V

Vanadium


Puur vanadium is een zilvergrijs, zacht en makkelijk te vervormen metaal. Het heeft een goede weerstand tegen corrosie en wordt nauwelijks aangetast door zuren. In zijn zuivere vorm wordt vanadium nauwelijks toegepast. Het is vooral te vinden als legeringselement in staalsoorten, waar het de hardheid en sterkte flink verbetert. Het element is twee keer ontdekt. De eerste vondst in 1801 werd aanvankelijk niet erkend. Na de hernieuwde ontdekking (in 1831) bleek hij toch juist te zijn geweest.
Symbool V Protonen/elektronen 23
Groep 5 Isotopen 50V, 51V
Periode Elektronenconfiguratie [Ar] 4s2 3d3
Blok d Elektronegativiteit 1,5 (Pauling)
Bij kamertemperatuur vast Atoomstraal 131 10-12m
Dichtheid 6100 kg m-3 Relatieve atoommassa 50.942
Smeltpunt 1910 oC
(2183 K)
Soortelijke warmte J kg-1K-1
Kookpunt 3407 oC
(3680 K)
Warmtegeleidingscoëfficiënt W m-1K-1

Constructiemateriaal/gereedschap/straalmotor

Legeringen van staal met vanadium zijn zeer hard. Je vindt deze in gereedschap, bijlen en mes­sen. Ook voor machine­on­derdelen die onder zware omstandighe­den draaien of bewegen (zoals zuigers, zuigerstangen en krukassen) is vanadium­staal uitermate geschikt. Andere toepassingen zijn pantserwa­gens, brandkasten en onderdelen van straal- en raketmotoren.

 

Veer

Legeringen van ijzer met ongeveer één procent vanadium zijn goed bestand tegen schokken.  Ze zijn daardoor zeer geschikt voor de produc­tie van veren.

Aangroeiwerende verf

De snelheid en de brandstofefficiëntie van (zee)schepen nemen af doordat algen en mosselen zich stevig aan de scheepshuid vasthechten. Om dat te voorkomen brengt men onder de waterlijn een aangroeiwerende verf aan. Deze bevat organische vanadium(V)verbindingen als werkzame stof (acetylacetonaten, naftenaten, sulfonaten en octoaten).

Warmteregulerend glas                                                                             

Een transparante coating van vanadiumdioxide op glas houdt bij hoge temperaturen de infrarode (warmte)straling tegen, zodat het niet te warm wordt. Bij minder hoge temperaturen (onder 29 graden Celsius) verandert de structuur van het vanadiumdioxide en wordt het infrarood wél doorgelaten.

 

Katalysator zwavelzuurbereiding

De bereiding van zwavel­zuur (H2SO4) uit zwavel vindt plaats met vanadiumpentaoxide als katalysa­tor. Het is een zeer efficiënt proces (99,6% rendement) met een lage uitstoot van zwaveldioxide.

Meer toepassingen


Als element en in legeringen

  • constructiemateriaal voor de lucht- en ruimtevaart (Ti,V en TiAl6V4)
  • constructiestaal voor de bouw (0,2 - 1 % V)
  • (kern)reactoren (Ti,V)
  • magneetstaal (Vicalloy: Fe 38 %, V 10 %, Co 52 %)
  • omhulsel van splijtstofstaven voor kernreactoren (Ti,V)       

In verbindingen

  • cytostaticum (geneesmiddel, remt de deling van tumorcellen)    vanadoceendichloride, bis(cyclopentadinyl)va­nadiumdichloride, (C5H5)­2VCl2
  • glaskleuring (geel-groen)                                                              V2O5
  • katalysator bij het polymeriseren van etheen (plastic)                  V2O3
  • katalysator bij het verwijderen van NOx uit rookgassen               V2O5
  • keramiek, tegels                                                                            VSi2
  • keramische producten                                                                  V2O5, V6O13

 

Naam

De naam vanadium is afgeleid van 'Vanadis', de Scandinavische godin van schoonheid en liefde (beter bekend is onder de naam Freya). Ontdekker Nils Gabriel Sefström (foto) haalde de inspiratie voor die naam uit de grote verscheidenheid aan prachtige kleuren van vanadiumverbindingen.

 

Ontdekking

Vanadium werd eigenlijk twee keer ontdekt. De Spaans-Mexiaanse mineraloog Andrés Manuel del Río vond het element al in 1801 in Mexicaans looderts. Hij trok zijn claim in toen uit contra-expertise door de Franse chemicus Hippolyte Victor Collet-Descotils zou blijken dat hij slechts basisch loodchromaat had geïsoleerd.

