Vanadium Element Fakten

Das chemische Element Vanadium wird als Übergangsmetall eingestuft. Es wurde im Jahr 1801 von Andres Manuel del Rio entdeckt.

Datenbereich

Klassifizierung:	Vanadium ist ein Übergangsmetall
Farbe:	silbrig
Atomgewicht:	50.9415
Zustand:	fest
Schmelzpunkt:	1920 oC, 2193 K
Siedepunkt:	3400 oC, 3673 K
Elektronen:	23
Protonen:	23
Neutronen im am häufigsten vorkommenden Isotop:	28
Elektronenschalen:	2,8,11,2
Elektronenkonfiguration:	3d3 4s2
Dichte @ 20oC:	6.1 g/cm3

Mehr anzeigen, darunter: Wärme, Energie, Oxidation,
Reaktionen, Verbindungen, Radien, Leitfähigkeiten

Atomvolumen:	8,78 cm3/mol
Struktur:	bcc: kubisch-raumzentriert
Härte:	7,0 mohs
Spezifische Wärmekapazität	0,49 J g-1 K-1
Schmelzwärme	20.90 kJ mol-1
Zerstäubungswärme	514 kJ mol-1
Verdampfungswärme	459 kJ mol-1
1. Ionisierungsenergie	650.3 kJ mol-1
2. Ionisierungsenergie	1413.5 kJ mol-1
3. Ionisierungsenergie	2828 kJ mol-1
Elektronenaffinität	50.7 kJ mol-1
Mindestoxidationszahl	-1
Min. gemeinsame Oxidationszahl	0
Maximale Oxidationszahl	5
Max. gemeinsame Oxidationszahl	5
Elektronegativität (Pauling-Skala)	1,63
Polarisierbarkeit Volumen	12.4 Å3
Reaktion mit Luft	mild, w/ht ⇒ V2O5, VN
Reaktion mit 15 M HNO3	mild
Reaktion mit 6 M HCl	keine
Reaktion mit 6 M NaOH	keine
Oxid(e)	VO, V2O3, VO2, V2O5 (Vanadiumpentoxid)
Hydrid(e)	VH, VH2
Chlorid(e)	VCl2, VCl3, VCl4
Atomradius	134 pm
Ionenradius (1+ Ion)	–
Ionischer Radius (2+ Ion)	93 pm
Ionischer Radius (3+ Ion)	78 pm
Ionischer Radius (1- Ion)	–
Ionenradius (2- Ion)	–
Ionenradius (3- Ion)	–
Wärmeleitfähigkeit	30.7 W m-1 K-1
Elektrische Leitfähigkeit	4 x 106 S m-1
Gefrier-/Schmelzpunkt:	1920 oC, 2193 K

Vanadiummetall mit Oxidschicht. Foto von Tomihahndorf.

Entdeckung von Vanadium

Vanadium wurde 1801 von dem spanischen Wissenschaftler Andres Manuel del Rio entdeckt.

Del Rio entdeckte das neue Element in braunem Bleierz (heute bekannt als das Mineral Vanadinit, Pb53Cl) in Neu-Spanien (Mexiko).

Del Rio war als Professor für Chemie und Mineralogie an der Königlichen Schule für Bergbau in Mexiko-Stadt nach Mexiko gegangen.

Er nannte sein neues Element Panchromo oder Panchromium, was so viel wie „alle Farben“ bedeutet, weil er bei der Untersuchung der Salze des Elements ein breites Farbspektrum gefunden hatte.

Anschließend benannte er das Element in Eritrono oder Erythronium um, abgeleitet von dem griechischen Wort eruthros, das rot bedeutet. Der neue Name wurde durch die rote Farbe inspiriert, die auftrat, wenn Oxid-Salze der Gruppe 1 oder Gruppe 2 des neuen Elements – zum Beispiel Natrium-Vanadiumoxid – erhitzt oder angesäuert wurden. (1),(2),(3)

Im Jahr 1805 untersuchte der französische Chemiker Hippolyte-Victor Collet-Descotils das Bleierz und verkündete, dass es sich bei Erythronium eigentlich um unreines Chrom handelte – eine Analyse, die del Rio leider akzeptierte.

Bis 1830 hörte man nichts mehr von dem Element, bis Nils Gabriel Sefström in Stockholm, Schweden, ein neues Metall in einem schwedischen Eisenerz fand.

Dieses neue Element nannte er Vanadium, nach „Vanadis“, der skandinavischen Göttin der Schönheit, wegen der schönen mehrfarbigen Verbindungen, die das Metall bildet. (4)

Im selben Jahr untersuchte der deutsche Chemiker Friedrich Wöhler das mexikanische Bleierz erneut und stellte fest, dass Vanadium mit dem Erythronium von del Rio identisch war. (5)

Das Metall wurde erstmals 1867 von Sir Henry E. Roscoe in Manchester, England, durch Reduktion von Vanadiumchlorid mit Wasserstoff isoliert.

Das Vanadiummineral Roscoelit wurde zu Ehren von Roscoes Arbeit benannt. (4), (6)

Vanadiums Nachbarschaft im Periodensystem
Die Entdeckung von Vanadium im Jahr 1801 wurde zunächst nicht beachtet, weil man dachte, es handele sich um unreines Chrom, das im Periodensystem rechts von Vanadium steht. Natürlich war 1801 das Konzept des Periodensystems noch nicht geboren.

