Vikipedi

Vanadyum

sembolü V atom numarası 23 olan kimyasal element

Vanadyum, simgesi V, atom numarası 23 olan bir elementtir. Bir geçiş metali olan element, doğada nadiren bulunur. Yapay olarak izole edildiğinde, oksit bir katmanın ortaya çıkmasıyla pasifleşir ve kararlı hâle gelen elementin oksitlenmesi sona erer.

Vanadyum, 23V
Farklı dokulardaki %99 saflıktaki üç vanadyum kristal çubuğu ile %99,95 saflıktaki 1 cm3 hacmindeki bir vanadyum küpü
GörünüşMavi-gümüşi-gri metal
Standart atom ağırlığı Ar, std(V)50,9415(1)
Periyodik tablodaki yeri
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen Flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silisyum Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum Skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko Galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum Niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum Paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Kalay Antimon Tellür İyot Ksenon
Sezyum Baryum Lantan Seryum Praseodim Neodimyum Prometyum Samaryum Evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disprozyum Holmiyum Erbiyum Tulyum İterbiyum Lutesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Cıva Talyum Kurşun Bizmut Polonyum Astatin Radon
Fransiyum Radyum Aktinyum Toryum Protaktinyum Uranyum Neptünyum Plütonyum Amerikyum Küriyum Berkelyum Kaliforniyum Aynştaynyum Fermiyum Mendelevyum Nobelyum Lavrensiyum Rutherfordiyum Dubniyum Seaborgiyum Bohriyum Hassiyum Meitneriyum Darmstadtiyum Röntgenyum Kopernikyum Nihoniyum Flerovyum Moskovyum Livermoryum Tennesin Oganesson
-
↑
V
↓
Nb
titanyum ← vanadyum → krom
Atom numarası (Z)23
Grup5. grup
Periyot4. periyot
Blok d bloku
Elektron dizilimi[Ar] 3d3 4s2
Kabuk başına elektron2, 8, 11, 2
Fiziksel özellikler
Faz (SSB'de)Katı
Erime noktası2183 K (1910 °C; 3470 °F)
Kaynama noktası3680 K (3410 °C; 6160 °F)
Yoğunluk (OS)6,11 g/cm3
Yoğunluk sıvıyken (en'de)5,5 g/cm3
Erime entalpisi21,5 kJ/mol
Buharlaşma entalpisi444 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi24,89 J/(mol·K)
Buhar basıncı
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T (K) 2101 2289 2523 2814 3187 3679
Atom özellikleri
Yükseltgenme durumları-3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 (amfoter oksit)
ElektronegatiflikPauling ölçeği: 1,61
İyonlaşma enerjileri
  • 1.: 650,9 kJ/mol
  • 2.: 1414 kJ/mol
  • 3.: 2830 kJ/mol
Atom yarıçapıDeneysel: 134 pm
Kovalent yarıçapı153±8 pm
Bir spektrum aralığındaki renk çizgileri
Bir spektrum aralığındaki renk çizgileri
Elementin spektrum çizgileri
Diğer özellikleri
Kristal yapı ​Hacim merkezli kübik (hmk)
Hacimmerkezlikübik kristal yapısıvanadyum
Ses hızı4560 m/s
Genleşme8,4 µm/(m·K)
Isı iletkenliği30,7 W/(m·K)
Elektrik direnci197 Ω·m
Manyetik düzenParamanyetik
Manyetik alınganlık+255,0 × 10-6 cm3/mol
Young modülü128 GPa
Kayma modülü47 GPa
Hacim modülü160 GPa
Poisson oranı0,37
Mohs sertliği6,7
Vickers sertliği628-640 MPa
Brinell sertliği600-742 MPa
CAS Numarası7440-62-2
Tarihi
Adını aldığıVanadís
KeşifAndrés Manuel del Río (1801)
İlk izolasyonHenry Roscoe (1867)
AdlandıranNils Gabriel Sefström (1830)
Ana izotopları
İzotop Bolluk Yarı ömür (t1/2) Bozunma türü Ürün
48V yapay 16 g β+ 48Ti
49V yapay 330 g ε 49Ti
50V %0,25 2,71×1017 y ε 50Ti
β- 50Cr
51V %99,8 kararlı α

Andrés Manuel del Río tarafından 1801 yılında vanadinit mineralinin (Pb5(VO4)3Cl) analizi sırasında keşfedildi ve erythronium adı verildi. Ancak bir süre sonra erythronium ile kromun aslında aynı element oldukları fikri kabul gördü. 1831 yılında Nils Gabriel Sefström, vanadyumun keşfedilmemiş bir element olduğunu ispatladı ve İskandinav güzellik ve bereket tanrıçası Vanadis'in (Freyja olarak da bilinir) adını verdi.

