وانادیوم - مصارف - خواص - ویژگی ....

واناديوم ، عنصر شيميايي جدول تناوبي است که نماد آن V و عدد اتمي آن 23 مي‌باشد. واناديوم ، يک عنصر کمياب نرم و هادي است که به‌صورت ترکيبي با کاني‌هاي خاصي يافت شده و براي توليد آلياژهايي بکار گرفته مي‌شود.
در گروه VB و در دوره چهارم قرار دارد جرم اتمي ۵۰٫۹۴؛ظرفيتها ۵،۴،۳،و۲ داراي دو ايزوتوپ طبيعي است
واناديم فلزي نرم و چکش خوار به رنگ خاکستري- نقره اي است. اين عنصر در سال 1830 توسط Nils Sefstr”m دانشمند سوئدي کشف گرديد . واناديم به صورت غير ترکيبي در طبيعت يافت نمي شود ولي بطور گسترده اي در سنگهاي معدني يافت مي شود.اين عنصر از نظر خواص مانند کروم است. در دماي معمولي در برابر خوردگي و زنگ زدگي مقاوم است.واناديم بادرجه خلوص بالا از طريق احياء شيميايي تري کلريد و يا احياء پنتا اکسيد واناديم توسط کلسيم توليد مي شود.
اين عنصر اولين بار توسط del Rio در سال 1801 کشف گرديد.
واناديم در داخل 65 کاني مختلف وجود دارد. و کاني هاي مهمي که اين عنصر در آن وجود دارد شامل کارنوتيت ، روزوکوليت، وانادينيت و پاتنرونيت مي باشد. واناديم همچنين در سنگ فسفاته و نهشته هاي آهني و نفت خام و کمپلکسهاي آلي وجود دارد. و همچنين در شهابسنگهاي کوچک نيز وجود دارد .
واناديم طبيعي مخلوطي از دو ايزوتوپ است. ايزوتوپ واناديم 50 ميزان 0.24% و واناديم 51 ميزان 99.76 درصد را به خود اختصاص داده است.
واناديم خالص فلزي سفيد براق و نرم و شکل پذير است. داراي مقاومت بالا در برابر خوردگي مواد قليايي، اسيد سولفوريک، اسيد هيپوکلريک و آب نمک است اما اين فلز در درجه حرارت 660 درجه به راحتي اکسيد مي شود. ساختار اين فلز مقاوم داراي شکافت نوتروني پايين و داراي کاربرد مفيد در استفاده هاي هسته اي مي باشد.
واناديم عنصري ضد زنگ است بنابراين براي مصارف ضد زنگ به کار مي رود. اين عنصر به علت پايداري کاربيد در ساخت فولاد به کار مي رود. حدود 80 درصد از واناديم برا ي توليد فروواناديم کابرد دارد. ورقه هاي نازک وانديم براي پوشش اتصالات تيتانيم با فولاد کاربرد دارد. پنتا اکسيد واناديم در سراميکها کاربرد دارد و همچنين اين ترکيب داراي خاصيت کاتليزور نيز مي باشد. اين عنصر همچنين براي ساخت آهنرباهاي ابررسانا با شدت ميدان مغناطيسي 175000 کاربرد دارد.
واناديم و ترکيبات آن بسيار سمي هستند و در موقع استفاده بايد دقت لازم را به عمل آورد. حداکثر غلظت مجاز پنتا اکسيد واناديم 0.05 گرم است.
واناديم انعطاف پذير براي استفاده تجاري کاربرد دارد. فلز واناديم با خلوص 95 درصد قيمت آن حدود 20 دلار در يک پوند است. واناديم باخلوص 99.9 درصد 100 دلار در اونس قيمت دارد.
ساختار بلوري عنصر واناديم
واناديوم ( واناديس ، الهه اسکانديناوي‌ها ) توسط "Andres Manuel del Rio" که يک معدن شناس اسپانيايي بود، در شهر مکزيکو سيتي در سال 1801 کشف شد. او اين عنصر را سرب قرمز نام نهاد. با انجام آزمايشاتي وي ملاحظه کرد که رنگ اين عنصر بدليل وجود کروم مي باشد؛ از اين‌رو ، اين عنصر را Panchromium نام نهاد. وي بعدا اين عنصر را به نام Erythronium تغيير داد، چرا که بيشتر نمکها با حرارت دادن قرمز مي‌شدند.
يک شيميدان فرانسوي اشتباها اعلام کرد که عنصر جديد del rio تنها يک کروم ناخالص است. Del Rio نيز گمان داشت که اشتباه کرده است و نظر شيميدان فرانسوي را قبول کرد. در سال 1831، سوئد واناديوم را در اکسيد جديدي که وي به هنگام کار کردن با معادن آهن يافته بود دوباره کشف کرد. در همان سال "Friedrich W…r" کشف سابق Del Rio را تائيد کرد.
واناديوم فلزي در سال 1867، توسط "Henry Enfield Roscoe" که کلريد واناديوم را با هيدروژن تقليل کرد، به‌صورت جدا گانه بدست آمد. نام واناديوم از کلمه واناديس ، الهه زيبايي در اسکانديناوي گرفته شده است، چرا که اين عنصر در ترکيبات گوناگون رنگهاي الواني دارد.
