Vanad

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

Atomové číslo23Elektronová konfigurace[Ar]3d3 4s2
Počet přírodních izotopů2 (50V, 51V)Atomová hmotnost50,9415
Elektronegativita1,6Hustota6,11 g.cm-3
Teplota tání1915 °CTeplota varu3350 °C
Kovový vanad Zdroj: Tomihahndorf/Commons

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 VIV.

Oxidační čísloPříklad sloučeninyOxidační čísloPříklad sloučeniny
-III[V(CO)5]3-II[V(CN)6]4-
-I[V(CO)6]III[VCl4]
0[V(CO)6]IVVCl4
I[V(bipy)3]+VVOCl3

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.

Oxid vanadičný. Zdroj: commons

Je amfoterní, ochotně se rozpouští v kyselinách za vzniku dioxovanadičného kationtu (VO2)+, v roztocích alkalických hydroxidů tvoří orthovanadičnanové ionty VO43-.

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-.

Oxid vanadičitý. Zdroj: commons

Mezi V2O5 a VO2 existuje celá řada oxidů s obecným vzorcem VnO2n+1. Další redukcí VO2 (pomocí H2, C nebo CO) získáme oxidy se vzorcem VnO2n-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.

SloučeninaBarvaTt [°C]Tv [°C]
VF2modrý
VF3žlutozelený800
VF4citronově zelený>150 (sublimace)
VF5bezbarvý19,548,3
VCl2světle zelený910 (sublimace)
VCl3červenofialový
VCl4červenohnědý-26148
VBr2hnědooranžový800 (sublimace)
VBr3šedohnědý
VBr4červenofialový-23 (rozklad)
VI2červenofialový
VI3hnědočerný

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.

 50V51V
Spin67/2
Zastoupení v přírodě [%]0,2599,75
Rozsah chemických posunů-2000 – 4000
Citlivost vzhledem k 1H1,39×10-40,383
Citlivost vzhledem k 13C0,8182250
Rezonanční frekvence v poli 1 T4,250511,2133

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

One Reply to “Vanad”

Leave a Reply

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..