ВАНАДИЙ

ВАНАДИЙ (Vanadium),
V, химический элемент V группы периодич. системы Менделеева; ат. н. 23, ат.
м. 50,942; металл серо-стального цвета. Природный В. состоит из двух изотопов:
⁵¹V (99,75% ) и ⁵⁰V (0,25% ); последний слабо радиоактивен
(период полураспада T14 лет). В. был открыт
в 1801 мекс. минералогом А. М. дель Рио в мекс. бурой свинцовой руде и назван
по красивому красному цвету нагретых солей эритронием (от греч. erythros -
красный). В 1830 швед, химик Н. Г. Сефстрём обнаружил новый элемент в железной
руде из Таберга (Швеция) и назвал его В. в честь др.-сканд. богини красоты
Ванадис. Англ, химик Г. Роско в 1869 получил порошкообразный металлич. В.
восстановлением VCl с нач. 20 в.

Содержание В. в земной
коре составляет 1,5-2% по массе, это довольно распространённый,
но рассеянный в породах и минералах элемент. Из большого числа минералов В.
пром. значение имеют патронит, роскоэлит, деклуазит, карнотит, ванадинит и
нек-рые др. (см. Ванадиевые руды). Важным источником В. служат титаномагнетитовые
и осадочные (фосфористые) железные руды, а также окисленные медно-свинцово-цинковые
руды. В. извлекают как побочный продукт при переработке уранового сырья, фосфоритов,
бокситов и различных органич. отложений (асфальтиты, горючие сланцы). См.
также Ванадаты природные.

Физические и химические
свойства. В. имеет объём-ноцентрированную кубич. решётку с периодом а=3,0282А.
В чистом состоянии В. ковок, легко поддаётся обработке давлением. Плотность
6,11 г/см³; Гш, 1900±25⁰С, t0С;
удельная теплоёмкость (при 20-100⁰С) 0,120 кал/гград;
термич. коэфф. линейного расширения (при 20-1000⁰С) 10,6 *-6 град ^-1; удельное электрич. сопротивление
при 20⁰С 24,8-8омм
(24,8-6 омсм); ниже
4,5 К В. переходит в состояние сверхпроводимости. Механические свойства В.
высокой чистоты после отжига: модуль упругости 135,25 и/м² (13520
кгс/мм²), предел прочности 120 мн/м² (12
кгс/мм²), относительное удлинение 17%, тв. по Бринеллю 700
мн/м² (70 кгс/мм²). Примеси газов резко
снижают пластичность В., повышают его твёрдость и хрупкость.

При обычной темп-ре В.
не подвержен действию воздуха, морской воды и растворов щелочей; устойчив
к неокисляющим кислотам, за исключением плавиковой. По коррозионной стойкости
в соляной и серной к-тах В. значительно превосходит титан и нержавеющую сталь.
При нагревании на воздухе выше 300⁰С В. поглощает кислород и становится
хрупким. При 600-700⁰С В. интенсивно окисляется с образованием
пятиокиси V В. выше 700⁰С в токе азота образуется нитрид VN (t 2050⁰С), устойчивый в воде и кислотах. С углеродом В. взаимодействует
при высокой темп-ре, давая тугоплавкий карбид VC (t0С),
обладающий высокой твёрдостью.

В. даёт соединения, отвечающие
валентностям 2, 3, 4 и 5; соответственно этому известны окислы: VO и V (кислотный). Соединения 2- и 3-валентного В. неустойчивы и являются сильными
восстановителями. Практич. значение имеют соединения высших валентностей.
Склонность В. к образованию соединений различной валентности используется
в аналитич. химии, а также обусловливает каталитич. свойства V Пятиокись В. растворяется в щелочах с образованием ванадатов.

Получение и применение.
Для извлечения В. применяют: непосредственное выщелачивание руды или рудного
концентрата растворами кислот и щелочей; обжиг исходного сырья (часто с добавками
NaCl) с последующим выщелачиванием продукта обжига водой или разбавленными
кислотами. Из растворов методом гидролиза (при рН = 1-3) выделяют гидратированную
пятиокись В. При плавке ванадийсодержащих железных руд в домне В. переходит
в чугун, при переработке к-рого в сталь получают шлаки, содержащие 10-16%
V солью. Обожжённый материал выщелачивают водой, а затем разбавленной серной
к-той. Из растворов выделяют V для выплавки феррованадия (сплавы железа с 35-70% В.) и получения металлич.
В. и его соединений. Ковкий металлич. В. получают, кальциетермич. восстановлением
чистой V V V термич. диссоциацией иодида В. Плавят В. в вакуумных дуговых печах с расходуемым
электродом и в электроннолучевых печах.

