le vanadium C'est le troisième métal de transition du tableau périodique, représenté par le symbole chimique V.Il n'est pas aussi populaire que les autres métaux, mais ceux qui comprennent les aciers et les titanes en auront entendu parler comme un additif pour son renforcement dans des alliages ou des outils. Physiquement, il est synonyme de dureté, et chimiquement, de couleurs.
Certains chimistes osent le décrire comme un métal caméléon, capable d'adopter une large gamme de couleurs dans ses composés; propriété électronique qui ressemble à celle des métaux manganèse et chrome. Dans son état naturel et pur, il ressemble aux autres métaux: l'argent, mais avec des teintes bleuâtres. Une fois rouillé, il ressemble à l'illustration ci-dessous.
Sur cette image, l'irisation de l'oxyde se distingue à peine, ce qui dépend des finitions ou de la surface des cristaux métalliques. Cette couche d'oxyde le protège d'une oxydation supplémentaire et donc de la corrosion.
Une telle résistance à la corrosion, ainsi qu'au craquage thermique, est fournie aux alliages lorsque des atomes V leur sont ajoutés. Tout cela, sans trop alourdir son poids, puisque le vanadium n'est pas un métal lourd mais léger; contrairement à ce que beaucoup peuvent penser.
Son nom dérive de la déesse nordique Vanadís, de Scandinavie; cependant, il a été découvert au Mexique, dans le cadre du minéral vanadinite, Pb5[VO4]3Cl, de cristaux rougeâtres. Le problème était que pour l'obtenir à partir de ce minéral et bien d'autres, le vanadium devait être transformé en un composé plus facile à réduire que son oxyde, VdeuxOU ALORS5 (qui est réduit par le calcium).
D'autres sources de vanadium se trouvent dans les êtres marins, ou dans le pétrole brut, "emprisonné" dans les pétroporphyrines..
En solution, les couleurs que peuvent avoir ses composés, en fonction de leur état d'oxydation, sont le jaune, le bleu, le vert foncé ou le violet. Le vanadium se distingue non seulement par ces nombres ou états d'oxydation (de -1 à +5), mais aussi par sa capacité à se coordonner de différentes manières avec les environnements biologiques.
La chimie du vanadium est abondante, mystérieuse et comparée à d'autres métaux, il reste encore beaucoup de lumière à lui apporter pour sa compréhension approfondie..
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Le Mexique a l'honneur d'avoir été le pays où cet élément a été découvert. Le minéralogiste Andrés Manuel del Río, en 1801, analysait un minéral rougeâtre qu'il appelait lui-même plomb brun (vanadinite, Pb5[VO4]3Cl), extrait certains oxydes métalliques dont les caractéristiques ne correspondent à celles d'aucun élément connu à l'époque.
Ainsi, il a d'abord baptisé cet élément avec le nom de «Pancromo» en raison de la riche variété de couleurs de ses composés; puis il l'a renommé 'Erythrono', du mot grec érythronium, qui signifie rouge.
Quatre ans plus tard, le chimiste français Hippolyte Victor Collet Descotils, a réussi à convaincre Del Río de se rétracter en suggérant que l'érythron n'était pas un élément nouveau mais des impuretés de chrome. Et il a fallu plus de vingt ans pour que l'on sache quelque chose sur cet élément oublié découvert dans les sols mexicains..
En 1830, le chimiste suisse Nils Gabriel Sefström découvrit un autre élément nouveau dans les minerais de fer, qu'il appela vanadium; nom dérivé de la déesse nordique Vanadís, en comparaison de sa beauté avec les couleurs brillantes des composés de ce métal.
Cette même année, le géologue allemand George William Featherstonhaugh a souligné que le vanadium et l'érythron étaient en fait le même élément; Et bien qu'il ait voulu que le nom de la rivière prévale en l'appelant `` Rionio '', sa proposition n'a pas été acceptée.
Pour isoler le vanadium, il fallait le réduire de ses minéraux, et comme le scandium et le titane, cette tâche n'était pas facile en raison de son affinité tenace pour l'oxygène. Il fallait d'abord la transformer en espèces relativement facilement réduites; dans le processus, Berzelius a obtenu du nitrure de vanadium en 1831, qu'il a confondu avec le métal natif.
En 1867, le chimiste anglais Henry Enfield Roscoe, a réalisé la réduction du chlorure de vanadium (II), VCldeux, au vanadium métallique en utilisant de l'hydrogène gazeux. Cependant, le métal qu'il produisait était impur.