Dertig jaar later, in 1831, trof  de Zweedse chemicus Nils Gabriel Sefström (opnieuw) vanadiumverbindingen aan bij zijn studie van ijzererts uit de Falun-mijnen in Midden-Zweden. Later dat jaar bevestigde de Duitser Friedrich Wöhler de ontdekking van Del Río. Sefström stelde de naam vanadium voor en het Mexicaanse erts heet sindsdien vanadiniet.

Ook de productie van metallisch vanadium verliep in twee fasen. Direct na de ontdekking van Sefström claimde zijn landgenoot Jöns Jacob Berzelius dat hij elementair vanadium had geïsoleerd. De Engelse chemicus Henry Enfield Roscoe toonde echter in 1867 aan dat Berzelius vanadiumnitride had gemaakt. Roscoe wist wel zuiver vanadium te maken via de reductie van vanadi­um(II)chlori­de met waterstof. 

Voorkomen

Vanadium is een redelijk veel voorkomend element. Met een gewichtsaandeel van 0,012 % in de aardkorst staat het op plaats 20 in de lijst van meest voorkomende elementen.

De belangrijkste vanadiumhoudende mineralen zijn

  • carnotiet                                 K2(UO2)2(V2O8).3H2O
  • descloïziet of mottramiet         PbZn(VO4)(OH)                     
  • hewetiet                                  CaV+56O16.9H2O
  • montroseïet                            (V+3,Fe+3)O(OH)
  • navajoïet                                 (V+5,Fe+3)10O24.12H2O
  • patroniet                                 VS4
  • roscoeliet                                K2(V+3,Al,Mg)2(AlSi3)O10(OH)2
  • vanadiniet (foto)                     Pb5(VO4)3Cl
  • volbortiet of usbekiet              Cu3(VO4)2.3H2O

Vanadium is ook aanwezig in diverse ertsen, waaronder ijzer­erts en titaanerts. Het komt ook voor in aardolie uit Venezuela. Centrales die daarmee worden gestookt produceren vliegas met relatief veel vanadium(V)oxide. Hier wordt weer vanadium uit gewonnen.

Winning

De belangrijkste wingebieden­ van vanadiumhoudende ertsen liggen in Zuid-Afrika, Rusland, de Verenigde Staten van Amerika, China, Australië en Finland.

Vroeger

De Engelse chemicus Henry Enfield Roscoe was 1867 de eerste die zuiver vanadium wist te maken, via de reductie van vanadi­um(II)chlori­de met waterstof. 

Tegenwoordig

Tegenwoordig wordt vanadium bereid door reductie van vanadium­(V)oxide met calcium, onder hoge druk. Het wordt gewonnen uit vliegas uit aard­oliebranders en uit reststromen bij de ver­wer­king van ijzer- en titaanerts en bij de uranium­winning uit carnotiet.

De vanadiumhoudende grondstof wordt gesmolten met natri­umcarbonaat of natriumwaterstofsulfiet, waarbij natriumvana­daat (NaVO3) ontstaat. Na aanzu­ren, affiltre­ren van het gevormde polyvanadaat en verhitten, ontstaat vanadi­umpenta­oxide (V2O5). Het pentaoxide is de uitgangsstof voor de meeste toepassingen van vanadium, zoals bijvoorbeeld het legeren van ijzer (vanadium­staal).

 

Om zui­ver vanadium te verkrijgen, wordt dit oxide gereduceerd met calcium. Het is ook om te zetten in vanadium(V)chloride of andere vanadiumzou­ten, waar­uit vanadi­um wordt verkregen door reductie met magnesium, of door elek­trolyse,.

Kleinere hoeveelheden zeer zuiver vanadium zijn te maken met het in 1925 ontwikkelde proces van de Nederlandse chemici Anton Eduard van Arkel en Jan Hendrik de Boer. Dit betreft thermische ontleding van vanadium(III)jodide in een inerte atmosfeer. Hiervoor wordt onzuiver vanadium met wat jood in een vat met zeer lage druk gebracht. Bij ca. 200 °C reageert het tot vanadium(III)jodide. Dit verdampt, waarna het in de nabijheid van een gloei­draad bij zeer hoge temperatuur (ca. 1.300 °C) weer ont­leedt in jood en vanadium. Het gevormde vanadium slaat neer op de gloeidraad.

Deel dit op: