Ванадий

I. Кіріспе
1.1. Ванадий
II. Негізгі бөлім
2.1. Ванадий элементінің ашылуы. Физикалық және химиялық қасиеттері
2.2. Қосылыстары, тұздары
2.3. Минералдары мен кен орындары. Аналитикалық сипаттамасы
III. Қорытынды
3.1. Қолданылуы
IV. Пайдаланылған әдебиеттер

Ванадий - элементтердіңпериодтық жүйесінің 5 топ элементі. 1801 жылы алғаш рет Мексика минерологы А.М. дель Рио ашқан, 1830 жылы швед химигі Н.Г.Сефстрем темір рудаларынан жаңа элемент алып, оны скандинавия мифологиясындағы сұлулық құдайы Ванадистің құрметіне ванадий деп атаған. 1869 жылы ағылшын химигі Г.Роско хлорлы ванадиді (VCl2 ) сутекпен әрекеттестіріп, таза 95%- дық ванадий бөліп алады. Ванадий – ашық сұр түсті металл. Қалыпты жағдайда химиялық активтігі өте нашар, ал жоғары температурада ұнтақ күйіндегі ванадий оттек, азот, хлор, күкірт т.б. элементтер мен оңай әрекеттеседі, болатқа қосқанда оның мықтылығы артады. Ол көбіне автомашиналар өндірісінде мотор, цилиндр, білік т.б. жасауға жұмсалады. Ванадийдің темірмен қоспасы – феррованадий түрінде өндіріледі. Өндірісте Ванадий қосылыстарының маңыздысы Ванадий ангидриті V2O5 –қызғылт түсті, суда, сілтілерде жақсы еритін қатты зат. Бұл күкірт қышқылын понтан әдісімен өндіргенде катализатор ретінде кең түрде пайдананылады. Ванадий ҚазақстандаТараз қаласының маңындағы Қаратауда бар. Ванадийдің басқа қосылыстары мұнайданбензин алуда, спиртті тотықтырып, сірке қышқылын және резина, шыны, керамика бояу, сурет материалдарын өндіруде, медицинада қолданылады.

1. Бірімжанов Б.Т., Нұрахметов Н.Н. Жалпы химия, Алматы, Ана тілі 1992ж
2. АханбаевК. Химия негіздері, Алматы, Ана тілі, 1987ж
3. Утелбаева А,Утелбаев.Б Химия, 1 том, Алматы 1996ж.
4. Утелбаева А,Уталбаев Б. Химия, 5 том Алматы2006ж.
5. Утелбаева А,Утелбаев Б. Химия, 6 том, Алматы2006ж.
6. Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия, Алматы, 2003ж

