Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Ванадий представляет собой химический элемент, обозначаемый символом «V». Атомная масса ванадия 50,9415 а. е. м., атомный номер – 23. Это твердый серебристо-серый, ковкий и плавкий металл, редко встречающийся в природе. Входит в состав более чем 60 минералов и даже может содержаться в ископаемом топливе.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Непризнанное открытие

Металл ванадий впервые был обнаружен мексиканским минерологом испанского происхождения Андресом Мануэлем Дель Рио в 1801 году.

Исследователь извлек новый элемент из образца добытой в Мексике «коричневой» свинцовой руды.

Как оказалось, соли металла обладают большим разнообразием цветов, поэтому Дель Рио первоначально назвал его «panchromium» (от греческого «παγχρώμιο» — «разноцветный»).

Позже минеролог переименовал элемент в erythronium (от греческого «ερυθρός» — «красный»), потому что большая часть солей приобретала красной оттенок при нагревании.

Казалось бы, невероятная удача улыбнулась малоизвестному в Европе ученому. Открытие нового химического элемента ванадия сулило если не славу, то, как минимум, признание коллег.

Однако из-за отсутствия весомого авторитета в научном мире достижение мексиканца проигнорировали.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Сходимость интегралов, формулы и примеры

Оценим за полчаса!

В 1805 году французский химик Ипполит Виктор Колле-Декотильс предположил, что новый элемент, исследованный Дель Рио, был всего лишь образцом хромата свинца с примесями.

В конечном итоге мексиканский исследователь, чтобы окончательно не потерять лицо перед ученой братией, принял утверждение Колле-Декотиля и отказался от своего открытия. Впрочем, его достижение не кануло в небытие.

Сегодня Андрес Мануэль Дель Рио признан как первооткрыватель редкого металла.

Повторное открытие

В 1831 году швед Нильс Габриэль Сефстрём вновь обнаружил химический элемент ванадий в оксиде, полученном им при работе с железной рудой. В качестве его обозначения ученый выбрал литеру «V», которая еще не была присвоена ни одному элементу. Сефстрём назвал новый металл из-за его красивой и богатой окраски в честь древнескандинавской богини красоты Ванадис.

Новость вызвала повышенный интерес в научном сообществе. Сразу вспомнили о работах мексиканского минеролога. В том же 1831 году Фридрих Вёлер перепроверил и подтвердил предыдущее открытие Дель Рио. А геолог Джордж Уильям Фезерстонхауп даже предложил назвать металл «рионием» в честь первооткрывателя, но инициатива поддержана не была.

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Неуловимый

Выделение металла ванадия в чистом виде оказалось затруднительным. До этого ученые работали лишь с его солями. Именно поэтому истинные свойства ванадия били неизвестны.

В 1831 году Берцелиус сообщил о получении металлизированного вещества, но Генри Энфилд Роско доказал, что Берцелиус фактически произвел нитрид ванадия (VN). В конечном итоге Роско произвел металл в 1867 году путем восстановления хлорида ванадия (VCl2) под действием водорода.

С 1927 года чистый ванадий получают путём восстановления пентаоксида ванадия с участием кальция.

Первое серийное промышленное использование элемента относится к 1905 году. Металл добавляли в стальной сплав для изготовления шасси гоночных автомобилей, а позже – в Ford Model T.

Характеристики ванадия позволяют снизить вес конструкции, одновременно увеличивая прочность на растяжение.

Кстати, немецкий химик Мартин Хенце обнаружил ванадий в клетках крови (или целомических клетках) морских обитателей – акцидий – в 1911 году.

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Физические свойства

Ванадий представляет собой ковкий серо-синий металл средней твёрдости со стальным блеском и плотностью 6,11 г/см³. Некоторые источники описывают материал как мягкий, имея ввиду его высокую пластичность. Кристаллическая структура элемента сложнее большинства металлов и сталей.

Ванадий обладает хорошей устойчивостью к коррозии, щелочам, серной и соляной кислотам. Он окисляется на воздухе при температуре около 660°С (933К, 1220°F), хотя пассивация оксида происходит даже при комнатной температуре. Плавится данный материал при достижении температуры 1920°С, а при 3400°С — закипает.

Химические свойства

Ванадий под воздействием кислорода образует четыре типа оксидов:

Цвет Плотность Кипение Плавление
VO (II) Чёрный 5,76 г/см³ 3100°C 1830°C
V2O3 (III) Чёрный 4,87 г/см³ 3000°C 1967°C
VO2 (IV) Тёмно-синий 4,65 г/см³ 2700°C 1542°C
V2O5 (V) Оранжевый 3,357 г/см³ 2030°C 670°C

Соединения ванадия типа (II) являются восстановителями, а соединения типа (V) — окислителями. Соединения (IV) часто существуют как производные катиона ванадила.

Оксид

Наиболее коммерчески важным соединением является пятиокись ванадия. Это коричнево-жёлтое твёрдое вещество, хотя при свежевыпакованном осаждении из водного раствора его цвет является тёмно-оранжевым.

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Оксид используется в качестве катализатора для получения серной кислоты. Это соединение окисляет диоксид серы (SO2) в триоксид (SO3). В этой окислительно-восстановительной реакции сера окисляется от +4 до +6, а ванадий снижается с +5 до +4. Формула ванадия выглядит следующим образом:

  • V2O5 + SO2 → 2VO2 + SO3
  • Катализатор регенерируется окислением кислорода:
  • 2VO2 + O2 → V2O5
  • Аналогичные процессы окисления используются в производстве малеинового ангидрида, фталевого ангидрида и нескольких других объемных органических соединений.

Этот оксид также применяют при получении феррованадия. Его нагревают с железом и ферросилицием с добавлением извести.

При использовании алюминия получают железо-ванадиевый сплав вместе с оксидом алюминия в качестве побочного продукта.

Из-за высокого коэффициента теплового сопротивления оксид ванадия (V) находит применение в качестве материала-детектора в болометрах и микроболометрических массивах в тепловизионных приборах.

Характеристики

Редкий металл имеет следующие характеристики:

  • Кристаллическая структура: кубическая объёмно-центрированная.
  • Звукопроводность: 4560 м/с (при 20°C).
  • Валентность ванадия: V (реже IV, III, II).
  • Тепловое расширение: 8,4 мкм/(м·К) (при 25°С).
  • Теплопроводность: 30,7 Вт/(м·К).
  • Электрическое сопротивление: 197 nΩ·м (при 20°C).
  • Магнетизм: парамагнитный.
  • Магнитная восприимчивость: +255·10-6 см3/моль (298K).
  • Модуль упругости: 128 ГПа.
  • Модуль сдвига: 47 ГПа.
  • Объёмный модуль упругости: 160 ГПа.
  • Коэффициент Пуассона: 0,37.
  • Твёрдость по шкале Мооса: 6,7.
  • Твердость по Виккерсу: 628-640 МПа.
  • Твердость по Бринеллю: 600-742 Мпа.
  • Категория элемента: переходный металл.
  • Электронная конфигурация: 3d3 4s2.
  • Теплота плавления: 21,5 кДж/моль.
  • Теплота испарения: 444 кДж/моль.
  • Молярная теплоёмкость: 24,89 Дж/(моль·К).

Ванадий в таблице Менделеева находится в 5-й группе (подгруппа ванадия), 4-м периоде, d-блоке.

Распространение

Ванадий в масштабах Вселенной составляет примерно 0,0001% от общего объёма вещества. Он распространён так же часто, как медь и цинк. Метал обнаружен в спектральном свечении Солнца и других звёзд.

Элемент является 20-м по распространённости в земной коре. Металл ванадий в кристаллической форме достаточно редок, но соединения этого материала встречаются в 65 различных минералах. Экономически значимыми из них являются патронит (VS4), ванадинит (Pb5(VO4)3Cl) и карнотит (K2(UO2)2(VO4)2·3H2O).

Ионы ванадила в изобилии распространены в морской воде и имеют среднюю концентрацию 30 нМа. Некоторые источники минеральной воды также содержат данные ионы в высоких концентрациях. Например, источники возле горы Фудзи содержат до 54 мкг/л.

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Добыча

Большую часть этого редкого металла получают из ванадиевого магнетита, обнаруженного в ультраосновных магматических габбровых породах. Сырьё добывается главным образом в Южной Африке, северо-западном Китае и на востоке России. В 2013 году эти страны произвели более 97 % всего ванадия (79 000 тонн в весовом выражении).

Металл также присутствует в бокситах и месторождениях сырой нефти, угля, горючих сланцев и битуминозных песков. В сырой нефти сообщалось о концентрациях до 1200 промилле. Из-за окислительных свойств ванадия (некоторых его оксидов) после сжигания таких нефтепродуктов остатки элемента могут вызвать коррозию в двигателях и котлах.

Читайте также:  Алюминий и его характеристики

По оценкам, 110 000 тонн вещества ежегодно попадает в атмосферу путем сжигания ископаемого топлива. Сегодня разрабатываются технологии по извлечению ценного вещества из углеводородов.

Производство

В основном ванадий используется в качестве добавок к стальным сплавам, называемым ферросплавами. Феррованадий получают непосредственно путем восстановления смеси из оксида ванадия с валентностью (V), оксидов железа и чистого железа в электрической печи.

Металл получают с использованием многоступенчатого процесса, который начинается с обжига измельченной ванадий-магнетитовой руды с добавлением хлорида натрия (NaCl) или карбоната натрия (Na2CO3) при температуре около 850°С с получением метаванадата натрия (NaVO3). Водный экстракт этого вещества подкисляют, получая поливанадатную соль, которая восстанавливается кальциевым металлом. В качестве альтернативы мелкосерийному производству пятиокись ванадия восстанавливается водородом или магнием.

Также используются многие другие методы, во всех из которых ванадий производится как побочный продукт других процессов. Его очистка возможна иодидным методом, разработанным Антоном Эдуардом ван Аркелем и Яном Хендриком де Бором в 1925 году. Он подразумевает образование иодида ванадия (III) и его последующее разложение с получением чистого металла:

2 V + 3I2 ⇌ 2 VI3

Достаточно экзотический способ получения этого элемента придумали японцы. Они разводят на подводных плантациях асцидии (тип хордовые), которые поглощают ванадий из морской воды. Затем их собирают и сжигают. Из образовавшегося пепла извлекают ценный метал. Кстати, его концентрация в этом случае гораздо выше, чем на самых богатых месторождениях.

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Сплавы

Что собой представляют сплавы ванадия? Приблизительно 85 % производимого редкого металла используют для получения феррованадия или в качестве добавки к стали. В начале XX века было обнаружено, что даже небольшое количество ванадия значительно увеличивает прочность стали. Данный элемент образует стабильные нитриды и карбиды, что приводит к улучшению характеристик сталей и сплавов.

С этого времени отмечено применение ванадия в осях, рамах, коленчатых валах, шестернях и других важных компонентах колесного транспорта. Существуют две группы сплавов:

  • Высокоуглеродистые с содержанием от 0,15 % до 0,25 % ванадия.
  • Быстрорежущие инструментальные стали (HSS) с содержанием от 1% до 5% данного элемента.

Для сталей марки HSS может быть достигнута твердость выше HRC 60. Они используются в хирургических инструментах. В порошковой металлургии сплавы могут содержать до 18 % ванадия. Высокое содержание карбидов в этих сплавах значительно повышает износостойкость. Из них изготавливают инструменты и ножи.

Благодаря своим свойствам, ванадий стабилизирует бета-форму титана, повышает его прочность и температурную стабильность. Смешанный с алюминием в титановых сплавах, он используется в реактивных двигателях , высокоскоростных летательных аппаратах и зубных имплантатах.

Наиболее распространенным сплавом для бесшовных труб является титан 3/2,5, содержащий 2,5 % ванадия. Данные материалы широко распространены в аэрокосмической, оборонной и велосипедной промышленности.

Другим распространенным сплавом, выпускаемым главным образом в листах, является титан 6AL-4V, где 6 % алюминия и 4% ванадия.

Несколько ванадиевых сплавов демонстрируют сверхпроводящие свойства. Первый фазовый сверхпроводник А15 представлял собой соединение ванадия V3Si, которое было получено в 1952 году.

Ванадиево-галлиевая лента используется в сверхпроводящих магнитах.

Структура сверхпроводящей фазы A15 V3Ga аналогична структуре более распространенных сверхпроводников: станнида триниобия (Nb3Sn) и ниобий-титана (Nb3Ti).

Недавно учёные выяснили, что в Средние века в некоторые образцы дамасской и булатной стали добавляли небольшое количество ванадия (от 40 до 270 частей на миллион). Это улучшало свойства клинков. Однако неясно, где и как добывали редкий металл. Возможно, он входил в состав некоторых руд.

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Применение

Помимо металлургии, ванадий используется и для других задач. Сечение теплового нейтронного захвата и короткий период полураспада изотопов, образующихся при захвате нейтронов, делают данный металл подходящим материалом для использования внутри термоядерного реактора.

Наиболее распространенный оксид ванадия — пентаоксид V2O5 — используется в качестве катализатора при производстве серной кислоты и в качестве окислителя в производстве малеинового ангидрида. Пеноксид ванадия используется при изготовлении керамических изделий.

Металл является важным компонентом смешанных металлоксидных катализаторов, используемых при окислении пропана и пропилена в акролеин, акриловую кислоту или аммоксидирование пропилена до акрилонитрила. Другой оксид ванадия – двуокись VO2 – используется при производстве стеклянных покрытий, которые блокируют инфракрасное излучение при определенной температуре.

Ванадиевая редокс-батарея представляет собой гальванический элемент, состоящий из водных ионов ванадия в различных состояниях окисления. Батареи такого типа были впервые предложены в 1930 годах, а коммерческое использование началось с 1980-х. Ванадат можно использовать для защиты стали от коррозии.

Ванадий имеет важное значение для здоровья человека. Он помогает регулировать углеродный и липидный обмен, участвует в выработке энергии. В сутки рекомендовано потреблять 6-63 мкг (данные ВОЗ) вещества, поступающего с пищевыми продуктами. Его вполне достаточно в крупах, бобовых, овощах, зелени, фруктах.

Источник: www.syl.ru

Источник: https://kak.ufolabs.ru/stroenie-atoma-vanadij-shema/

Ванадий. Свойства ванадия. Применение ванадия

Описание и свойства ванадия

Ванадий первоначально был обнаружен мексиканцем А.М. Дель Рио в рудах бурого цвета, содержащих свинец, которые при нагревании давали красноватый цвет.

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Но официальное признание элемент получил позднее, когда его обнаружил химик из Швеции Н.Г.Сефстрем при исследовании железной руды из местного месторождения и дал ему название Ванадий созвучное с именем Ванадис, которое носила древнегреческая богиня красоты.

По внешнему виду металл напоминает сталь своим серебристо-серым цветом. Но на этом сходство заканчивается. Строение ванадия: кубическая объемноцентрированная решетка с параметрами a=3,024A и z=2. Плотность составляет 6,11 г/ см3.

Плавится он при температуре 1920о С, а кипеть начинает при 3400оС. А вот нагревание на открытом воздухе до температуры выше 300оС снижает пластические свойства металла и делает его хрупким, повышая при этом твердость. Понять такое поведение помогает строение атома металла.

Ванадий элемент, имеющий атомный номер 23 и атомную массу 50,942, он относится к V группе четвертого периода системы Д. Менделеева. А это означает, что атом ванадия состоит из 23-х протонов, 23-х электронов и 28-ми нейтронов.  

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Несмотря на то что это элемент V группы, валентность ванадия не всегда равна 5. Она бывает 2, 3. 4 и 5 с положительным знаком. Разные значения валентности объясняются разными вариантами заполнения электронных оболочек, при которых они приходят в стабильное состояние.

Известно, что положительное значение валентности определяется числом отданных атомом химического элемента электронов, а отрицательное – числом электронов, присоединенных к внешнему энергетическому уровню для формирования его стабильности. Электронная формула ванадия — 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d3. 

Он может легко отдать два электрона с 4-го подуровня, при этом его степень окисления обусловлена 2-х валентным положительным проявлением. Но атом этого элемента способен отдавать еще 3 электрона с предшествующей внешнему подуровню орбиты и проявить максимальную степень окисления, равную +5.

Оксиды этого элемента с валентностью от 2-х до 5 различны по своему химическому проявлению. Оксиды VO и V2O3 имеют основной характер, VO2 – амфотерный и V2O5 – кислотный.

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Чистый металл отличается своей пластичностью и поэтому хорошо обрабатывается ковкой, штамповкой, прессованием и прокаткой. Обработка сваркой и резкой должны проходить в инертной среде, т. к. при нагревании теряется пластичность.

При обработке металл практически не подвержен наклепу и может выдержать большие нагрузки при обжатии в холодном виде без промежуточного отжига. Он устойчив к коррозии и не изменяется под влиянием воды, в том числе и морской, а также слабых растворах некоторых кислот, солей и щелочей.

Месторождения и добыча ванадия

Ванадий химический элемент, достаточно распространенный в земных породах, но в чистом виде не встречается, присутствуя в минералах в рассеянном состоянии. Скопления его в породах присутствуют очень редко. Это редкий металл. Руда с содержанием 1% чистого вещества относится к категории богатой.

В промышленности не пренебрегают даже рудами с содержанием 0,1% дефицитного элемента. В малых концентрациях он встречается более чем в сорока минералах. Значимыми для промышленности можно назвать роскоэлит, называемый ванадиевой слюдкой, в котором содержится до 29% пятиокиси V2O5, карнотит (урановая слюдка), содержащий 20% V2O5, и ванадинит с содержанием 19% V2O5.

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Крупные месторождения руд, содержащие металл, находятся в Америке, ЮАР, России, Финляндии и Австралии. Большое месторождение есть в горах Перу, где он представлен патронитом V2S5, содержащим серу. При его обжиге образуется концентрат, содержащий до 30% V2O5.

Найден минерал в Киргизии и Казахстане. Знаменитое Кызылординское месторождение является одним из крупнейших. В России его добывают в основном в Краснодарском крае (Керченское месторождение) и на Урале (Гусевогорское месторождение титаномагнетитов).

Технология извлечения металла зависит от требований к его чистоте и области использования. Основные методы, применяемые в технологии его получения – это йодидный, кальцетермический, алюминотермический, углетермический в вакууме, хлоридный.

В основе технологии йодидного метода лежит термическая диссоциация йодида ванадия. Распространенным является получение металла восстановлением V2O5 термическим методом с применением кальция или алюминия.

При этом происходит реакция по формуле: V2O5+5Ca = 2V+5CaC+1460 кДж с выделением тепла, которого достаточно для расплавления образовавшегося V, что позволяет ему стекать и собираться в твердом виде. Чистота металла, полученного таким способом, достигает 99,5%.

Современный способ извлечения V — это восстановление оксидов в условиях вакуума углеродом при температуре от 1250о С до 1700о С. Метод хлоридной добычи заключается в восстановлении VCl3 жидким магнием.

Применение ванадия

Одно из основных применений металл нашел в качестве легирующей добавки — феррованадия для улучшения качества сталей. Добавление ванадиевой лигатуры повышает прочностные параметры сталей, а также ее вязкость, износостойкость и другие характеристики.

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

При этом добавка выполняет функцию как раскислителя, так и карбидообразующего компонента. Карбиды равномерно располагаются в сплаве, предотвращая структурный рост зерен стали при нагревании. Легированный ванадием чугун также способствует улучшению его качеств.

Применяется ванадий для улучшения сплавов на основе титана. Есть сплавы титана, в составе которых содержится до 13% этой легирующей добавки. Присутствует ванадий также в сплавах ниобия, тантала и хрома, используемых в авиационной промышленности, а также алюминиевых, титановых и других материалах авиации и ракетостроения.

Уникальность элемента позволяет использовать его в атомной отрасли при производстве канальных труб ТВЭЛов для атомных станций, т. к. он, как и цирконий, обладает свойством малого поперечного захвата тепловых нейтронов, что важно при протекании ядерных реакций. В атомно-водородной технологии используют хлорид ванадия для термохимического взаимодействия с водой.

Используют ванадий в химической и сельскохозяйственной отрасли, медицине, стекольном производстве, текстильной области, лакокрасочном производстве и изготовлении аккумуляторов. Широко распространены ручные инструменты и оснастка из сплава хром ванадий, отличающиеся своей прочностью.

Одно из последних направлений — это электроника. Особенно интересным и перспективным является материал на основе диоксидов титана и ванадия. Соединенные определенным образом, они создают систему, обладающую способностью значительно увеличивать память и скорость компьютеров и других электронных устройств.

Цена ванадия

В качестве готового сырья ванадий выпускают в виде слитков, прутков, кругов, а также оксидов. В ассортименте многих предприятий, занимающихся производством этого тугоплавкого металла, представлены сплавы различных марок. Цена во многом зависит от назначения, чистоты металла, способа производства, а также вида продукции.

Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Например, Екатеринбургское предприятие НПК «Специальная металлургия» реализует слитки по цене 7 тыс. за кг, лом — по цене от 440 до 500 тыс. за тонну, слитки марки ВНМ-1 по цене 500 тыс.за тонну. Цена может меняться также в зависимости от рыночных условий и спроса на продукцию.

Источник: https://tvoi-uvelirr.ru/vanadij-svojstva-vanadiya-primenenie-vanadiya/

Ванадий V

Ванадий в таблице менделеева занимает 23 место, в 4 периоде.

Символ V
Номер 23
Атомный вес 50.9415000
Латинское название Vanadium
Русское название Ванадий

Как самостоятельно построить электронную конфигурацию? Ответ здесь V: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 Короткая запись:

V: [Ar] 4s2 3d3

  • Одинаковую электронную конфигурацию имеют атом ванадия и Ti-1, Mn+2, Fe+3, Co+4
  • Порядок заполнения оболочек атома ванадия (V) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.
  • На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на ‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14
  • Ванадий имеет 23 электрона, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:
  • 2 электрона на 1s-подуровне
  • 2 электрона на 2s-подуровне
  • 6 электронов на 2p-подуровне
  • 2 электрона на 3s-подуровне
  • 6 электронов на 3p-подуровне
  • 2 электрона на 4s-подуровне
  • 3 электрона на 3d-подуровне
Читайте также:  Азот и его характеристики

Степень окисления ванадия

Атомы ванадия в соединениях имеют степени окисления 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2.

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.

Ионы ванадия

V 0

Валентность V

Атомы ванадия в соединениях проявляют валентность V, IV, III, II, I.

Валентность ванадия характеризует способность атома V к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:

Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами

Валентность не имеет знака.

Квантовые числа V

Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для атома V эти числа имеют значение N = 3, L = 2, Ml = 0, Ms = ½

Видео заполнения электронной конфигурации (gif): Строение атома ванадия (v), схема и примеры Строение атома ванадия (v), схема и примеры

Источник: https://k-tree.ru/tools/chemistry/periodic.php?element=V

Составление электронных формул элементов исходя из положения их в таблице Д.И. Менделеева

Электронные структуры атомов марганца и брома

  • Задача 4 Исходя из электронных структур атомов марганца и брома, их места в периодической системе, объясните сходство и различие  их химических свойств.
  • Решение:
  • 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5

Марганец  —  25 –й элемент таблицы Менделеева. Электронная формула марганца имеет вид: 

Валентные электроны находятся на 4s и 3d подуровнях.

  На валентных орбиталях атома марганца находится  7электронов.  Бром – 35 элемент периодической таблицы Электронная формула брома имеет вид:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5

Валентные электроны находятся на 4s  и подуровнях.  На валентных орбиталях атома  находится  7 электронов.  Таким образом, марганец и бром не являются электронными аналогами и не должны размещаться в одной и той же подгруппе. Но на валентных орбиталях атомов этих элементов находится одинаковое число электронов – 7.

Поэтому оба элемента помещают в одну и ту же группу периодической системы Д.И.Менделеева. Марганец – d-элемент VIIB-группы, а бром – p-элемент VIIA-группы.  На внешнем энергетическом уровне у атома марганца два электрона, а у брома – семь.

Атомы типичных металлов характеризуются наличием небольшого числа электронов на внешнем энергетическом уровне, а следовательно, тенденцией терять эти электроны. Они обладают только восстановительными свойствами и не образуют элементарных отрицательных ионов.

Элементы, атомы которых на внешнем уровне содержат более трех электронов, обладают определенным сродством к электрону, а следовательно, приобретают отрицательную степень окисления и даже образуют элементарные отрицательные ионы.

Таким образом, марганец, как и все металлы, обладает только восстановительными свойствами, тогда как для брома, проявляющего слабые восстановительные свойства, более свойственны окислительные функции. Общей закономерностью для всех групп, содержащих p- и d-элементы, является преобладание металлических свойств у d-элементов. Следовательно, металлические свойства у марганца сильнее выражены, чем у брома.

Электронная формула ванадия

Задача 5. Напишите электронно-графическую формулу для 23 элемента, определите его валентные электроны и охарактеризуйте их с помощью квантовых чисел.

Решение:

Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов nlx, где n – главное квантовое число, l – орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение – s, p, d, f), x – число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он обладает наименьшей энергией – меньшая сумма n+1 (правило Клечковского). Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:

1s>2s>2р>3s>3р>4s>3d>4р>5s>4d>5р>6s>(5d1) >4f>5d>6р>7s>(6d1-2)>5f>6d>7р

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Д.И. Менделеева, то для 23 элемента  — ванадия( V –порядковый № 23) электронная формула имеют вид:

V23   1s22s22р63s23р64s23d3

Валентные электроны ванадия — 4s23d3  — находятся на 4s и 3d подуровнях На валентных орбиталях атома ванадия находится 5 электронов. Поэтому элемент помещают в пятую группу периодической системы Д.И.Менделеева.

Источник: http://buzani.ru/zadachi/obshchaya-khimiya/1530-elektronnye-formuly-margantsa-broma-i-vanadiya-zadachi-4-5

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Атомы ванадия и никеля образуют в нефтях химически сложные органические комплексы типа порфириновых.

При этом никелевые соединения более устойчивы к воздействию внешней среды по сравнению с ванадиевыми.

Р’ СЃРІСЏР·Рё СЃ этим, ванадий-никелевое отношение уменьшается РїСЂРё окислительных процессах РІ нефтях Рё биодеградации нефтей.  [1]

Атомы ванадия в решетке окиси ванадия имеют валентность, равную пяти.

Однако РїСЂРё введении атома вольфрама РІ решетку окисла ванадия шестой валентный электрон вольфрама, связанный СЃРѕ СЃРІРѕРёРј атомом РЅРµ очень сильно, может РїСЂРё термических колебаниях мигрировать, СЃРєРІРѕР·СЊ решетку РѕРєРёСЃРё ванадия как переносчик электрического тока или влиять РЅР° адсорбцию кислорода РЅР° поверхности. Электронейтральность кристалла сохраняется вследствие того, что избыток положительного заряда атома вольфрама нейтрализует избыток электронов, имеющихся РІ кристалле. Однако электрон может мигрировать СЃРєРІРѕР·СЊ решетку Рё проводить электрический ток, РІ то время как положительный заряд должен оставаться локализованным РІ том месте решетки, РІ котором находится атом вольфрама. Р’ результате вольфрам способствует электронной проводимости РІ твердом веществе. Р’ противоположность этому, РєРѕРіРґР° РІ решетке РѕРєРёСЃРё ванадия атом ванадия замещен РЅР° титан ( случай Р± СЂРёСЃ. 2), РѕРЅ отдает только четыре валентных электрона. Пятый электрон, необходимый для валентной структуры кристалла, отдается РѕРґРЅРёРј РёР· атомов ванадия, входящих РІ решетку окисла, что РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє образованию так называемых положительных дырок РІ твердом веществе. Р’ этом случае перенос электрического тока Рё электрическая проводимость возникают РїСЂРё движении этих положительных дырок. Р’ РѕР±Р·РѕСЂРЅРѕР№ литературе, указанной РІРѕ вступительной части этого раздела, довольно РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ излагаются количественные законы, управляющие скоростью движения потока электрических зарядов, Рё энергетические факторы, управляющие РёС… движением РѕС‚ РѕРґРЅРѕРіРѕ положения РІ решетке Рє РґСЂСѓРіРѕРјСѓ. Дефекты решетки, вызванные либо нестехио-метричностъю состава, либо включением инородных примесей, несут ответственность Р·Р° перенос электронов РѕС‚ твердого вещества Рє адсорбированной молекуле или, наоборот, Р·Р° переход электронов РёР· адсорбированной молекулы РІ решетку. Подобным же образом движение электронов или положительных дырок РІ твердом веществе имеет большое значение для каталитического поведения полупроводника; РєСЂРѕРјРµ того, этим можно объяснить быстрое образование дефектов решетки РїСЂРё соударении адсорбирующейся молекулы СЃ поверхностью. Признано также, что дефекты РЅРµ локализуются РІ определенном месте решетки ( как показано РЅР° СЂРёСЃ. 1 Рё 2), Р° распространяются РЅР° довольно большое число атомов.  [2]

Атомы ванадия, РЅРёРѕР±РёСЏ Рё тантала имеют характерное для переходных элементов строение: валентные электроны РёС… атомов расположены РІ РґРІСѓС… внешних слоях; РІ периферийном слое — РґРІР° электрона. РЎ предпоследнего слоя, содержащего 11 электронов, РІ определенных условиях атомы РјРѕРіСѓС‚ отдавать еще РґРѕ трех электронов.  [4]

Атом ванадия РІ структуре Th3 ( VO4) 4 обладает тетраэд-рической координацией, атом тория окружен восемью кислородами, РёР· которых четыре расположены близко Рё четыре удаленно.  [5]

Атомы ванадия, РЅРёРѕР±РёСЏ Рё тантала имеют мало общего СЃ атомами элементов 5Рђ РїРѕРґРіСЂСѓРїРїС‹ Рё РЅРµ бывают РІ отрицательно валентном состоянии. Сходство сравниваемых РїРѕРґРіСЂСѓРїРї элементов ( 5Р’ Рё 5Рђ) проявляется лишь РІ соединениях высшей валентности.  [7]

Поскольку атом ванадия РІ ванадилпорфиринах нефтей является координационным центром РІ молекулах асфальтенов, РјС‹ полагаем, что комплексообразующие реагенты, находящиеся РІ РІРѕРґРЅРѕР№ фазе, избирательно реагируют СЃ РњРџ нефтей РЅР° границе раздела фаз Рё тем самым способствуют разрушению асфальто-смолистьгх структур. Это, РІ СЃРІРѕСЋ очередь, РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє изменению физико-химических свойств нефтей.  [8]

Для атомов ванадия Рё никеля, предшествующих С…СЂРѕРјСѓ Рё меди, СЌРЅРґРѕ-эффекты очень малы: Сѓ никеля, РІ частности, эффект так мал, что можно даже колебаться РІ том, как следует писать РѕСЃРЅРѕРІРЅСѓСЋ конфигурацию: Nid8sa или Nid9s, Р° может быть, Рё как РіРёР±СЂРёРґРЅСѓСЋ РёС… смесь.  [10]

Добавление атомов ванадия ведет к постепенному разрушению магнитного упорядочения и, следовательно, к уменьшению магнитной части сопротивления.

В системах непрерывных твердых растворов наблюдаются два типа изменения сопротивления в зависимости от состава.

Максимум сдвинут в сторону металла, сопротивление которого при комнатной температуре больше.

Кривая 3 показывает поведение сплавов С…СЂРѕРј — ванадий РІРѕ всем диапазоне концентраций.  [12]

Р�Р· 36 атомов ванадия РІ элементарной ячейке 12 имеют октаэдрическую координацию1 ( среднее расстояние V-Рћ 1 94 Рђ, причем РѕРґРЅР° СЃРІСЏР·СЊ V-Рћ короткая — 1 62 Рђ, Р° остальные — 2 Рђ); 16 атомов имеют окружение РІ РІРёРґРµ тригональной бипирамиды СЃ таким же средним расстоянием V-Рћ Рё 8 атомов-РІ РІРёРґРµ квадратной пирамиды Рѕ средним расстоянием V-Рћ 1 83 Рђ; СЃСЂ.  [13]

РџСЂРё растворении атомов ванадия, титана, циркония, РЅРёРѕР±РёСЏ РІ РёС… карбидах РІ решетках последних появляются свободные узлы ( фиг.  [14]

Какое строение имеет атом ванадия. Какие степени окисления проявляет ванадий РІ СЃРІРѕРёС… соединениях.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id116664p1.html

Тугоплавкий металл ванадий

Калькулятор металлопроката

Является одним из важнейших легирующих элементов, позволяющий получать качественные прочные материалы. На странице представлено описание данного металла: физические, химические свойства, области применения, марки, виды продукции.

Ванадий (V) — химический элемент пятой группы периодической системы Д.И. Менделеева, атомный номер 23, атомная масса 50,94. Металл серебристого оттенка, внешне напоминающий сталь, относится к классу тугоплавких. Имеет плотность 6,11 г/см3, температуру плавления tпл. = 1887 °С, температуру кипения tкип. = 3377 °С. Обладает хорошей прочностью и пластичностью.

Описываемый химический элемент относится к редким тугоплавким металлам. Целиком находится в рассеянном состоянии и не образует собственных минералов. Основные источники получения ванадия — железные руды, содержащие V как примесь.

Впервые ванадий был открыт мексиканским ученым профессором минералогии Андресом Мануэлем Дель Рио и получил название “эритроний”. Однако, это открытие не было признано европейским научным миром. Повторно об обнаружении нового химического элемента было объявлено шведским химиком Нильсом Сефстремом, который нашел его в железной руде.

Свойство Значение
Атомный номер 23
Атомная масса, а.е.м 50,94
Радиус атома, пм 134
Плотность, г/см³ 6,11
Молярная теплоемкость, Дж/(K·моль) 24,95
Теплопроводность, Вт/(м·K) 30,7
Температура плавления, °С 1887
Температура кипения, °С 3377
Теплота плавления, кДж/моль 17,5
Теплота испарения, кДж/моль 460
Молярный объем, см³/моль 8,35
Группа металлов Тугоплавкий металл
Свойство Значение
Ковалентный радиус, пм 122
Радиус иона, пм (+5e) 59 (+3e) 74
Электроотрицательность (по Полингу) 1,63
Электродный потенциал 0
Степени окисления 5, 4, 3, 2, 0

Применение в промышленном производстве находит как чистый металл, так и сплавы на его основе.

  • ВЭЛ-1, ВЭЛ-2, ВЭЛ-3, — чистый ванадий, содержащий до 99,84% V, полученный электролитическим способом; поставляется в виде порошка.
  • ВнМ-1, ВнМ-2 — чистый V в виде слитков, полученных электронно-дуговой плавкой; содержание V составляет до 99,34% и 99,04% соответственно.
  • ВнП-1, ВнП-2 — чистый ванадий в виде прутков круглого сечения.
  • ВнПр-1, ВнПр-2 — чистый V в виде проволоки.
  • ВнПл-1, ВнПл-2 — чистый V в виде полос.
  • ВВ-8 — сплав ванадий-вольфрам с 6-8% W.
    Достоинства:

  • имеет высокую температуру плавления;
  • имеет хорошие технологические и механические свойства — хорошая пластичность и свариваемость, прочность;
  • имеет меньшую стоимость по сравнению с другими металлами со схожими характеристиками.
    Недостатки:

  • относительно небольшой процент содержания в земной коре.

Ванадий и его соединения находят применение во множестве промышленных отраслей, однако наибольший их объем востребован для нужд металлургической и химической промышленности. Основная доля мирового потребления ванадия – примерно 87% – приходится на металлургическую промышленность (80% + 7% – черная и цветная металлургия соответственно). Рассматриваемый металл применяется в основном для легирования высококачественных конструкционных сталей с целью оптимизации их эксплуатационных характеристик. По данным статистики, в настоящее время V является мировым лидером среди легирующих элементов.

Ванадию присуща высокая химическая активность, определяющая возможность его применения в различных промышленных отраслях, включая химическую.

Для нужд химической промышленности используется множество соединений этого металла, прежде всего, соли ванадиевых кислот (ванадаты), оксиды и карбиды ванадия. Конкретными примерами использования V являются производство красителей и получение катализаторов.

Неоспоримо преимущество ванадия при производстве высококачественного инструмента, выполненного из различных хром-ванадиевых сталей.

Современное промышленное производство предлагает широкий спектр стандартных изделий, активно используемых в различных областях. Из круглого проката можно выделить ванадиевый пруток и проволоку. Плоский прокат представляет ванадиевый лист и полоса. К исходному сырью можно отнести слитки и порошок ванадия, которые занимают основополагающее место в цепочке производства изделий из данного металла.

Источник: https://www.metotech.ru/vanadiy-opisanie.htm

Ссылка на основную публикацию