Enfin, marquant le début de l'histoire technologique du vanadium, un échantillon de haute pureté a été obtenu en réduisant le VdeuxOU ALORS5 avec du calcium métallique. L'une de ses premières utilisations importantes a été de fabriquer le châssis de la voiture Ford Model T..
Dans sa forme pure, c'est un métal grisâtre aux accents bleutés, doux et ductile. Cependant, lorsqu'il est recouvert d'une couche d'oxyde (en particulier le produit d'un briquet), il prend des couleurs vives comme s'il s'agissait d'un caméléon de cristal.
50,9415 g / mol
1910 ° C
3407 ° C
-6,0 g / mL, à température ambiante
-5,5 g / mL, au point de fusion, c'est-à-dire qu'il fond à peine.
21,5 kJ / mol
444 kJ / mol
Capacité thermique molaire
24,89 J / (mol K)
1 Pa à 2101 K (pratiquement négligeable même à haute température).
1,63 sur l'échelle de Pauling.
Premièrement: 650,9 kJ / mol (V+ gazeux)
Deuxième: 1414 kJ / mol (Vdeux+ gazeux)
Troisième: 2830 kJ / mol (V3+ gazeux)
6,7
Lorsqu'il est chauffé, il peut libérer des fumées toxiques de VdeuxOU ALORS5.
L'une des caractéristiques principales et remarquables du vanadium est la couleur de ses composés. Lorsque certains d'entre eux sont dissous dans des milieux acides, les solutions (principalement aqueuses) présentent des couleurs qui permettent de distinguer un nombre ou un état d'oxydation d'un autre..
Par exemple, l'image ci-dessus montre quatre tubes à essai avec du vanadium dans différents états d'oxydation. Celui de gauche, jaune, correspond à V5+, spécifiquement comme cation VOdeux+. Ensuite, il est suivi du cation VOdeux+, avec V4+, la couleur bleue; cation V3+, vert foncé; et Vdeux+, violet ou mauve.
Lorsqu'une solution consiste en un mélange de composés de V4+ et V5+, une couleur vert vif est obtenue (produit de jaune avec du bleu).
La couche VdeuxOU ALORS5 sur le vanadium le protège de la réaction avec les acides forts, tels que les bases sulfuriques ou chlorhydriques, les bases fortes, et en plus de la corrosion causée par une oxydation accrue.
Lorsqu'il est chauffé au-dessus de 660 ° C, le vanadium s'oxyde complètement, ressemblant à un solide jaune avec des reflets irisés (selon les angles de sa surface). Cet oxyde jaune orangé peut être dissous si de l'acide nitrique est ajouté, ce qui redonnera au vanadium sa couleur argentée..
Presque tous les atomes de vanadium de l'Univers (99,75% d'entre eux) concernent l'isotope 51V, alors qu'une très petite partie (0,25%) correspond à l'isotope cinquanteV. Il n'est donc pas surprenant que le poids atomique du vanadium soit de 50,9415 u (plus proche de 51 que 50).
Les autres isotopes sont radioactifs et synthétiques, avec des demi-vies (t1/2) allant de 330 jours (49V), 16 jours (48V), quelques heures ou 10 secondes.
Les atomes de vanadium, V, sont disposés dans une structure cristalline cubique centrée sur le corps (Bcc), le produit de leur liaison métallique. Parmi les structures, c'est la moins dense, avec ses cinq électrons de valence participant à la "mer d'électrons", selon la configuration électronique:
[Ar] 3d3 4 sdeux
Ainsi, les trois électrons de l'orbitale 3d, et les deux de l'orbitale 4s, s'unissent pour transiter par une bande formée par le chevauchement des orbitales de valence de tous les V atomes du cristal; clairement, explication basée sur la théorie des bandes.
Parce que les atomes V sont un peu plus petits que les métaux à leur gauche (scandium et titane) dans le tableau périodique, et compte tenu de leurs caractéristiques électroniques, leur liaison métallique est plus forte; un fait qui se reflète dans son point de fusion le plus élevé et, par conséquent, avec ses atomes plus cohésifs.
Selon des études informatiques, la structure bcc du vanadium est stable même sous d'énormes pressions de 60 GPa. Une fois cette pression dépassée, son cristal subit une transition vers la phase rhomboédrique, qui reste stable jusqu'à 434 GPa; lorsque la structure cci réapparaît.