Dağlanmış bir vanadyum çubuğun kesiti

Element doğada 65 farklı mineralde bileşik halinde bulunur. Çin ve Rusya'da çelik üretiminde ortaya çıkan cürufun işlenmesi ile, diğer ülkelerde ise ağır yağ baca tozunun geridönüşümü ya da uranyum madenciliğinin bir yan ürünü olarak üretir. Özellikle yüksek hız çeliği benzeri yüksek alaşımlı çeliklerin üretiminde kullanılır. Vanadyum pentoksit (V2O5) bileşiği sülfürik asit üretimi için bir katalizördür. Çoğu canlıda bulunan vanadyum, bazı enzimlerin etkin bölgesi olarak kullanılır.

Tarihi değiştir

1801'de, Meksika'daki bir "kahverengi kurşun" (daha sonraları vanadinit olarak adlandırıldı) örneğinden bu elementi ayrıştıran Andrés Manuel del Río tarafından keşfedildi. Del Río, tuzlarının çeşitli renkler taşıdığını gözlemlediği elementi Yunancada "tüm renkler" anlamı taşıyan παγχρώμιο (panhromio) kelimesinden türetilen pankromyum olarak adlandırdı. Sonrasında ise, tuzların çoğunun ısıtıldığında kırmızı rengi almasından ötürü elemente, Yunancada "kırmızı" anlamına gelen ερυθρός (erutrhos) kelimesinden türettiği erithronyum adını verdi. Del Río'nun arkadaşı Alexander von Humboldt'un desteklediği Hippolyte Victor Collet-Descotils 1805'te, hatalı bir şekilde bu elementin, saf olmayan bir krom örneği olduğunu öne sürdü. Collet-Descotils'in bu görüşünü kabul eden Del Río, elementin keşfine dair iddiasını geri çekti.[1]

1831'de Nils Gabriel Sefström, demir cevherleriyle çalışırken bulduğu yeni bir oksitte elementi tekrar keşfetti. Yılın ilerleyen dönemlerinde Friedrich Wöhler, bu elementin del Río'nun 1801'de bulduğu elementle aynı olduğunu doğruladı.[2] Daha önce hiçbir elementin ilk harfi olarak kullanılmayan V harfiyle başlayan bir isim arayışına giren Sefström, elementin meydana getirdiği "güzel renkli" bileşiklere atfen, İskandinav mitolojisideki güzellik ve bereket tanrıçası Vanadís'ten türettiği vanadyum isminde karar kıldı.[2] Wöhler'in tespitinden haberdar olan del Río, kendi çalışmasının kabulünü sağlasa da elementin adı vanadyum olarak kaldı.[3] 1831'de George William Featherstonhaugh'nun, elementin adının del Río'ya atfen "riyonyum" olması yönündeki önerisi kabul görmedi.[4]

Başka elementlerle birlikte bulunmasından ötürü, keşfinin ilk dönemlerinde vanadyumun izole edilmesi konusunda birtakım zorluklar yaşanıyordu.[5] 1831'de Jöns Jakob Berzelius elementi ürettiğini kaydetse de Henry Enfield Roscoe, Berzelius'un vanadyum nitrür (VN) elde ettiğini gösterdi. 1867'de Roscoe, vanadyum(II) klorürü (VCl2) hidrojen (H) ile indirgeyerek elementi elde etti.[6] 1927'de, vanadyum pentoksidin (V2O5) kalsiyum (Ca) ile indirgenmesi sonucunda saf vanadyum elde edildi.[7]

Vanadyumun ilk geniş çaplı endüstriyel kullanımı, Ford Model T'nin alaşımlı çelik şasisinde oldu. Vanadyumun eklenmesiyle çeliğin kütlesi azalırken çekme mukavemeti artmıştı.[8] 1900'lerde elde edilen vanadyumun çoğu, American Vanadium Company tarafından Peru'daki Ragra Madeni'nden çıkarılıyordu. İlerleyen dönemde uranyuma olan talebin artması, elde edilen vanadyumum da artmasına yol açtı. Uranyumun elde edildiği başlıca minerallerden karnotit (K2(UO2)2(VO4)2), vanadyum da içeriyordu ve uranyum elde edilirken vanadyum da yan ürün olarak elde ediliyordu.[9][10]

1911'de Martin Henze, Ascidiacea üyelerinin kan hücrelerinde (ya da sölom hücrelerinde), vanadyum içeren hemovanadin proteinlerini keşfetti.[11][12]

