L’élément chimique vanadium est classé parmi les métaux de transition. Il a été découvert en 1801 par Andres Manuel del Rio.
Zone de données
| Classification : | Le vanadium est un métal de transition |
| Couleur: | argentée |
| Poids atomique: | 50.9415 |
| Etat: | solide |
| Point de fusion: | 1920 oC, 2193 K |
| Point d’ébullition : | 3400 oC, 3673 K |
| Electrons: | 23 |
| Protons : | 23 |
| Neutrons dans l’isotope le plus abondant: | 28 |
| Ecoquilles d’électrons : | 2,8,11,2 |
| Configuration des électrons : | 3d3 4s2 |
| Densité à 20oC : | 6.1 g/cm3 |
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| Volume atomique: | 8,78 cm3/mol |
| Structure: | bcc : body-centered cubic |
| Dureté : | 7,0 mohs |
| Capacité thermique spécifique | 0,49 J g-1 K-1 |
| Chaleur de fusion | 20.90 kJ mol-1 |
| Chaleur d’atomisation | 514 kJ mol-1 |
| Chaleur de vaporisation | 459 kJ mol-1 |
| 1ère énergie d’ionisation | 650.3 kJ mol-1 |
| 2ème énergie d’ionisation | 1413.5 kJ mol-1 |
| 3ème énergie d’ionisation | 2828 kJ mol-1 |
| Affinité électronique | 50.7 kJ mol-1 |
| Nombre minimal d’oxydation | -1 |
| Min. commun d’oxydation | 0 |
| Nombre maximal d’oxydation | 5 |
| Nombre maximal d’oxydation commun. | 5 |
| Electronégativité (échelle de Pauling) | 1,63 |
| Volume de polarisabilité | 12.4 Å3 |
| Réaction avec l’air | douce, w/ht ⇒ V2O5, VN |
| Réaction avec 15 M HNO3 | légère |
| Réaction avec 6 M HCl | aucun |
| Réaction avec NaOH 6 M | aucun |
| Oxyde(s) | VO, V2O3, VO2, V2O5 (pentoxyde de vanadium) |
| Hydrure(s) | VH, VH2 |
| Chlorure(s) | VCl2, VCl3, VCl4 |
| Rayon atomique | 134 pm |
| Rayon ionique (ion 1+) | – |
| Rayon ionique (2+ ion) | 93 pm |
| Rayon ionique (3+ ion) | 78 pm |
| Rayon ionique (1- ion) | – |
| Rayon ionique (2- ion) | – |
| Rayon ionique (3- ion) | – |
| Conductivité thermique | 30.7 W m-1 K-1 |
| Conductivité électrique | 4 x 106 S m-1 |
| Point de congélation/fusion: | 1920 oC, 2193 K |
Vanadium métallique avec couche d’oxyde. Photo par Tomihahndorf.
Découverte du vanadium
Le vanadium a été découvert en 1801 par le scientifique espagnol Andres Manuel del Rio.
Del Rio a découvert le nouvel élément dans un minerai de plomb brun (maintenant connu comme étant le minéral vanadinite, Pb53Cl) en Nouvelle-Espagne (Mexique).
Del Rio s’était installé au Mexique comme professeur de chimie et de minéralogie à l’école royale des mines de Mexico.
Il a nommé son nouvel élément panchromo ou panchromium signifiant « toutes les couleurs » en raison de la large gamme de couleurs qu’il avait trouvée en étudiant les sels de l’élément.
Il a ensuite renommé l’élément eritrono ou erythronium, du mot grec eruthros, qui signifie rouge. Le nouveau nom a été inspiré par la couleur rouge qui était observée lorsque les sels d’oxyde du groupe 1 ou du groupe 2 du nouvel élément – par exemple l’oxyde de vanadium sodique – étaient chauffés ou acidifiés. (1),(2),(3)
En 1805, le chimiste français Hippolyte-Victor Collet-Descotils examina le minerai de plomb et annonça que l’érythronium était en fait du chrome impur – une analyse que, malheureusement, del Rio accepta.
On n’entendit plus parler de cet élément jusqu’en 1830, lorsque Nils Gabriel Sefström, à Stockholm, en Suède, découvrit un nouveau métal dans un minerai de fer suédois.
Il a appelé ce nouvel élément vanadium d’après « Vanadis », la déesse scandinave de la beauté, en raison des magnifiques composés multicolores formés par le métal. (4)
La même année, le chimiste allemand Friedrich Wöhler réinvestit le minerai de plomb mexicain et constate que le vanadium est identique à l’érythronium de del Rio. (5)
Le métal a été isolé pour la première fois par Sir Henry E. Roscoe en 1867, à Manchester, en Angleterre, en réduisant le chlorure de vanadium avec de l’hydrogène.
