106/(m·ohm) | ||||||||
| Conducibilità termica | 30,7 W/(m*K) | ||||||||
| Energia di prima ionizzazione | 650,9 kJ/mol | ||||||||
| Energia di seconda ionizzazione | 1414 kJ/mol | ||||||||
| Energia di terza ionizzazione | 2830 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quarta ionizzazione | 4507 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quinta ionizzazione | 6298,7 kJ/mol | ||||||||
| Isotopi più stabili | |||||||||
| iso | NA | TD | DM | DE | DP | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 48V | sintetico | 15,9735 giorni | ε | 4,012 | 48Ti | ||||
| 49V | sintetico | 330 giorni | ε | 0,602 | 49Ti | ||||
| 50V | sintetico | 1,4×1017 anni | ε β | 2,208 1,037 | 50Ti 50Cr | ||||
| 51V | 100% | V è stabile con 28 neutroni | |||||||
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iso = isotopo | |||||||||
Il vanadio è l'elemento chimico di numero atomico 23. Il suo simbolo è V. È un elemento raro, tenero e duttile, che si trova sotto forma di composto in certi minerali. Si usa soprattutto in metallurgia, per la produzione di leghe.
| Indice |
Caratteristiche
Il vanadio è un metallo bianco lucente, morbido e duttile. Ha una buona resistenza alla corrosione da parte degli alcali, dell'acido solforico e dell'acido cloridrico. Esposto all'aria si ossida rapidamente a temperature superiori a 933 K (660°C).
Il vanadio ha una buona consistenza ed una piccola sezione d'urto con i neutroni provenienti dalla fissione nucleare, ciò lo rende adatto per l'impiego in applicazioni legate alla produzione di energia nucleare.
Chimicamente manifesta un comportamento intermedio tra metallo e non-metallo, sia acido che basico.
Gli stati di ossidazione più frequentemente assunti dal vanadio nei suoi composti sono +2, +3, +4 e +5. In un esperimento di laboratorio è possibile osservare colorimetricamente il passaggio del vanadio attraverso questi stati di ossidazione durante la riduzione del vanadato di ammonio NH4VO3 con zinco metallico.
In rari casi il vanadio può assumere anche numero di ossidazione +1.
Applicazioni
Circa l'80% del vanadio prodotto viene usato come lega ferro-vanadio o come additivo per l'acciaio. Tra gli altri usi rientrano
- leghe metalliche quali:
- per via della piccola sezione d'urto con i neutroni di fissione, viene impiegato nell'industria nucleare.
- nastri di gallio-vanadio sono contenuti nei magneti superconduttori (175.000 gauss).
- composti di vanadio sono usati come catalizzatori nella produzione dell'anidride maleica e dell'acido solforico.
- il pentossido di vanadio (V2O5) è usato nelle ceramiche ed è anche un catalizzatore in alcuni processi industriali.
- il vetro rivestito di diossido di vanadio (VO2) blocca la radiazione infrarossa (ma non la luce visibile) ad alcune specifiche temperature.
Storia
Il vanadio è stato inizialmente scoperto da Andrés Manuel del Río, un mineralogista spagnolo, a Città del Messico nel 1801, che lo chiamò "piombo bruno". Attarverso una serie di esperimenti chimici, notò che il materiale assumeva colorazioni simili a quelle del cromo, lo chiamò quindi paracromo. Successivamente, osservando che la maggior parte dei suoi sali avevano colorazione rossa, cambiò nuovamente il nome in eritronio. Un chimico francese suggerì che l'elemento scoperto da del Río altro non fosse che del cromo impuro, del Río pernsò di essersi sbagliato ed accettò l'affermazione.
Nel 1831 lo svedese Nils Gabriel Sefström riscoprì il vanadio in un ossido trovato mentre lavorava su alcuni minerali ferrosi e successivamente durante lo stesso anno Friedrich Wöhler confermò la validità del precedente lavoro di del Río.
Il vanadio metallico fu isolato per la prima volta da Henry Enfield Roscoe nel 1867, che lo ottenne per riduzione del cloruro di vanadio (VCl3) con l'idrogeno.
