Vanadiini

Vanadiini (lat. vanadium) on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on V, järjestysluku 23 ja CAS-numero 7440-62-2. Se on hopeanvalkoinen taottava metalli, joka esiintyy huoneenlämmössä kiinteänä. Vanadiini on saanut nimensä skandinaavisen rakkauden ja hedelmällisyyden jumalattaren Freyjan lisänimestä Vanadiksesta. Sen löytäjä on meksikolainen Andrés Manuel del Rio vuonna 1801. Toistamiseen vanadiinin löysi ruotsalainen Nils Gabriel Sefström 1830.

Titaani ← Vanadiini → Kromi
—
↑
V
↓
Nb  
 
 


Yleistä
NimiVanadiini
TunnusV
Järjestysluku23
LuokkaSiirtymämetalli
Lohkod
Ryhmä5
Jakso4
Tiheys6,0 · 103 kg/m3
Kovuus7,0 (Mohsin asteikko)
Väriharmahtava
Löytövuosi, löytäjä1801, Andrés Manuel del Río
Atomiominaisuudet
Atomipaino (Ar)50,9415[1]
Atomisäde, mitattu (laskennallinen)135 (171) pm
Kovalenttisäde125 pm
Van der Waalsin säde— pm
Orbitaalirakenne[Ar] 3d3 4s2
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 11, 2
HapetusluvutV, IV, III, II
Kiderakennetilakeskinen kuutiollinen (body centered cubic, BCC)
Fysikaaliset ominaisuudet
OlomuotoKiinteä
Sulamispiste2 183 K (1 910 °C)
Kiehumispiste3 680 K (3 407 °C)
Moolitilavuus— · 10−3 m3/mol
Höyrystymislämpö— kJ/mol
Sulamislämpö— kJ/mol
Höyrynpaine? Pa ? K:ssa
Äänen nopeus4 560 m/s 293,15 K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus1,63 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti0,489 kJ/(kg K)
Sähkönjohtavuus5×106 S/m
Lämmönjohtavuus(300 K) 30,7 W/(m·K)
CAS-numero7440-62-2
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Vanadiinin esiintyminen

Vanadiinia esiintyy paljon luonnosta saatavista malmeista, erilaisissa rikasteissa sekä öljytuotteiden jäännöksissä.[2] Sitä on löydetty yli 50 erilaisesta mineraalista ja se on samalla 21. yleisin alkuaine maankuoressa.[3] Vanadiinia esiintyy keskimäärin 0,15 g/kg, joten sitä on maankuoressa enemmän kuin kuparia tai nikkeliä.[2] Sen runsaasta esiintymisestä huolimatta sitä ei koskaan esiinny puhtaana luonnossa.

Kipinätyöstömenetelmällä leikattu ja kiillotettu vanadiinikiekko.

Vanadiini esiintyy luonnossa kahdessa isotoopissa. Sen pysyvä isotooppi on 51V. Vanadiinin toinen isotooppi 50V on lievästi radioaktiivinen, koska sen puoliintumisaika on 3,9×1017 a.[2] Suurin osa vanadiinista on isotoopissa 51V, joka kattaa noin 99,76 % kaikesta vanadiinista ja loppuosa 0,24 % on isotooppia 50V.[2] Luonnossa esiintyvien isotooppien lisäksi vanadiinilla on myös muita radioaktiivisia isotooppeja. Näistä isotoopit 48V ja 49V ovat pysyvimmät, sillä isotoopin 48V puoliintumisaika on 15,97 d ja isotoopin 49V 330 d.[4]

Muiden radioaktiivisten isotooppien puoliintumisajat ovat jo todella lyhyitä, sekunnin murto-osista muutamiin minuutteihin. Suurimmalla osalla näistä radioaktiivisista isotoopeista on alle viiden sekunnin puoliintumisajat.[4]

Biologiset ominaisuudet

Ihmisen kehossa on keskimäärin 1 mg vanadiinia. Ihmiselimistön tarvitsema vanadiinimäärä on hyvin pieni, eikä sitä tarvitse ottaa lisäravinteena, sillä sitä tulee riittävästi ravinnosta. Vanadiinin tehtävä elimistössä on edistää kudosten kasvua. Se alentaa myös verensokeria ja osallistuu punaisten verisolujen tuotantoon. Ihminen saa vanadiinia ruoastaan mm. kaloista ja äyriäisistä, juurivihanneksista, maksasta ja oliiviöljystä.[5]