La configuration électronique du vanadium à elle seule indique que son atome est capable de perdre jusqu'à cinq électrons. Quand c'est le cas, l'argon de gaz rare devient isoélectronique et l'existence du cation V est supposée.5+.
De même, la perte d'électrons peut être progressive (selon l'espèce à laquelle elle est liée), avec des nombres d'oxydation positifs qui varient de +1 à +5; par conséquent, dans leurs composés, l'existence des cations respectifs V est supposée+, Vdeux+ etc.
Le vanadium peut également gagner des électrons, se transformant en un anion métallique. Ses nombres d'oxydation négatifs sont: -1 (V-) et -3 (V3-). La configuration électronique du V3- c'est:
[Ar] 3d6 4 sdeux
Bien qu'il manque quatre électrons pour compléter le remplissage des orbitales 3d, V est plus stable énergétiquement3- que le V7-, qui en théorie auraient besoin d'espèces extrêmement électropositives (pour lui donner leurs électrons).
Le vanadium offre une résistance mécanique, thermique et vibratoire, ainsi qu'une dureté aux alliages auxquels il est ajouté. Par exemple, sous forme de ferrovanadium (alliage de fer et de vanadium) ou de carbure de vanadium, il est ajouté avec d'autres métaux dans l'acier ou dans des alliages de titane.
De cette manière, des matériaux très durs et en même temps légers sont créés, utiles pour être utilisés comme outils (perceuses et clés), engrenages, pièces d'automobile ou d'avion, turbines, vélos, moteurs à réaction, couteaux, implants dentaires, etc..
En outre, ses alliages avec du gallium (V3Ga) sont supraconducteurs et sont utilisés pour fabriquer des aimants. Et aussi, compte tenu de leur faible réactivité, les alliages de vanadium sont utilisés pour les conduites où circulent des réactifs chimiques corrosifs..
Le vanadium fait partie des batteries redox, VRB (pour son acronyme en anglais: Vanadium Redox Batteries). Ceux-ci peuvent être utilisés pour promouvoir la production d'électricité à partir d'énergie solaire et éolienne, ainsi que de batteries dans les véhicules électriques.
Le VdeuxOU ALORS5 Il est utilisé pour donner au verre et à la céramique une couleur dorée. En revanche, sa présence dans certains minéraux les rend verdâtres, comme c'est le cas avec les émeraudes (et grâce à d'autres métaux également).
Le VdeuxOU ALORS5 C'est également un catalyseur utilisé pour la synthèse de l'acide sulfurique et de l'acide anhydride maléique. Mélangé avec d'autres oxydes métalliques, il catalyse d'autres réactions organiques, telles que l'oxydation du propane et du propylène en acroléine et en acide acrylique, respectivement..
Les médicaments constitués de complexes de vanadium ont été considérés comme des candidats possibles et potentiels pour le traitement du diabète et du cancer..
Il semble ironique que le vanadium, étant ses composés colorés et toxiques, ses ions (VO+, VOdeux+ et VO43-, principalement) en traces, ils sont bénéfiques et essentiels pour les êtres vivants; en particulier ceux des habitats marins.
Les raisons sont centrées sur ses états d'oxydation, avec le nombre de ligands dans l'environnement biologique qu'il coordonne (ou interagit), dans l'analogie entre l'anion vanadate et phosphate (VO43- et PO43-), et dans d'autres facteurs étudiés par les chimistes bio-organiques.
Les atomes de vanadium peuvent alors interagir avec ces atomes appartenant à des enzymes ou à des protéines, soit avec quatre (tétraèdre de coordination), cinq (pyramide carrée ou autres géométries) ou six. Si lorsque cela se produit une réaction favorable pour le corps se déclenche, on dit que le vanadium exerce une activité pharmacologique.
Par exemple, il y a les haloperoxydases: des enzymes qui peuvent utiliser le vanadium comme cofacteur. Il existe également des vanabines (dans les cellules vanadocytaires des tuniciers), des phosphorylases, des nitrogénases, des transférines et des albumines sériques (de mammifères), capables d'interagir avec ce métal.
Une molécule organique ou complexe de coordination du vanadium appelé amavadine, est présente dans le corps de certains champignons, comme Amanita muscaria (image du bas).
Et enfin, dans certains complexes, le vanadium peut être contenu dans un groupe hème, comme c'est le cas avec le fer dans l'hémoglobine..
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