Il nome "vanadio" deriva dal nome della dèa Vanadis, dèa della bellezza nella mitologia scandinava. Fu scelto per la bellezza e per la varietà dei colori dei composti del vanadio.
Ruolo biologico
Un atomo di vanadio è il componente essenziale di alcuni enzimi, in particolare la vanadio-nitrogenasi, usata da alcuni microorganismi per fissare l'azoto. Il vanadio è essenziale per alcuni organismi marini - gli ascidiacea ed i tunicati - dove è presente nelle proteine del loro sangue in concentrazione anche un milione di volte superiore a quella dell'acqua marina circostante. Piccole quantità di vanadio sono essenziali anche per i topi ed i polli, in cui una carenza può portare ad una crescita ridotta ed a problemi nella riproduzione.
Dalla sperimentazione su alcuni modelli animali ed umani, la somministrazione di composti di vanadio sembra poter alleviare i sintomi del diabete mellito, similmente all'effetto del cromo sul metabolismo degli zuccheri. Il meccanismo di tale azione è ancora sconosciuto.
Disponibilità
Il vanadio non si trova mai puro in natura, ma solo allo stato di composto con altri elementi. È presente in circa 65 minerali, tra cui la patronite (VS4), la vanadinite [Pb5(VO4)3Cl] e la carnotite [K2(UO2)2(VO4)2·3H2O]. Il vanadio è anche presente nella bauxite ed in giacimenti di combustibili fossili quali petrolio, carbone e sabbie catramose.
Lo spettro del vanadio è stato anche osservato nella luce del Sole e di alcune altre stelle.
Molto del vanadio metallico prodotto viene ottenuto dalla riduzione del pentossido di vanadio (V2O5) con calcio metallico.
Composti
Il pentossido di vanadio (V2O5) si usa come catalizzatore e come fissante per colori. Di colore giallo. È estremamente tossico se respirato, ed è anche pericoloso per l'ambiente.
Il Vanadilsolfato (VOSO4), detto anche solfato ossido idrato di vanadio (IV), viene usato (ma la sua utilità è controversa) come integratore dietetico per aumentare i livelli di insulina e nel body-building. Se sia realmente efficace per i bodybuilder è comunque da dimostrare; in ogni caso, tale composto è tossico ad alte dosi.
Isotopi
Il vanadio in natura è costituito di un solo isotopo, il 51V, che è l'unico stabile. Sono stati sintetizzati altri 15 radioisotopi, di cui i più stabili sono il 50V con una emivita di 1.4E17 anni, il 49V con 330 giorni, e il 48V con 15.9735 giorni. Tutti gli altri isotopi hanno emivite di meno di un'ora, e anzi la maggioranza non raggiunge i 10 secondi. Il vanadio ha anche un meta stato.
Gli isotopi di vanadio vanno in peso atomico da 43.981 amu (43V) a 59.959 amu (49V). Il modo di decadimento più frequente prima dell'isotopo stabile più abbondante (il 51V) è la cattura elettronica, che produce isotopi di titanio; il modo di decadimento più frequente dopo di esso è il decadimento beta, che produce isotopi di cromo.
Precauzioni
Il vanadio in polvere è infiammabile e tutti i suoi composti sono considerati altamente tossici, causa di cancro alle vie respiratorie quando vengono inalati. Il più pericoloso è il pentossido di vanadio.
L'OSHA (l'ente statunitense per la sicurezza sul lavoro) ha fissato un limite di esposizione TLV-TWA di 0,05 mg/m3 per il pentossido di vanadio in polvere e di 0,1 mg/m3 per i vapori del medesimo. Un limite di 35 mg/m3 di composti di vanadio è considerato critico; non va mai superato in quanto è alta la probabilità che causi danni permanenti o la morte.
Citazioni letterarie
- Al vanadio è dedicato uno dei racconti de "Il sistema periodico" di Primo Levi.
Collegamenti esterni
- Los Alamos National Laboratory – Vanadio
- WebElements.com – Vanadio
- EnvironmentalChemistry.com – Vanadio
- AMM.com Scheda sul Vanadio
- Mineral Information Institute – Vanadio
- ATSDR – ToxFAQs: Vanadio
- Vanadium pictures and details www.smart-elements.com
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