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:
I. Кіріспе
0.1. Ванадий
I. Негізгі бөлім
0.1. Ванадий элементінің ашылуы. Физикалық және химиялық қасиеттері
0.2. Қосылыстары, тұздары
0.3. Минералдары мен кен орындары. Аналитикалық сипаттамасы
I. Қорытынды
0.1. Қолданылуы
I. Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе
Ванадий - элементтердің периодтық жүйесінің 5 топ элементі. 1801 жылы алғаш рет Мексика минерологы А.М. дель Рио ашқан, 1830 жылы швед химигі Н.Г.Сефстрем темір рудаларынан жаңа элемент алып, оны скандинавия мифологиясындағы сұлулық құдайы Ванадистің құрметіне ванадий деп атаған. 1869 жылы ағылшын химигі Г.Роско хлорлы ванадиді (VCl2 ) сутекпен әрекеттестіріп, таза 95%- дық ванадий бөліп алады. Ванадий - ашық сұр түсті металл. Қалыпты жағдайда химиялық активтігі өте нашар, ал жоғары температурада ұнтақ күйіндегі ванадий оттек, азот, хлор, күкірт т.б. элементтер мен оңай әрекеттеседі, болатқа қосқанда оның мықтылығы артады. Ол көбіне автомашиналар өндірісінде мотор, цилиндр, білік т.б. жасауға жұмсалады. Ванадийдің темірмен қоспасы - феррованадий түрінде өндіріледі. Өндірісте Ванадий қосылыстарының маңыздысы Ванадий ангидриті V2O5 - қызғылт түсті, суда, сілтілерде жақсы еритін қатты зат. Бұл күкірт қышқылын понтан әдісімен өндіргенде катализатор ретінде кең түрде пайдананылады. Ванадий Қазақстанда Тараз қаласының маңындағы Қаратауда бар. Ванадийдің басқа қосылыстары мұнайдан бензин алуда, спиртті тотықтырып, сірке қышқылын және резина, шыны, керамика бояу, сурет материалдарын өндіруде, медицинада қолданылады.
Бірінші рет жаңа элемент ванадий туралы 1802 жылы Мексика химигі Андрес дель Рио хабарлады. Дель Рио элементті қорғасынның кендерінде ашты, жаңа элементті панхромиум немесе эритроний деп атады, әр түрлі боялған (әсіресе қызыл түсті) қосылыстарды беретіндігі үшін ("эритрос" грек тілінде - қызыл). Бірақ дель Рионың хабарлауы көзге түспеді, өзінде де бұл жаңа элемент деген сенім болмады, бұл қызыл зат - қорғасын хроматы деп ойлады. 1830 жылы скандинав ғалымы Зефштрем жаңа элементті норвег темір кендерінде ашып, оны Скандинавия мифологиясына байланысты - көркемдік, сұлулық әйел құдай Ванадистың құрметіне "ванадий" деп атады. Бірінші болып ванадийді металл түрінде алып және оның ең маңызды қасиеттерін зерттеген ғалым Роско (оның атымен ванадий минералы "роско" деп аталған).
1834 жылы ванадий Оралда (Ресей) табылды.
Ванадий периодтық жүйенің бесінші тобына кіреді. Оның аналогтары ниобий мен тантал. Ванадийдің реттік нөмірі 23, атомдық массасы 50,95. Жоғары валенттілігі бес, бас - қа валенттілікте ванадий өзгеше, себебі валенттілік өзгергенде ерітінділердің түсі де өзгереді:

Ванадийдің валенттілігі
Ерітіндінің түсі
5
Әлсіз сары
4
Көк
3
Жасыл
2
күлгін

Ең тұрақты бес валентті ванадийдің қосылыстары, бұл ванадийдің атомындағы электрондардың орналасуына байла - нысты: 2,8,11,2. Атомның радиусы 1,36 А°. Тығыздығы 5,5-6,025 гсм[3], балқу температурасы 1680°-1760°С (әр түрлі анықтамаларда).
Ванадий металл түрінде ауада тұрақты созылмалы, жақсы өңделеді, жылтырайды. Қаттылығы болаттан жоғары. Ванадийдің реакцияшылдық қасиеттері жоғары болғандықтан, металл түрінде бөлінуі қиын. Ванадийді қыздырғанда - көміртекпен, сутекпен, азотпен, хлормен, броммен және күкіртпен әрекеттеседі. Оттекте ванадий жанып ванадий оксидін түзеді:

2V + 212 О2 -- V2О5 - + 437 ккалмоль
Ванадий сұйытылған қышқылдарға тұрақты. Суықта "патша сұйығында" және азот қышқылында ериді. Қыздырғанда концентрлі күкірт және фтор қышқылдарда ериді. Ванадий сілті ерітінділерде тұрақты, балқыған сілтілерде жай ерiп, ванадий қышқылының тұздарын -- ванадаттарды түзеді.
Ванадий легирлейтін элемент болғандықтан металлургияда ролі зор. Ванадийдің әр түрлі металдармен құймалары толық зерттелген, олардың құрылымы және коррозиялық тұрақтылығы туралы мына әдебиеттерден табуға болады.