	Gruppe 4	Gruppe 5	Gruppe 6
4	22 Ti	23 V	24 Cr
5	40 Zr	41 Nb	42 Mo
6	72 Hf	73 Ta	74 W

Vanadiums bunte Oxidationsstufen: +2 ist lavendel; +3 ist grün; +4 ist blau; +5 ist gelb. Als er diese Farben sah, beschloss Andres Manuel del Rio, das neue Element Panchromium zu nennen, was so viel bedeutet wie „alle Farben“. In dem kurzen Video unten können Sie sehen, wie diese Farben durch chemische Reaktionen erzeugt werden. Photo by Steffen Kristensen.

Vanadium wurde wegen seiner vielfältigen Farben nach der skandinavischen Göttin der Schönheit benannt. Beobachten Sie, wie es seine Farbe ändert, wenn es beim Schütteln seine Oxidationsstufe wechselt.

Eine SR-71B vom Dryden Flight Research Center der NASA, die mit mehr als 2.200 mph und in Höhen von über 85.000 Fuß fliegen kann. Eine Titan-Aluminium-Vanadium-Legierung wird für Düsentriebwerke und Hochgeschwindigkeitsflugzeuge verwendet. (Bildnachweis: NASA)

Aussehen und Eigenschaften

Schädliche Auswirkungen:

Obwohl Vanadium für einige Lebewesen ein essentielles Spurenelement ist, sind einige seiner Verbindungen giftig.

Im Allgemeinen gilt: Je höher die Oxidationsstufe von Vanadium, desto giftiger ist die Verbindung.

Eigenschaften:

Vanadium ist ein hellweißes, weiches, duktiles Metall mit guter Gefügefestigkeit.

Vanadium ist beständig gegen den Angriff von Alkalien, Salzsäure, Schwefelsäure und Salzwasser.

Wenn es in Verbindungen vorkommt, existiert Vanadium meist in der Oxidationsstufe V.

Das Metall oxidiert an der Luft bei etwa 660 oC zum Pentoxid (V2O5).

Verwendungen von Vanadium

Die Hauptverwendung von Vanadium ist die Verwendung in Legierungen, insbesondere mit Stahl.

85% des gesamten produzierten Vanadiums wird für Stahl verwendet, 10% für Titanlegierungen und 5% für alle anderen Verwendungen. 7

Eine geringe Menge Vanadium erhöht die Festigkeit, Zähigkeit und Hitzebeständigkeit.

Es wird gewöhnlich in Form von Ferrovanadium, einer Vanadium-Eisen-Legierung, zugesetzt.

Vanadium-Stahllegierungen werden in Getrieben, Achsen und Kurbelwellen verwendet.

Titan-Aluminium-Vanadium-Legierung wird in Düsentriebwerken und für Hochgeschwindigkeitsflugzeuge verwendet.

Vanadium-Folie wird für die Verkleidung von Titan mit Stahl verwendet.

Vanadium-Gallium-Band wird in supraleitenden Magneten verwendet.

Vanadiumpentoxid wird in Keramiken und als Katalysator für die Herstellung von Schwefelsäure verwendet.

Die erste umfangreiche industrielle Verwendung von Vanadiummetall fand vor über einem Jahrhundert in der Vanadiumstahllegierung des Fahrgestells des Ford Model T statt.

In einer Werbung für das Model T aus dem Jahr 1908 hieß es: „Vanadiumstahl, der stärkste, zäheste und beständigste Stahl, der je hergestellt wurde, wird für das gesamte Auto verwendet.“

Abundanz und Isotope

Abundanz Erdkruste: 120 Gewichtsteile pro Million, 50 Teile pro Million in Mol

Abundanz Sonnensystem: 400 Teile pro Milliarde nach Gewicht, 9 Teile pro Milliarde nach Mol

Kosten, rein: $220 pro 100g

Kosten, lose: $2,70 pro 100g

Quelle: Vanadium kommt in der Natur nicht frei vor, sondern ist in etwa 65 verschiedenen Mineralien kombiniert enthalten. Vanadium findet sich auch in Bauxit und in Lagerstätten fossiler Brennstoffe. Die kommerzielle Herstellung des Metalls erfolgt durch Kalziumreduktion des Pentoxids.

Isotope: Vanadium hat 18 Isotope, deren Halbwertszeiten bekannt sind, mit den Massenzahlen 43 bis 60. Natürlich vorkommendes Vanadium ist ein Gemisch aus zwei Isotopen, 50V und 51V, mit natürlichen Häufigkeiten von 0,2 % bzw. 99,7 %.

1. Dieter Rehder, Bioinorganic Vanadium Chemistry, 2008, Wiley, S. 2
2. Ariosto Aguilar Mandujano, Andres Manuel del Rio, Erzieher
3. B. Smith Hopkins, Chemistry of the Rarer Elements, 1923, D.C. Heath and Company, p205
4. J.W. Mellor, A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry, Volume IX, 1929, Longmans, Green and Co, p714
5. Sydney Marks, A Text-book of Inorganic Chemistry Volume VI. Part III. 1929, Charles Griffin & Company Limited, p12
6. Per Enghag, Encyclopedia of the Elements: Technical Data – History – Processing – Applications, 2008, John Wiley & Sons, p542
7. François Cardarelli, Materials Handbook: A Concise Desktop Reference, 2008, Springer, p342

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"Vanadium." Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 18 Oct. 2012. Web. <https://www.chemicool.com/elements/vanadium.html>.