Le minéral vanadium roscoelite a été nommé en l’honneur des travaux de Rocoe. (4), (6)
La découverte du vanadium en 1801 a d’abord été ignorée car on pensait qu’il s’agissait de chrome impur, qui se trouve à droite du vanadium dans le tableau périodique. Bien sûr, en 1801, le concept de tableau périodique n’était pas encore né.
| Groupe 4 | Groupe 5 | Groupe 6 | |
| 4 | 22 Ti |
23 V |
24 Cr |
| 5 | 40 Zr |
41 Nb |
42 Mo |
| 6 | 72 Hf |
73 Ta |
74 W |
Les états d’oxydation colorés du vanadium : +2 est lavande ; +3 est vert ; +4 est bleu ; +5 est jaune. Lorsqu’il a vu ces couleurs, Andres Manuel del Rio a d’abord décidé d’appeler ce nouvel élément panchromium, ce qui signifie « toutes les couleurs ». Vous pouvez voir ces couleurs générées par des réactions chimiques dans la courte vidéo ci-dessous. Photo par Steffen Kristensen.
Un SR-71B du Dryden Flight Research Center de la NASA, capable de voler à plus de 2 200 mph et à des altitudes de plus de 85 000 pieds. Un alliage de titane-aluminium-vanadium est utilisé pour les moteurs à réaction et pour les avions à grande vitesse. (Crédit photo : NASA)
Apparence et caractéristiques
Effets nocifs :
Bien que le vanadium soit un oligo-élément essentiel pour certaines créatures, un certain nombre de ses composés sont toxiques.
En général, plus l’état d’oxydation du vanadium est élevé, plus le composé est toxique.
Caractéristiques :
Le vanadium est un métal blanc brillant, mou, ductile et doté d’une bonne résistance structurelle.
Le vanadium résiste aux attaques des alcalis, de l’acide chlorhydrique, de l’acide sulfurique et de l’eau salée.
Lorsqu’il est présent dans des composés, le vanadium existe principalement dans le degré d’oxydation V.
Le métal s’oxyde dans l’air à environ 660 oC en pentoxyde (V2O5).
Utilisations du vanadium
La principale utilisation du vanadium est dans les alliages, en particulier avec l’acier.
85% de tout le vanadium produit va dans l’acier, 10% va dans les alliages de titane et 5% dans toutes les autres utilisations. 7
Une petite quantité de vanadium ajoute de la force, de la solidité et de la résistance à la chaleur.
Il est généralement ajouté sous la forme de ferrovanadium, un alliage vanadium-fer.
Les alliages d’acier au vanadium sont utilisés dans les engrenages, les essieux et les vilebrequins.
L’alliage titane-aluminium-vanadium est utilisé dans les moteurs à réaction et pour les avions à grande vitesse.
La feuille de vanadium est utilisée pour plaquer le titane sur l’acier.
Le ruban de vanadium-gallium est utilisé dans les aimants supraconducteurs.
Le pentoxyde de vanadium est utilisé dans les céramiques et comme catalyseur pour la production d’acide sulfurique.
La première utilisation industrielle extensive du vanadium métallique a eu lieu il y a plus d’un siècle dans le châssis en alliage d’acier au vanadium de la voiture Ford Modèle T.
On pouvait lire dans une publicité de 1908 pour le Modèle T : « L’acier au vanadium, le plus fort, le plus résistant et le plus durable jamais fabriqué, est utilisé dans toute la voiture. »
Abondance et isotopes
Abondance croûte terrestre : 120 parties par million en poids, 50 parties par million en moles
Abondance système solaire : 400 parties par milliard en poids, 9 parties par milliard en moles
Coût, pur : 220 $ par 100g
Coût, en vrac : 2,70 $ par 100g
Source : Le vanadium n’est pas présent à l’état libre dans la nature mais se trouve combiné dans environ 65 minéraux différents. On trouve également du vanadium dans la bauxite et dans les dépôts de combustibles fossiles. Commercialement, la production du métal se fait par réduction calcique du pentoxyde.
Isotopes : Le vanadium possède 18 isotopes dont les demi-vies sont connues, avec des numéros de masse de 43 à 60. Le vanadium naturel est un mélange de deux isotopes, 50V et 51V avec des abondances naturelles de 0,2% et 99,7% respectivement.
- Dieter Rehder, Chimie bioinorganique du vanadium, 2008, Wiley, p2
- Ariosto Aguilar Mandujano, Andres Manuel del Rio, éducateur
- B. Smith Hopkins, Chemistry of the Rareer Elements, 1923, D.C. Heath and Company, p205
- J.W. Mellor, A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry, Volume IX, 1929, Longmans, Green and Co, p714
- Sydney Marks, A Text-book of Inorganic Chemistry Volume VI. Partie III, 1929, Charles Griffin & Company Limited, p12
- Per Enghag, Encyclopédie des éléments : Données techniques – Histoire – Traitement – Applications, 2008, John Wiley & Sons, p542
- 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>.
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