Vanadiinia pidetään ihmiselle myrkyttömänä. Se voi päätyä kehoon lähinnä vatsan kautta. Suurin osa ruoansulatuselimistöön päätyneestä vanadiinista ei kerry elimistöön, vaan poistuu luonnollisen toiminnan kautta. Teollisista käsittelylaitoksista peräisin olevat vanadiinioksidit puolestaan voivat mahdollisesti aiheuttaa myrkyllisiä vaikutuksia, jos niitä hengitetään suuria määriä.[3]

Vanadiini on toiseksi runsain siirtymämetalli merivesissä. Merelliset makrolevät käyttävätkin vanadiinin oksoanioneja, vanadaatteja, hyödyksi halidien peroksidaatioreaktioissa, joissa halidi (X) muutetaan muotoon X+. Vanadaatteja esiintyy vanadaatti-riippuvaisten haloperoksidaasien (VHPO) aktiivisissa keskuksissa. VHPO:ta esiintyy myös maaperän sienissä, jäkälissä sekä Streptomysiini-bakteereissa. Näiden haloperoksidaasien biosidiset sekä hapettumisominaisuudet ovat käynnistäneet tutkimukset VHPO:n hyödyntämiseksi lääkinnällisessä sekä teollisessa käytössä.[6]

Käyttö teollisuudessa
Vanadiiniyhdisteiden liuoksia. Vanadiini esiintyy kuvan yhdisteissä hapetusluvuilla II, III, IV ja V

Puhdasta, metallista vanadiinia ei juurikaan valmisteta, koska siihen voi helposti muodostua erilaisia epäpuhtauksia.[2] Sen sijaan vanadiinia käytetään erityisesti ferrovanadiiniyhdisteissä, joita puolestaan käytetään lisäaineena teräsmetalliseoksissa. On arvioitu, että ferrovanadiinin valmistamiseen käytetään jopa 80–85 % kaikesta tuotetusta vanadiinista.[2] Vanadiinia voi olla teräksessä jopa 5 % ja sen tehtävänä on kasvattaa teräksen lujuutta.[6] Sitä voidaan lisätä myös alumiini- ja titaaniseoksiin lujuusominaisuuksien ja lämmönkeston parantamiseksi. Erityisen vahvuuden ja keveyden takia vanadiiniterästä käytetään muun muassa sotilaallisissa tarkoituksissa.

Vanadiinioksidien (esim. V2O5) ja natriummetavanadaatin (NaVO3) kaltaisia yhdisteitä käytetään lasi- ja keramiikkateollisuudessa erilaisina väri- ja pinnoiteaineina [7]. Vanadiiniyhdisteitä käytetään myös virtausakuissa, joissa niitä käytetään erilaisissa elektrolyyteissä ja elektrodimateriaaleissa.[7] Vanadiiniakkujen etuna pidetään niiden ladattavuutta ja pitkää käyttöikää.

Kemianteollisuudessa vanadiiniyhdisteitä voidaan käyttää myös katalyytteinä. Erityisinä sovelluskohteina mainitaan erilaiset hapetus- ja polymerointiprosessit sekä Friedel–Crafts-reaktiot.[7] Epäorgaanisten vanadiinisuolojen ja koordinoitujen vanadiinikompleksiyhdisteiden käyttöä lääketeollisuudessa on myös tutkittu, esimerkiksi diabeteksen, syövän sekä sydän- ja verisuonitautien hoidossa.[7]

Katso myös

Lähteet
  1. Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
  2. R. R Moskalyk, A. M Alfantazi: Processing of vanadium: a review. Minerals Engineering, September 2003, nro 9, s. 793–805. doi:10.1016/S0892-6875(03)00213-9. Artikkelin verkkoversio.
  3. Dieter Rehder: ”13”, Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases, s. 139–169. Springer Netherlands, 2013. ISBN 9789400774995, 9789400775008. Teoksen verkkoversio (viitattu 14.6.2017). en
  4. G. Audi et al.: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties.. Nuclear Physics A 729, 2003, s. 3–128. Artikkelin verkkoversio. (Arkistoitu – Internet Archive)
  5. Kivennäis- ja hivenaineet – Vinkkilän Luomutuote Vinkkilän Luomutuote. Viitattu 14.6.2017.
  6. Alfred Werner Lectures. JBIC Journal of Biological Inorganic Chemistry, 1.8.2014, nro 2, s. 709–712. doi:10.1007/s00775-014-1155-0. ISSN 0949-8257. Artikkelin verkkoversio. en
  7. Dieter Rehder: Implications of vanadium in technical applications and pharmaceutical issues. Inorganica Chimica Acta, 30.1.2017, nro 455, Part 2, s. 378–389. doi:10.1016/j.ica.2016.06.021. Artikkelin verkkoversio.

Aiheesta muualla
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.