Оттекпен қосылыстар
Ванадийдің барлық валенттілігіне (2-ден 5-ке дейін) сәйкес оксидтер белгілі. Ең маңыздысы ванадийдің (V) оксиді -- V2O5 - ұнтақ түрінде қызыл-қоңыр түсті зат. Балқу температурасы 650-675°С. Ванадий оксидін ванадий металын оттекпен тотықтырғанда немесе кез келген ванадий қосылыстарын термиялық ыдыратқанда алуға болады.
Ванадий оксиді суда ерімейді, сілтілердің ерітіндісінде еріп, ванадий қышқылының тұздарын -- ванадаттарды түзеді. Ванадий оксиді фосфордың оксидіне ұқсас болғандықтан қышқылдың бірнеше түрін береді: метаванадий HVO3, диванадий H4V2O7, ортованадий H3VO4 - қышқылдары.
Ванадий қышқылы (көбіне метаванадий қышқылы деп аталады) - әлсіз қышқыл (диссоциациялану константасы 110-4) болғандықтан қышқыл да негіз сияқты болып мына схема бойынша диссоциацияланады:

НVО3 -- Н+ + VО3-
НVО3 -- VО2+ + ОН-

Қышқыл ерітінділерде диссоциация екінші схема бойынша жүреді. VO2+ - ванадан-ион деп аталады, бұл катион тотықтырғыш қасиеттерін көрсетеді: күшті қышқыл ерітінділерде тұз қышқылын хлорға дейін тотықтырады:

2VО2+ + 4 Н+ + 2Сl- -- 2VО22+ + Сl2 - ↑ + 2Н2О

Реакция арқылы төрт валентті ванадий түзіліп, ерітінді көк түске боялады. VO2+ - ванадил-ион деп аталады.
Ванадийдің бес валентті қосылыстары бар улы заттарға жатады.

Ванадийдің төменгі оксидтері
Ванадийдің диоксиді - VO2 - қара-көк немесе алу әдісіне байланысты қара-жасыл ұнтақ.
Ванадий диоксидін ванадий оксидінен тотықсыздандыру арқылы алуға болады, мысалы қымыздық қышқылымен балқу арқылы. Ванадий диоксиді - амфотерлі қасиеттер көрсетеді: қышқылдардың ерітіндісінде еріп ванадил-ионды VО2+ береді, ал сілтілердің ерітіндісінде ванадиттерді түзеді - гипованадий H2V4O9 (немесе Н2О ∙ 4VO2) қышқылының тұздары. Гипованадий қышқылы изополиқышқылдар сияқты қарастыруға болады, ал оның тұздары - комплексті қосылыстар ретінде Me2(V4O9)- 7Н2О. Ванадил катионы әр түрлі қышқылдармен тұздар түзеді, мысалы күкірт қышқылымен VOSO4 -- ванадил сульфаты:
2VО2+ + Н2SО4 -- VОSО4 + 2Н+

Ванадий (III) оксидін V2O5 ванадий (V) оксидінен 700°С температурада сутекпен тотықсыздандыру арқылы алуға болады. V2O3 - қара кристалды ұнтақ, қышқылдарда жай еріп, үш валентті катион береді V3+. Үш валентті ванадийдің тұздары сілтілермен әрекеттесіп көк түсті ванадий гидроксидін V(OH)3 түзеді, ауада гидроксид тотығады. Үш валентті ванадийдің қосылыстары күшті тотықсыздандырғыштар.
Екі валентті ванадийдің оксиді VO ванадий (V) оксидінен 1700°С температурада тотықсыздандыру арқылы алынады. VO - қара ұнтақ, қышқылдарда ерігенде екі валентті катионды береді V2+. VO - күшті тотықсыздандырғыш болғандықтан сутекті судан бөліп шығарады. Бес валентті ванадийдің оксиді V2O5 балқыма түрінде сілті металдардың тұздарымен әрекеттесіп, суығанда ванадий бронзалары деген қосылыстар түзеді (вольфрам бронзалары сияқты) жалпы құрамы mR2OnV2O5 (R-сілті металл). Ванадий оксиді калийдің мета- және ортофосфаттарымен әрекеттеседі.