پيدايش
واناديوم هرگز بصورت آزاد در طبيعت يافت نميشود. اما در 65 گونه کاني‌هاي گوناگون وجود دارد. واناديوم همچنين در Bauxite و کربن نيز وجود دارد که حاوي ذخايري مانند نفت خام ، زغال سنگ Oil Shale وTar مي‌شود. طيف واناديوم در نور خورشيد و ديگر ستارگان نيز شناسايي شده است.
بيشتر واناديوم توليد شده توسط تقليل کلسيم از V2o5 در يک لوله فشار مي‌باشد. واناديوم معمولا به‌صورت محصولات جنبي بدست مي‌آيد . از اين رو منابع جهاني از اين عنصر حاکي از وجود ذخاير در دسترس نمي‌باشد.
خصوصيات قابل توجه
واناديوم ، فلز نرم و رسانا به رنگ سفيد براق مي‌باشد. اين عنصر در برابر فرسودگي توسط مواد قليايي و اسيد سولفوريک و اسيد هيدروکلريک مقاوم است. در  K933به‌سرعت اکسيد مي‌شود. واناديوم ساختار محکمي داشته ، شکاف نوتروني ندارد که اين خاصيت آن را براي استفاده در زمينه‌هاي هسته‌اي مناسب مي‌نمايد. حالتهاي اکسيداسيون معمول اين عنصر ، +2،+3،+4،+5 مي‌باشد.
حالت اکسيداسيون +1 نيز براي اين عنصر ديده شده است.
کاربردها
•تقريبا 80% واناديوم توليد شده به مصرف فروواناديم که يک ماده افزوده به فلز فولاد مي‌باشد، مي‌رسد.
•در آلياژها به‌عنوان:
oفلزات ضد خش وسايل جراحي و ابزار آلات
oماده ضد زنگ و افزايش دهنده سرعت در فلزات
oماده مخلوط شونده با آْلياژهاي آلومينيوم و تيتانيوم براي استفاده در موتورهاي جت و هواپيماهاي پر سرعت
•آلياژ فلز واناديوم در ساخت محورها ميل لنگ دنده‌ها و .... بکار مي‌رود.
•متعادل کننده کاربيد در ساخت فلزات
•کاربردهاي هسته‌اي بدليل نداشتن شکافت نوتروني
•استفاده از ورق واناديوم در آبکاري تيتانيوم در فلزات
•نوار واناديوم گاليوم که مگنت ابر رسانا مي‌باشد.
•استفاده از ترکيبات واناديوم به‌عنوان کاتاليزور در توليد Maleic Anhydride و اسيد سولفوريک
•استفاده از پنتاکسيد واناديوم به‌عنوان کاتاليزور در سفالگري
نقش بيولوژيکي
در بيولوژي ، اتم واناديوم از اجزاء لازم آنزيمها بشمار مي‌رود. به‌طور خاص "Vanadium Nitrogenase" توسط ميکرو ارگانيسم‌هاي ثابت کننده هيدروژن استفاده مي‌شود. واناديوم براي Ascidian ها لازم است. تمرکز واناديوم در بدن آنها يک ميليون برابر تمرکز واناديوم در آب اطراف آنها مي‌باشد. همچنين موشها و جوجه‌ها نيز به مقادير بسيار کمي واناديوم نياز دارند و کمبود اين عنصر باعث کمبود رشد و توليد مثل معيوب مي‌شود.
وجود ترکيبات Oxovanadium براي سبک کردن نشانه‌هاي بيماري ديابت در برخي نمونه‌هاي حيواني و انسان نشان داده شده است، همانند تاثير کروميوم بر متابوليسم شکر ، مکانيسم اين تاثير نيز ناشناخته مانده است
ايزوتوپها
واناديوم طبيعي از يک ايزوتوپ پايدار تشکيل شده است V-51. براي اين عنصر 15 ايزوتوپ راديواکتيوي ديگر شناسايي شده است که پايدارترين آنها V-50 با نيمه عمر17E 1.4 سال و V49 با نيمه عمر 330 روز و V48 با نيمه عمر 15.9735 روز مي‌باشند. تمام ايزوتوپهاي راديواکتيو باقيمانده ، نيم عمري کمتر از يک ساعت دارد که نيم عمر بيشتر آنها کمتر از 10 ثانيه است. اين عنصر يک حالت متا دارد.
ايزوتوپهاي واناديوم به ترتيب وزن اتمي از 43.981 amu تا 59.959 amu V59 مرتب شده‌اند. حالت Decay اوليه قبل از فراوان‌ترين ايزوتوپ V51 الکترون گيري و حالت اوليه بعد از آن Beta Decay مي‌باشد. محصولات decay اوليه قبل از V51 ايزوتوپهاي عنصر تيتانيوم22 و محصولات اوليه بعد از آن ايزوتوپهاي عنصر Chromium24 مي‌باشد.
هشدارها
پودر فلز واناديوم خطر آتش‌سوزي به همراه داشته و ترکيبات واناديوم بشدت سمي هستند. ترکيبات واناديوم ممکن است که در صورت تنفس باعث سرطان ريه شود.

سازمان OSHA) Occupational Safety and Health Administration) محدوديت تماس تا 0.05mg/m را براي پنتا اکسيد واناديوم در نظر گرفته است. National Institute of  Occupational Safety and health يا NIOSH هم پيشنهاد کرده است که 335mg/m عنصر واناديوم براي سلامتي بشدت خطرناک مي‌باشد. اين مقداري است که به‌سرعت باعث بوجود آمدن مشکلات هميشگي و حتي مرگ براي انسان مي‌شود.