Чёрная металлургия -
осн. потребитель В. (до 95% всего производимого металла). В. входит в состав
быстрорежущей стали, её заменителей, малолегированных инструментальных и нек-рых
конструкционных сталей. При введении 0,15-0,25% В. резко повышаются прочность,
вязкость, сопротивление усталости и износоустойчивость стали. В., введённый
в сталь, является одновременно раскисляющим и карбидообразую-щим элементом.
Карбиды В., распределяясь в виде дисперсных включений, препятствуют росту
зерна при нагреве стали. В. в сталь вводят в форме лигатурного сплава - феррованадия.
Применяют В. и для легирования чугуна. Новым потребителем В. выступает быстро
развивающаяся пром-сть титановых сплавов; нек-рые титановые сплавы содержат
до 13% В. В авиац., ракетной и др. областях техники нашли применение сплавы
на основе ниобия, хрома и тантала, содержащие присадки В. Разрабатываются
различные по составу жаропрочные и корро-зионностойкие сплавы на основе В.
с добавлением Ti, Nb, W, Zr и А1, применение к-рых ожидается в авиац., ракетной
и атомной технике. Интересны сверхпро-водящие сплавы и соединения В. с Ga,
Si и Ti.

Чистый металлич. В. используют
в атомной энергетике (оболочки для тепловыделяющих элементов, трубы) и в произ-ве
электронных приборов. Соединения В. применяют в химич. пром-сти как катализаторы,
в с. х-ве и медицине, в текст., лакокрасочной, резиновой, керамич., стекольной,
фото-и кинопромышленности. Соединения В. ядовиты. Отравление возможно при
вдыхании пыли, содержащей соединения В. Они вызывают раздражение дыхательных
путей, лёгочные кровотечения, головокружения, нарушения деятельности сердца,
почек и т. п.

В. в организме. В.- постоянная
составная часть растит, и животных организмов. Источником В. служат извер-женные
породы и сланцы (содержат ок. 0,013 % В.), а также песчаники и известняки
(ок. 0,002% В.). В почвах В. ок. 0,01 % (в основном в гумусе); в пресных и
морских водах 1-7-2-7%.
В наземных и водных растениях содержание В. значит, выше (0,16-0,2%), чем
в наземных и морских животных (1,5-5- 2-4%).
Концентраторами В. являются: мшанка Plumatella, моллюск Pleurobran-chus plumula,
голотурия Stichopus mobii, нек-рые асцидии, из плесеней - чёрный аспергилл,
из грибов - поганка (Amanita muscaria). Биол. роль В. изучена на асцидиях,
в кровяных клетках к-рых В. находится в 3- и 4-валентном состоянии, т. е.
существует динамич. равновесие V^III и V^IV.
Физиол. роль В. у асцидии связана не с дыхательным переносом кислорода и углекислого
газа, а с окислит.-восстановит, процессами - переносом электронов при помощи
т. н. ванадиевой системы, вероятно имеющей физиол. значение и у др. организмов.

Лит.: Меерсон
Г. А., 3еликман А. Н., Металлургия редких металлов, М., 1955; Поляков А. Ю.,
Основы металлургии ванадия, М., 1959; Ростокер У., Металлургия ванадия, пер.
с англ., М., 1959; Киффер Р., Браун X., Ванадий, ниобий, тантал, пер. с нем.,
М., 1968; Справочник по редким металлам, [пер. с англ.], М., 1965, с. 98 -121;
Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, М., 1967, с. 47- 55, 130
- 32; Ковальский В. В., Резаева Л. Т., Биологическая роль ванадия у асцидии,
"Успехи современной биологии", 1965, т. 60, в. 1(4); Воwеn Н. J. М., Trace
elements in biochemistry, L.- N. Y., 1966. JO. H В. В. Ковальский,

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я