Ванадий қышқылының тұздары - ванадаттар
Ванадий қышқылының өте көп тұздары белгілі. Ең тұрақтысы метаванадаттар, формуласы MeVO3. Сілтілі металдардың және магнийдің метаванадаттары суда жақсы ериді.
Бұл тұздар -- ақ немесе жасыл түсті кристалды заттар. Басқа металдардың метаванадаттары суда аз ериді, сондықтан ванадийді ерітіндіден бөлу үшін кальций ванадаты Ca(VO3)2 не - месе темір ванадаты Ғе(VО3)3 түрінде тұнбаға түсіреді. Басқа ванадаттардың арасында ең маңызы зор аммоний метаванадаты NH4VO3.
Ерітіндіде ванадаттар ортаға байланысты ерітіндіде ва - надий мен оттектің әр түрлі қатынасы бар иондары түрінде болады.
Күшті қышқылды ерітінділерде ванадий (V) үш зарядты катион VO3+ түрінде өмір сүреді, оның құрамында ванадийдің оттекке қатынасы 1:1. Қышқылдық азайғанда бұл қатынас та азаяды, рН 1-ге тең болғанда ерітіндіде бір зарядты катион VO2+ түзіледі, рН 1 мен 2 қатарда -- V6O174-. Қышқылдық азайғанда иондардың құрамы келесі схема арқылы өзгереді: рН 4,3-4,7 аралығында V6O174- иондар, V3O93- немесе VO3- иондарға алмасады (метаванадий қышқылының анионы), рН 6,0-6,5 аралығында VO3- иондар VO3- иондарға алмасады (ортованадий қышқылының анионы).
Шиллер мен Тило ерітіндінің рН-ы мен ванадий иондарының арасында байланыс бар екенін көрсеткен (1 кесте).

1 кесте. Ванадий иондарының ерітіндідегі рн-тан тәуелділігі

рН
Ионның құрамы
Ерітіндінің түсі
1
VО2+
Бозғылт сары
2
V2О5 аq
--
4
декаванадаттар
Қызғылт сары
7
Метаванадаттар - VО3-, (V - 3О9)3- немесе (V - 4О12)4-
Бозғылт сары
11
Пированадаттар (V - 2О7)4- немесе (НVО - 4)2-
--
14
Ортованадаттар VО - 43-
түссіздеу

рН бір шамасында VO2 "ванадан" деген катион түзіледі. Өте қышқыл ортада (12-14 н H2SO4) ерітінді ашық қызғылт түске боялады, бұл тек VO3+ катионының түзілуіне байланысты.
Эванстың диограммасынан ванадий ионының құрамының рН-қа байланысы жақсы көрінеді (1-сурет).

1-сурет - Ванадий иондарының ерітіндідегі рН-тан тәуелділігі
(Эванс бойынша)
Көп түрлі қосылыстарды төрт валентті ванадийдің катионы -- ванадил VO2+ береді. Мысалы, белгілі көк түсті ванадил сульфаты VOSO4-3H2O, суда жақсы ериді (112г100г суда), 520-530°С температурада қыздырғанда ыдырап, ванадий оксиді V2O5 түзіледі. Сонымен қатар екі қос тұздар белгілі, мысалы, ақшыл-көк түсті K2SO4-2VOSO4, бұл қосылысты комплекс деп қарастыруға болады Me2[V2O2(SO4)3]. Ванадий (IV) рН 1,4-тен 4,5-ке дейін оксалатпен комплекс береді, құрамы [VO(C2O4)2]2-, константасы 5-10-13, шарап қышқылымен түзілетін комплекс тұрақсыз. Бес валентті ванадий роданидтің қатысында алдымен төрт валентті ванадийгe дейін тотықсызданып, сосын роданидпен көк түсті комплекс түзеді Me2[VO(CNS)4]:

VOSO4 + 2 NН4CNS -- (NН4)2[VO(CNS)4] + (NН4)2SO4

Төрт валентті ванадийдің реакциялары В.И.Кузнецовтың және Л.С.Козырева жұмыстарында толық келтірілген.
Төрт валентті ванадийдің сонымен қатар бір қасиеті туралы айтып кету керек: аммоний ванадаты ерітіндісі ауада тұрғанда жарық сәуленің әсерімен жарым-жартылай төрт валенттік күйге дейін тотықсызданып, аз еритін ванадил-ванадат (VO)3(VO3)2 түзіп, қоңыр-жасыл түсті түрінде тұнбаға түседі:

