Vanad

Vanad najdeme v periodické tabulce v 5. skupině, společně s niobem, tantalem a dubniem. Využívá se hlavně pro přípravu slitin a katalyzátorů.

Atomové číslo	23	Elektronová konfigurace	[Ar]3d3 4s2
Počet přírodních izotopů	2 (50V, 51V)	Atomová hmotnost	50,9415
Elektronegativita	1,6	Hustota	6,11 g.cm-3
Teplota tání	1915 °C	Teplota varu	3350 °C

Výskyt a výroba

Vanad je v přírodě poměrně hojným prvkem, obsah v zemské kůře je 136 ppm, ale většinou se vyskytuje jen v malých množstvích. Asi nejdůležitějším nerostem vanadu je patronit VS₄, černý, měkký polysulfid. Vanad se vyrábí pražením rozemleté rudy s NaCl nebo Na₂CO₃ při teplotě 850 °C. Vzniklý vanadičnan se vyluhuje vodou a po okyselení na pH 2-3 se získá polyvanadičnan, který je následně přetaven na oxid vanadičný. Ten se pak dále redukuje, nejčastěji železem, surový vanad se pak přímo používá na legování ocelí.

Izotopy vanadu

Přírodní vanad je tvořen stabilním izotopem ⁵⁰V (99,75 %) a malým podílem izotopu ⁵¹V s velmi dlouhým poločasem rozpadu (1,4.10¹⁷ let).

Z nestabilních izotopů nachází využití ⁴⁸V, který se využívá ke studiu chování vanadu v životním prostředí a v toxikologii. Připravuje se ozařováním přírodního titanu v cyklotronu:

⁴⁸Ti + p → ⁴⁸V + n

Izotop se získává rozpuštěním terče v koncentrované kyselině sírové, odpařením roztoku a žíháním odparku. Oxid titaničitý se pak separuje žíháním se směsí uhličitanu a dusičnanu sodného. Loužením taveniny se pak získá roztok vanadičnanu, titan ve formě hydroxidu je nerozpustný a zůstává v pevné fázi.

Chemické vlastnosti

Vanad ve sloučeninách dosahuje oxidačních čísel od -III do +V. Nejstálejší jsou sloučeniny V^IV.

Oxidační číslo	Příklad sloučeniny	Oxidační číslo	Příklad sloučeniny
-III	[V(CO)5]3-	II	[V(CN)6]4-
-I	[V(CO)6]–	III	[VCl4]–
0	[V(CO)6]	IV	VCl4
I	[V(bipy)3]+	V	VOCl3

Oxidy vanadu

Vanad vytváří čtyři základní oxidy (V₂O₅, VO₂, V₂O₃ a VO) a řadu nestechiometrických.

Oxid vanadičný

V₂O₅ vzniká zahříváním vanadu v kyslíkové atmosféře, nebo lépe termickým rozkladem metavanadičnanu amonného. Druhým způsobem získáme čistý oxid.

2 NH₄NO₃ → V₂O₅ + 2 NH₃ + H₂O

V čistém stavu je žlutooranžový. Zahříváním vratně uvolňuje kyslík, čímž se stává velmi žádaným katalyzátorem, nahradil např. platinu při oxidaci SO₂ na SO₃ při výrobě kyseliny sírové.

Je amfoterní, ochotně se rozpouští v kyselinách za vzniku dioxovanadičného kationtu (VO₂)⁺, v roztocích alkalických hydroxidů tvoří orthovanadičnanové ionty VO₄^3-.

Oxid vanadičitý

VO₂ je také amfoterní, v neoxidujících kyselinách poskytuje modře zabarvené roztoky vanadylu (VO)²⁺, v alkalických roztocích tvoří ionty (V₄O₉)^2-, a při vysokém pH (VO₄)^4-.

Mezi V₂O₅ a VO₂ existuje celá řada oxidů s obecným vzorcem V_nO_2n+1. Další redukcí VO₂ (pomocí H₂, C nebo CO) získáme oxidy se vzorcem V_nO_2n-1. Nakonec získáme černý oxid vanaditý.

Oxid vanaditý

V₂O₃ má strukturu korundu. Za laboratorní teploty jde o vodič, při ochlazení pod −103 °C se stává izolantem. Je to zásadotvorný oxid.

Halogenidy vanadu

Je známo dvanáct halogenidů vanadu. VF₅ lze snadno připravit reakcí fluoru s vanadem za zvýšené teploty. Je těkavý a snadno hydrolyzuje, vanad má koordinační číslo 6, jeho struktura je tvořena řetězci oktaedrů VF₆ propojených přes vrchol.

VF₄ lze připravit akcí HF s VCl₃, snadno disproporcionuje na VF₅ a VF₃.

VF₃ lze připravit reakcí HF s VCl₃ za horka. Připravuje se dvoukrokovou syntézou z oxidu vanaditého:

V₂O₃ + 6 (NH₄)HF₂ → 2 (NH₄)₃VF₆ + 3 H₂O

(NH₄)₃VF₆ → 3 NH₃ + 3 HF + VF₃

VF₂ má silné redukční účinky a je hygroskopický.

Sloučenina	Barva	Tt [°C]	Tv [°C]
VF2	modrý
VF3	žlutozelený	800
VF4	citronově zelený	>150 (sublimace)
VF5	bezbarvý	19,5	48,3
VCl2	světle zelený	910 (sublimace)
VCl3	červenofialový
VCl4	červenohnědý	-26	148
VBr2	hnědooranžový	800 (sublimace)
VBr3	šedohnědý
VBr4	červenofialový	-23 (rozklad)
VI2	červenofialový
VI3	hnědočerný

Vanadiové NMR

Vanad má dva přírodní a NMR aktivní izotopy – ⁵⁰V a ⁵¹V. Izotop 50 je velmi málo citlivý, poskytuje velmi široké linie a je slabě radioaktivní, proto se nejčastěji využívá izotop 51. Jako standard se používá 90 % roztok VOCl₃ v C₆D₆, jeho posun je 2 ppm.

	50V	51V
Spin	6	7/2
Zastoupení v přírodě [%]	0,25	99,75
Rozsah chemických posunů	-2000 – 4000
Citlivost vzhledem k 1H	1,39×10-4	0,383
Citlivost vzhledem k 13C	0,818	2250
Rezonanční frekvence v poli 1 T	4,2505	11,2133

Vzhledem k téměř 100 % zastoupení izotopu ⁵¹V a faktu, že vanad vytváří velké množství polyiontů a klastrů se často měří i ⁵¹V-⁵¹V COSY NMR.

Odkazy

1. Vanad na české wikipedii
2. Vanad na anglické wikipedii
3. Vanadium NMR
4. 51V NMR Crystallography of Vanadium Chloroperoxidase and Its Directed Evolution P395D/L241V/T343A Mutant: Protonation Environments of the Active Site
5. HÁLA, Jiří. Radioaktivní izotopy. Tišnov: Sursum, 2013. ISBN 978-80-7323-248-1.

Navigace

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr