O vanádio É o terceiro metal de transição da tabela periódica, representado pelo símbolo químico V. Não é tão popular quanto os outros metais, mas quem entende de aços e titânio já deve ter ouvido falar dele como aditivo para reforço em ligas ou ferramentas. Fisicamente é sinônimo de dureza e, quimicamente, de cores.
Alguns químicos ousam descrevê-lo como um metal camaleão, capaz de adotar uma ampla gama de cores em seus compostos; propriedade eletrônica que se assemelha àquela dos metais manganês e cromo. Em seu estado nativo e puro, ele se parece com os outros metais: prata, mas com tons azulados. Uma vez enferrujado, parece como mostrado abaixo.
Nesta imagem, a iridescência do óxido mal se distingue, o que depende dos acabamentos ou da superfície dos cristais metálicos. Esta camada de óxido o protege de oxidação adicional e, portanto, corrosão.
Essa resistência à corrosão, bem como ao craqueamento térmico, é fornecida às ligas quando átomos de V são adicionados a elas. Tudo isso, sem levantar muito seu peso, já que o vanádio não é um metal pesado, mas leve; ao contrário do que muitos podem pensar.
Seu nome deriva da deusa nórdica Vanadís, da Escandinávia; no entanto, foi descoberto no México, como parte do mineral vanadinita, Pb5[VO4]3Cl, de cristais avermelhados. O problema era que para obtê-lo desse mineral e de muitos outros, o vanádio teve que ser transformado em um composto mais fácil de reduzir do que seu óxido, VdoisOU5 (que é reduzido pelo cálcio).
Outras fontes de vanádio encontram-se nos seres marinhos, ou no petróleo bruto, "aprisionado" nas petroporfirinas..
Em solução, as cores que seus compostos podem apresentar, dependendo do seu estado de oxidação, são o amarelo, o azul, o verde escuro ou o violeta. O vanádio não se destaca apenas por esses números ou estados de oxidação (de -1 a +5), mas por sua capacidade de se coordenar de diferentes maneiras com ambientes biológicos.
A química do vanádio é abundante, misteriosa e, em comparação com outros metais, ainda há muita luz que deve ser lançada sobre ele para sua compreensão mais próxima..
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O México tem a honra de ter sido o país onde esse elemento foi descoberto. O mineralogista Andrés Manuel del Río, em 1801, analisou um mineral avermelhado que ele mesmo chamou de chumbo marrom (vanadinita, Pb5[VO4]3Cl), extraíram alguns óxidos metálicos cujas características não correspondiam às de nenhum elemento conhecido na época.
Assim, ele primeiro batizou este elemento com o nome de 'Pancromo' devido à rica variedade de cores de seus compostos; então ele o rebatizou de 'Erythrono', da palavra grega erythronium, que significa vermelho.
Quatro anos depois, o químico francês Hippolyte Victor Collet Descotils conseguiu fazer com que Del Río retratasse suas afirmações, sugerindo que o eritron não era um novo elemento, mas impurezas de cromo. E levou mais de vinte anos para que algo fosse conhecido sobre esse elemento esquecido descoberto em solos mexicanos..
Em 1830, o químico suíço Nils Gabriel Sefström, descobriu outro novo elemento nos minérios de ferro, que chamou de vanádio; nome que deriva da deusa nórdica Vanadís, em comparação de sua beleza com as cores brilhantes dos compostos deste metal.
Naquele mesmo ano, o geólogo alemão George William Featherstonhaugh observou que vanádio e eritron eram na verdade o mesmo elemento; E embora ele quisesse que o nome do Rio prevalecesse ao chamá-lo de 'Rionio', sua proposta não foi aceita.
Para isolar o vanádio era necessário reduzi-lo de seus minerais e, como o escândio e o titânio, essa tarefa não era fácil devido à sua tenaz afinidade com o oxigênio. Primeiro, ele teve que ser transformado em espécies que foram reduzidas com relativa facilidade; no processo, Berzelius obteve nitreto de vanádio em 1831, que ele confundiu com o metal nativo.