NаVO3 -- VO2+ + Nа+

VO2+ + NаVO3 -- (VO)3 (VO3)2 ↓ + Nа+

Пероксидті қосылыстары
Метаванадат ерітіндісіне қышқылдатпаған сутек пероксидін қосқанда ванадийдің сары түсті пероксид қосылыстары түзіледі, олар асқын қышқылдың H4V2O10 тұздары. Бұл қышқыл таза түрінде бөлінбеген. Құрамы (NH4)2 H4V2O10 перок - сид қосылысын аммоний ванадаты береді. Қышқыл ортада сутек пероксидімен қызыл-кірпіш түсті комплексті қосылыс түзіледі, құрамы [VO(H2O2)]3+. Бұл реакция өте сезгіш, сондықтан ванадийді сапалық және сандық (фотометрлік әдіс) анализінде пайдаланады. Кестеде ванадийдің пероксидті қосылыстарының құрамы келтірілген.

Галогендермен қосылыстары
Бес валентті ванадий жай галогенидтерді түзбейді, тек қана ванадий фториді VF5 белгілі, бұл фторид элементтерден 300°С температурада түзіледі.
Төрт валентті ванадий фториді VF4 және хлориді VC14 түзеді. VC14 - қызыл-қоңыр түсті сұйықтық, балқу температурасы 26°С, қайнау температурасы 152°С. Төрт хлорлы ванадий екі элемент әрекеттескенде қыздыру арқылы түзіледі. Төрт хлорлы ванадийді қыздырғанда ыдырап үш хлорлы ванадий VC13 түзіледі. VC13 - қызыл-күлгін түсті кристалды зат, судағы ерітіндісі жасыл түсті. Төртхлорлы ванадийді сутекпен тотықсыздандырғанда екі хлорлы ванадий VC12 түзіледі -- жасыл түсті кристалдар, судағы ерітіндісі күлгін түсті.
Құрғақ сутек хлориді ванадий (V) оксидімен әрекеттескенде ванадийдің оксихлоридін - VOCІ3 түзеді, бұл сары түсті сұйықтық. Реакция қайтымды:

V2О5 - + 6 НСl -- 2VОСl3 + 3 Н2О

2 кесте. Ванадий пероксидті қосылыстарының құрамы мен түсі

Ванадийдің бір атомына сәйкес оттек атомдарының саны
Бастапқы

Катион
декаванадат
метаванадат
пироқышқыл
пированадат
ортованадат
Жоқ
VО2+
(V10О28)4- -
(V4О12 - )4- -
(V4О7Н)3- -
(V4О7)4
VО43

Ақшыл сары
қызылсарғыш
Ақшыл-сары немесе түссіз
1

VО3·О+
қанық қызыл

2

(VО3·2О) (V2О7Н·2О) (VО4Н2О)2-
Сары түсті
3

(VО4Н·3О)2(VО43О)3-
сары түсті
4

(VО44О)4-
Көк түсті

Сондықтан су қосқанда оксихлорид ыдырайды. Ванадийдің басқа оксихлоридтері белгілі -- VOC12 және VOC1, бірақ олардың практикада мәні жоқ.

Күкіртпен қосылыстары
Ванадий оксидін (V) күкіртсутекпен қыздырғанда қара түсті үш валентті ванадийдің сульфиді түзіледі:

Ванадий (III) оксидін күкіртпен 350°С температурада қыздырғанда бес валентті ванадийдің сульфидін алуға болады:

V2S5 аммоний сульфиді және сілтілердің ерітіндісінде еріп қызыл-шие түсті сульфотүздар түзеді. Сульфотұздарды сонымен қатар ванадий оксидін сульфидтердің ерітіндісінде ерітсе немесе аммоний ванадатына аммоний сульфидін қосқанда алуға болады:
NН4VО3 + 4(NН4)2S + Н2О -- (NН4)2VS4 + 6NН4ОН

Сульфотұздарға қышқылдарды қосқанда ванадий суль - фиді бөлінеді:

2(NН4)2VS4 + 3Н2SО4 -- V2S5↓ + 3(NН4)2SО4 +3 Н2S

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.