Özellikleri değiştir

Sünek bir geçiş metali olan vanadyumun mavi-gümüşi-gri renkli, metalik bir görünümü vardır. Elektriksel açıdan iletken, ısıl açıdan yalıtkandır.[13][14] 6,7 Mohs sertliği değerine sahip olup korozyona karşı dirençli, alkaliler ile sülfürik ve hidroklorik asitlere karşı kararlıdır.[15] 933 K (660 °C; 1.220 °F) kadar sıcaklıktaki havada oksitlenirken oda sıcaklığında dahi oksit bir katmanın ortaya çıkmasıyla pasifleşerek kararlı hâle gelir.[16]

İzotopları değiştir

Ana madde: Vanadyum izotopları

Doğada vanadyum, kararlı bir izotop olan 51V ya da radyoizotop olan 50V şeklinde bulunur. 2,71 × 1017 yıllık yarı ömre sahip 50V izotopunun doğal bolluğu %0,25'tir. Doğal bolluğu %99,75 olan 51V izotopunun çekirdek spini 7⁄2'dir. Elementin, kütle numarası 40 ilâ 65 arasında değişen 24 yapay radyoizotopu sentezlentir. 330 günlük yarı ömre sahip 49V ile 16 günlük yarı ömre sahip 48V en kararlı iki yapay radyoizotopu iken kalan radyoizotopların yarı ömürleri bir saatten kısadır. En az dört izotopunun yarı kararlı uyarılmış durumları vardır.[17] 51V'den daha hafif izotopların ana bozunma türü elektron yakalanması, daha ağır izotopların ise beta bozunmasıdır.[18] Elektron yakalanma reaksiyonları, titanyum (Ti) izotoplarının, beta bozunmaları ise krom (Cr) izotoplarının oluşmasıyla sonuçlanır.

Bileşikleri değiştir

 
Soldan sağa: [V(H2O)6]2+ (lila), [V(H2O)6]3+ (yeşil), [VO(H2O)5]2+ (mavi) ve [VO(H2O)5]3+ (sarı)

Vanadyum, -2 hariç olmak üzere -3 ile +5 arasındaki yükseltgenme durumlarının tamamında bulunabilir. Sulu bir çözeltide element; pH değerine göre [V(H2O)6]2+ formülüyle lila, [V(H2O)6]3+ formülüyle yeşil, [VO(H2O)5]2+ formülüyle mavi ya da [VO(H2O)5]3+ formülüyle sarı-turuncu renkli bir metal-su bileşiği oluşturur. Vanadyum(II) bileşikleri indirgen, vanadyum(V) bileşikleri ise yükseltgendir. Vanadyum(IV) bileşikleri genellikle, merkezinde VO2+ bulunan vanadil türevleri şeklindedir.[15]

Amonyum vanadat(V) (NH4VO3), çinko (Zn) ile indirgenilerek vanadyumun +2 ile +5 arasındaki yükseltgenme durumlarındaki farklı renkleri almasını sağlayabilir. Daha düşük yükseltgenme durumları, V(CO)6, [V(CO)6]− ya da benzer bileşiklerde görülür.[15] Vanadyum pentoksit, sülfürik asit üretimi için ticari değeri olan bir katalizördür.[15]

Vanadyum redoks pilinin bir elektrodu vanadyumun +5/+4 yükseltgenme durumu çiftini, diğer elektrodu ise +3/+2 çiftini kullanır. Bu yükseltgenme durumları arasındaki dönüşüm, çinko tozu ya da amalgam içeren bir vanadyum(V) bileşiğinin güçlü bir asidik çözeltisinin indirgenmesiyle gözlemlenir. Pervanadilin [VO2(H2O)4]+ neden olduğu başlangıçtaki sarı renk, sonrasında sırasıyla [VO(H2O)5]2+ bileşiğinin mavi, [V(H2O)6]3+ bileşiğinin yeşil ve [V(H2O)6]2+ bileşiğinin mor rengine dönüşür.[15]

Üretimi değiştir

Vanadyumun temel mineralleri potasyum uaranil vanadat 2 K(UO2)VO4.3 H2O ve vanadyum sülfürdür. Niobyum ve tantal içerikli mineraller de yüksek miktarda vanadyum bulundurur. Vanadyum mineralinin NaCl veya Na2CO3 ile 850 °C’de reaksiyonu sonucunda elde edilen NaVO3 bileşiği su içerisinde çözülmesi ve çözeltinin kırmızı çökelek verene kadar asitlendirilmesi ile V2O5 oksidi elde edilir. Bu oksidin kalsiyum ile indirgenmesi ile element saf olarak elde edilir. Elementin sentezinde kullanılan diğer bir yöntem ise VCl5 bileşiğinin hidrojen gazı veya magnezyum ile indirgenmesidir.