Em 1867 o químico inglês Henry Enfield Roscoe, conseguiu a redução do cloreto de vanádio (II), VCldois, ao vanádio metálico usando gás hidrogênio. No entanto, o metal produzido era impuro.
Finalmente, marcando o início da história tecnológica do vanádio, uma amostra de alta pureza foi obtida reduzindo o VdoisOU5 com cálcio metálico. Um de seus primeiros usos proeminentes foi fazer o chassi do carro Ford Model T..
Em sua forma pura, é um metal acinzentado com nuances azuladas, macio e dúctil. Porém, quando coberto com uma camada de óxido (principalmente o produto de um isqueiro), adquire cores marcantes como se fosse um camaleão de cristal.
50,9415 g / mol
1910 ° C
3407 ° C
-6,0 g / mL, à temperatura ambiente
-5,5 g / mL, no ponto de fusão, ou seja, dificilmente derrete.
21,5 kJ / mol
444 kJ / mol
Capacidade de calor molar
24,89 J / (mol K)
1 Pa a 2101 K (praticamente insignificante, mesmo em altas temperaturas).
1,63 na escala de Pauling.
Primeiro: 650,9 kJ / mol (V+ gasoso)
Segundo: 1414 kJ / mol (Vdois+ gasoso)
Terceiro: 2830 kJ / mol (V3+ gasoso)
6,7
Quando aquecido pode liberar gases tóxicos de VdoisOU5.
Uma das principais e marcantes características do vanádio são as cores de seus compostos. Quando alguns deles são dissolvidos em meio ácido, as soluções (principalmente aquosas) exibem cores que permitem distinguir um número ou estado de oxidação de outro..
Por exemplo, a imagem acima mostra quatro tubos de ensaio com vanádio em diferentes estados de oxidação. O da esquerda, amarelo, corresponde a V5+, especificamente como cátion VOdois+. Em seguida, é seguido pelo cátion VOdois+, com V4+, de cor azul; cátion V3+, verde escuro; e Vdois+, roxo ou lilás.
Quando uma solução consiste em uma mistura de compostos de V4+ e V5+, uma cor verde brilhante é obtida (produto de amarelo com azul).
A camada VdoisOU5 no vanádio protege-o de reagir com ácidos fortes, como sulfúrico ou clorídrico, bases fortes e, além da corrosão causada pelo aumento da oxidação.
Quando aquecido acima de 660 ° C, o vanádio oxida completamente, parecendo um sólido amarelo com brilho iridescente (dependendo dos ângulos de sua superfície). Este óxido amarelo-alaranjado pode ser dissolvido se ácido nítrico for adicionado, o que retornará o vanádio à sua cor prateada..
Quase todos os átomos de vanádio no Universo (99,75% deles) são sobre o isótopo 51V, enquanto uma porção muito pequena (0,25%) corresponde ao isótopo cinquentaV. Portanto, não é surpreendente que o peso atômico do vanádio seja 50,9415 u (mais próximo de 51 do que 50).
Os outros isótopos são radioativos e sintéticos, com meia-vida (t1/2) variando de 330 dias (49V), 16 dias (48V), algumas horas ou 10 segundos.
Os átomos de vanádio, V, estão dispostos em uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo (bcc), o produto de sua ligação metálica. Das estruturas, esta é a menos densa, com seus cinco elétrons de valência participando do "mar de elétrons", de acordo com a configuração eletrônica:
[Ar] 3d3 4sdois
Assim, os três elétrons do orbital 3d e os dois do orbital 4s se unem para transitar por uma faixa formada pela sobreposição dos orbitais de valência de todos os átomos V do cristal; claramente, explicação baseada na teoria da banda.
Como os átomos de V são um pouco menores que os metais à sua esquerda (escândio e titânio) na tabela periódica e, dadas suas características eletrônicas, sua ligação metálica é mais forte; um fato que se reflete em seu ponto de fusão mais alto e, portanto, com seus átomos mais coesos.
De acordo com estudos computacionais, a estrutura bcc do vanádio é estável mesmo sob enormes pressões de 60 GPa. Superada essa pressão, seu cristal passa por uma transição para a fase romboédrica, que permanece estável até 434 GPa; quando a estrutura bcc reaparece novamente.
A configuração eletrônica do vanádio por si só indica que seu átomo é capaz de perder até cinco elétrons. Quando isso acontece, o gás nobre argônio se torna isoeletrônico e a existência do cátion V é assumida.5+.
Da mesma forma, a perda de elétrons pode ser gradual (dependendo da espécie a que está ligada), tendo números de oxidação positivos que variam de +1 a +5; portanto, em seus compostos a existência dos respectivos cátions V é assumida+, Vdois+ e assim por diante.
O vanádio também pode ganhar elétrons, transformando-se em um ânion metálico. Seus números de oxidação negativos são: -1 (V-) e -3 (V3-) A configuração eletrônica do V3- isso é:
[Ar] 3d6 4sdois
Embora falte quatro elétrons para completar o preenchimento dos orbitais 3d, V é mais estável energeticamente3- que o V7-, que, em teoria, precisaria de espécies extremamente eletropositivas (para dar seus elétrons).
O vanádio confere resistência mecânica, térmica e vibracional, bem como dureza às ligas às quais é adicionado. Por exemplo, como ferrovanádio (liga de ferro e vanádio) ou carboneto de vanádio, é adicionado junto com outros metais no aço ou em ligas de titânio.
Desta forma, são criados materiais muito duros e ao mesmo tempo leves, úteis para serem usados como ferramentas (brocas e chaves), engrenagens, peças de automóveis ou aeronaves, turbinas, bicicletas, motores a jato, facas, implantes dentários, etc..
Além disso, suas ligas com gálio (V3Ga) são supercondutores e são usados para fazer ímãs. Além disso, devido à sua baixa reatividade, as ligas de vanádio são usadas em tubos por onde circulam reagentes químicos corrosivos..
O vanádio faz parte das baterias redox, VRB (por sua sigla em inglês: Vanadium Redox Batteries). Estes podem ser usados para promover a geração de eletricidade a partir da energia solar e eólica, bem como baterias em veículos elétricos.
O VdoisOU5 É usado para dar ao vidro e à cerâmica uma cor dourada. Por outro lado, sua presença em alguns minerais torna-os esverdeados, como acontece com as esmeraldas (e graças a outros metais também).
O VdoisOU5 É também um catalisador usado para a síntese de ácido sulfúrico e ácido anidrido maleico. Misturado com outros óxidos metálicos, catalisa outras reações orgânicas, como a oxidação de propano e propileno a acroleína e ácido acrílico, respectivamente..
Drogas compostas por complexos de vanádio foram consideradas possíveis e potenciais candidatas para o tratamento de diabetes e câncer..
Parece irônico que o vanádio, sendo seus compostos coloridos e tóxicos, seus íons (VO+, VOdois+ e VO43-, principalmente) em vestígios são benéficos e essenciais para os seres vivos; especialmente aqueles de habitats marinhos.
As razões estão centradas em seus estados de oxidação, com quantos ligantes no ambiente biológico ele coordena (ou interage), na analogia entre o ânion vanadato e fosfato (VO43- e PO43-), e em outros fatores estudados por químicos bioinorgânicos.
Os átomos de vanádio podem então interagir com os átomos pertencentes a enzimas ou proteínas, seja com quatro (tetraedro de coordenação), cinco (pirâmide quadrada ou outras geometrias) ou seis. Se quando isso ocorre uma reação favorável ao organismo é desencadeada, diz-se que o vanádio exerce atividade farmacológica.
Por exemplo, existem as haloperoxidases: enzimas que podem usar o vanádio como cofator. Existem também vanabinas (nas células de vanadócitos dos tunicados), fosforilases, nitrogenases, transferinas e albuminas séricas (de mamíferos), capazes de interagir com este metal..
Uma molécula orgânica ou complexo de coordenação de vanádio chamado amavadin, está presente nos corpos de certos fungos, como Amanita muscaria (imagem inferior).
E, finalmente, em alguns complexos, o vanádio pode estar contido em um grupo heme, como é o caso do ferro na hemoglobina..
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