فلز وانادیوم چیست؟ | مشخصات، ویژگی‌ها، کاربردها، انواع و منابع

وانادیوم چیست؟

وانادیوم یک عنصر فلزی سخت با عدد اتمی 23 و به رنگ خاکستری نقره‌ای است. این یک فلز انتقالی انعطاف‌پذیر با مقاومت طبیعی در برابر خوردگی و پایداری در برابر قلیایی‌ها، اسیدها و آب نمک است. وانادیم در بیش از 60 ماده معدنی مختلف از جمله وانادینیت، کارنوتیت، روسکوئلیت و پاترونیت یافت می‌شود.

وقتی گفته می‌شود عدد اتمی این فلز 23 است یعنی 23 پروتون در هسته آن وجود دارد. وانادیم طبیعی ترکیبی از دو ایزوتوپ 50 ولت (0.24 درصد) و 51 ولت (99.76 درصد) است. در جدول تناوبی به عنوان یک فلز واسطه شناخته می‌شود.

اگرچه وانادیوم فلزی کمتر شناخته شده است، اما به دلیل ویژگی‌های چکش خواری، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی، در صنعت تولید بسیار ارزشمند است. وانادیوم به ندرت به عنوان یک عنصر آزاد در طبیعت وجود دارد، اما می‌توان آن را در حدود 65 کانی مختلف یافت. همچنین می‌توان آن را در سنگ‌های فسفات و برخی نفت‌های خام یافت. به گفته آزمایشگاه جفرسون، وانادیوم معمولاً با حرارت دادن سنگ معدن خرد شده در حضور کربن و کلر برای تولید تری کلرید وانادیم به دست می‌آید که سپس با منیزیم در اتمسفر آرگون گرم می‌شود. حدود 98 درصد از سنگ معدن وانادیوم استخراج شده از آفریقای جنوبی، روسیه و چین است.

جدول مشخصات وانادیوم

ایزوتوپ‌های وانادیوم

وانادیوم دارای 18 ایزوتوپ است که نیمه عمر آن‌ها مشخص است، با اعداد جرمی 43 تا 60. وانادیوم طبیعی مخلوطی از دو ایزوتوپ 50 ولت و 51 ولت با فراوانی طبیعی به ترتیب 2/0 و 7/99 درصد است.

کاربردهای وانادیوم

حدود 80 درصد وانادیوم تولید شده با آهن آلیاژ می‌شود تا یک افزودنی فولادی مقاوم در برابر ضربه و خوردگی به نام فروونادیوم ساخته شود. فرووانادیوم بین 1 تا 6 درصد وانادیوم دارد. آلیاژهای فولاد وانادیوم برای ساخت ابزارهای بسیار سخت مانند محورها، صفحات زرهی، چرخ دنده‌های خودرو، فنرها، ابزارهای برش، میله‌های پیستون و میل لنگ استفاده می‌شود. اولین استفاده صنعتی گسترده از فلز وانادیوم بیش از یک قرن پیش در شاسی آلیاژی فولاد وانادیوم خودروی فورد مدل T بود. در تبلیغاتی که در سال 1908 برای خودروی فورد مدل T منتشر شد، آمده بود: «فولاد وانادیوم، قوی‌ترین، سخت‌ترین و بادوام‌ترین فولادی که تا کنون ساخته شده است، در کل خودرو استفاده می‌شود». سایر مواردی که از وانادیوم استفاده می‌شود عبارتند از:

1. وانادیوم را می‌توان برای ساخت آلیاژهای فولادی، برای استفاده در وسایل نقلیه فضایی، راکتورهای هسته‌ای و ناوهای هواپیمابر و غیره استفاده کرد.
2. استحکام آلیاژهای فولاد وانادیوم به این معنی است که آن‌ها برای ایجاد ابزار، محورها، میله‌های پیستون و به عنوان تیرهای ساختمانی کاملاً مناسب هستند.
3. در باتری‌های جریان ردوکس وانادیوم (VRFBs)، وانادیوم برای ایجاد یک راه حل قابل اعتماد، ایمن و پایدار برای ذخیره انرژی‌های تجدید پذیر استفاده می‌شود.
4. وانادیوم را می‌توان در سرامیک‌ها به عنوان رنگدانه استفاده کرد.
5. پنتوکسید وانادیوم می‌تواند به عنوان کاتالیزور در ساخت رنگ و پارچه‌های چاپی استفاده شود.
6. آهنرباهای ابررسانا را می‌توان از نوار وانادیوم گالیوم ساخت.
7. از اکسید وانادیوم در ساخت اسید سولفوریک استفاده می‌شود.
8. در حوزه پزشکی، وانادیوم برای درمان تعدادی از بیماری‌ها از جمله دیابت، بیماری‌های قلبی و کلسترول بالا استفاده می‌شود.
9. در کاتدهای باتری برای دفیبریلاتورهای کاردیوورتر قابل کاشت از وانادیم استفاده شده است.
10. تحقیقات برای استفاده از وانادیوم در کاتد باتری‌های وسایل نقلیه الکتریکی در حال انجام است.
11. دانشمندان از خواص منحصر به فرد وانادیوم برای تولید پنجره‌های هوشمند استفاده کرده‌اند.
12. آلیاژ تیتانیوم – آلومینیوم – وانادیوم در موتورهای جت و برای هواپیماهای پرسرعت استفاده می‌شود.

کاربرد اصلی وانادیوم در آلیاژها به ویژه فولاد است.

تاریخچه وانادیوم

به گفته انجمن سلطنتی شیمی، وانادیوم دو بار کشف شد. بار اول وانادیوم در سال 1801 توسط کانی شناس اسپانیایی آندرس مانوئل دل ریو (Andrés Manuel del Río) کشف شد که آن را اریترونیوم (erythronium) نامید اما در نهایت به این باور رسید که صرفاً کروم ناخالص است. او نمونه‌هایی از عنصر همراه با نامه‌ای که روش‌هایش را شرح می‌داد برای بازرسی و تأیید به مؤسسه فرانسه فرستاد. به گفته آزمایشگاه جفرسون، نامه او به طرز غم انگیزی در یک کشتی شکسته گم شد و مؤسسه فقط نمونه او را به همراه یادداشت کوتاهی دریافت کرد که به آن‌ها می‌گفت چگونه عنصر جدید شبیه کروم است. موسسه به این نتیجه رسید که نمونه در واقع یک ماده معدنی کروم است و دل ریو ادعای خود را پس گرفت.

اما برای بار دوم در سال 1830 این عنصر توسط شیمیدان سوئدی، نیلز گابریل سفستروم، دوباره کشف شد، که نام آن را به افتخار وانادیس (Vanadis)، الهه زیبایی و جوانی اهل اسکاندیناوی، نامگذاری کرد، نامی که توسط رنگ‌های زیبای ترکیبات وانادیوم در محلول، پیشنهاد شده است. او وانادیوم را در حالی که در حال تجزیه و تحلیل نمونه‌های آهن از معدنی در سوئد بود، کشف کرد.

شیمیدان انگلیسی هنری انفیلد راسکو برای اولین بار در سال 1867 این فلز را با احیای هیدروژنی دی کلرید وانادیم، VCl2، جدا کرد و شیمیدانان آمریکایی جان وسلی ماردن و مالکوم ان. ریچ در سال 1925 با احیای پنتوکسید وانادیم با V2O5، خالص آن را 99.7 درصد به دست آوردند.

وانادیوم و تاثیر آن بر سلامتی انسان

دوزهای بالای وانادیوم برای انسان سمی است، اما دانشمندان فکر می‌کنند ممکن است برای رشد طبیعی استخوان به این عنصر در مقادیر بسیار کم نیاز داشته باشیم. وانادیم را می‌توان به مقدار کمی در بسیاری از انواع غذاها از جمله قارچ، فلفل سیاه، جعفری، شوید، صدف، آبجو، شراب و غلات یافت. به گفته انجمن سلطنتی شیمی، زمانی که ما یک رژیم غذایی متعادل می‌خوریم، فقط 0.01 میلی‌گرم وانادیم در روز مصرف می‌کنیم و این برای نیازهای بیولوژیکی ما کافی است.

تعداد بسیار کمی از مطالعات وانادیوم روی انسان‌ها انجام شده است (بیشتر روی حیوانات انجام شده است)، بنابراین وانادیوم در حال حاضر برای هیچ بیماری یا شرایط بهداشتی خاصی توصیه نمی‌شود. با این حال، طبق گفته مرکز پزشکی دانشگاه مریلند، چندین مطالعه حیوانی و چند مطالعه کوچک انسانی نشان می‌دهد که وانادیوم ممکن است سطح قند خون را کاهش دهد و حساسیت به انسولین را در بیماران مبتلا به دیابت نوع 2 بهبود بخشد.

به عنوان مثال، در برخی از مطالعات روی موش، وانادیم قند خون و سطح کلسترول و تری گلیسیرید لیپوپروتئین با چگالی کم (LDL) را کاهش می‌دهد. در یک مطالعه در سال 1994 بر روی بزها که در مجله انجمن رژیم غذایی آمریکا منتشر شد، بزهایی که مادرانشان رژیم غذایی فاقد وانادیوم مصرف می‌کردند با کمبود اسکلتی متولد شدند و سه روز بعد مردند.

بسیاری از مطالعات انسانی با وانادیوم، تعداد کمی از افراد را برای دوره‌های زمانی کوتاه و با دوزهای بالا، بسیار بالاتر از سطح مصرف بالای قابل تحمل (UL) درگیر کردند و دانشمندان نمی‌دانند که آیا این سطوح حتی برای مصرف انسان بی‌خطر هستند یا خیر.

وانادیوم به عنوان مکمل بدنسازی معمولاً به شکل سولفات وانادیل فروخته می‌شود. این مکمل به عنوان راهی برای افزایش جذب گلوکز و اسیدهای آمینه عضلانی و افزایش سنتز گلیکوژن و پروتئین به بازار عرضه می‌شود. با این حال، طبق برخی تحقیقات علمی، به نظر نمی‌رسد که وانادیوم فعالیت انسولین را در افراد سالم افزایش دهد.

از وانادیوم بیشتر بدانید

استنشاق مقادیر زیاد وانادیوم می‌تواند منجر به مشکلات ریوی مانند برونشیت یا ذات الریه شود. نشان داده شده است که کارگرانی که در معرض پراکسید وانادیم قرار دارند بیشتر در معرض تحریک چشم، بینی و گلو هستند. وانادیوم برای ساخت قطعات توپخانه قابل حمل و زره بدن در جنگ جهانی اول استفاده شد.

در یک مطالعه در سال 1996 که در مجله پزشکی متابولیسم منتشر شد، به هشت نفر مبتلا به دیابت نوع 2 به مدت یک ماه مکمل وانادیوم داده شد. در کاهش سطح قند خون با عوارض جانبی کمی نسبتاً موفق به نظر می‌رسید. در طول هفته اول، شش نفر از هشت شرکت کننده مشکلات گوارشی را تجربه کردند، اما این عوارض با ادامه استفاده از بین رفت.

وانادیوم دارای حالت‌های اکسیداسیون بسیار رنگارنگی از جمله بنفش، سبز، آبی و زرد است. در سال 1911، مارتین هنز، شیمیدان آلمانی، وانادیوم را در سلول‌های خونی سرپه‌های دریایی کشف کرد.

اتم‌های وانادیوم 23 الکترون، 28 نوترون و 23 پروتون دارند. از آنجایی که فولاد وانادیوم سختی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند، در اره‌های مدور، مته‌ها، توربین‌های موتور و سایر قطعات متحرک که سطح بالایی از گرما تولید می‌کنند، استفاده می‌شود. وانادیوم را می‌توان در فرآیند پالایش اورانیوم برای اهداف هسته‌ای استفاده کرد. وانادیوم در تعداد کمی از شهاب سنگ‌ها وجود دارد.

قیمت وانادیوم

در اینجا برخی از عواملی که می‌توانند بر قیمت وانادیوم تأثیر بگذارند، آورده شده است:

1. تقاضا برای وانادیوم از سوی صنایع مختلف
2. عرضه وانادیوم از معادن
3. هزینه استخراج و فرآوری وانادیوم
4. نوسانات بازارهای مالی

کروم وانادیوم چیست؟

پرسش و پاسخ

آیا وانادیوم قدرتمند است؟

وانادیوم یک فلز خاکستری نقره‌ای قوی، اما انعطاف‌پذیر است که معمولاً برای قوی‌تر و سبک‌تر کردن فولاد استفاده می‌شود.

آیا وانادیوم گران قیمت است؟

کدام کشور سرشار از وانادیوم است؟

طبق گزارش سازمان زمین شناسی ایالات متحده، کشورهای چین، آفریقای جنوبی و روسیه تولیدکنندگان اصلی وانادیوم در جهان هستند.

v2o5 چیست؟

فلزات, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 20 آبان 1402