Kaynakça değiştir

  1. ^ Cintas, Pedro (12 Kasım 2004). "The Road to Chemical Names and Eponyms: Discovery, Priority, and Credit". Angewandte Chemie International Edition (İngilizce). 43 (44): 5888-5894. doi:10.1002/anie.200330074. PMID 15376297. 
  2. ^ a b Sefström, N. G. (1831). "Ueber das Vanadin, ein neues Metall, gefunden im Stangeneisen von Eckersholm, einer Eisenhütte, die ihr Erz von Taberg in Småland bezieht". Annalen der Physik und Chemie (İngilizce). 97 (1): 43-49. Bibcode:1831AnP....97...43S. doi:10.1002/andp.18310970103. 10 Eylül 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  3. ^ Marshall, James L.; Marshall, Virginia R. (2004). "Rediscovery of the Elements: The "Undiscovery" of Vanadium" (PDF) (İngilizce). The Hexagon. s. 45. 30 Mart 2023 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. 
  4. ^ Featherstonhaugh, George William (1831). "New Metal, provisionally called Vanadium". The Monthly American Journal of Geology and Natural Science (İngilizce): 69. 
  5. ^ Habashi, Fathi (Ocak 2001). "Historical Introduction to Refractory Metals". Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review (İngilizce). 22 (1): 25-53. Bibcode:2001MPEMR..22...25H. doi:10.1080/08827509808962488. 
  6. ^ "XIX. Researches on vanadium". Proceedings of the Royal Society of London (İngilizce). 18 (114-122): 37-42. 31 Ocak 1870. doi:10.1098/rspl.1869.0012. 9 Eylül 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Kasım 2023. 
  7. ^ Marden, J. W.; Rich, M. N. (Temmuz 1927). "Vanadium 1". Industrial & Engineering Chemistry (İngilizce). 19 (7): 786-788. doi:10.1021/ie50211a012. 
  8. ^ Betz, Frederick (2003). Managing Technological Innovation: Competitive Advantage from Change (İngilizce). Wiley-IEEE. ss. 158-159. ISBN 978-0-471-22563-8. 
  9. ^ Busch, Phillip Maxwell (1961). Vanadium: A Materials Survey (İngilizce). U.S. Department of the Interior, Bureau of Mines. s. 65. OCLC 934517147. 23 Nisan 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Kasım 2023. 
  10. ^ Wise, James M. (Mayıs 2018). "Remarkable folded dacitic dikes at Mina Ragra, Peru" (İngilizce). 10 Eylül 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Kasım 2018. 
  11. ^ Henze, M. (1911). "Untersuchungen über das Blut der Ascidien. I. Mitteilung". Z. Physiol. Chem. (İngilizce). 72 (5-6): 494-50. doi:10.1515/bchm2.1911.72.5-6.494. 
  12. ^ Michibata, H.; Uyama, T.; Ueki, T.; Kanamori, K. (2002). "Vanadocytes, cells hold the key to resolving the highly selective accumulation and reduction of vanadium in ascidians" (PDF). Microscopy Research and Technique (İngilizce). 56 (6): 421-434. doi:10.1002/jemt.10042. PMID 11921344. 17 Mart 2020 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Kasım 2023. 
  13. ^ Vander Voort, George F. (1984). Metallography, Principles and Practice (İngilizce). ASM International. s. 137. ISBN 978-0-87170-672-0. 
  14. ^ Cardarelli, François (2008). Materials Handbook (İngilizce). Springer. s. 338. ISBN 978-1-84628-668-1. 
  15. ^ a b c d e Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). "Vanadium". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (Almanca) (91-100 bas.). Walter de Gruyter. ss. 1071-1075. ISBN 978-3-11-007511-3. 
  16. ^ Nisbett, Edward G. (1986). Steel Forgings: A Symposium Sponsored by ASTM Committee A-1 on Steel, Stainless Steel, and Related Alloys, Williamsburg, VA, 28-30 Nov., 1984 (İngilizce). ASTM International. ISBN 978-0-8031-0465-5. 
  17. ^ Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003). "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties". Nuclear Physics A (İngilizce). 729: 3-128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  18. ^ Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties". Chinese Physics C (İngilizce). 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae. 
"https://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Vanadyum&oldid=30638890" sayfasından alınmıştır