Vanad

Vanad
[Ar] 3d3 4s2 50 V 23
↓ Periodická tabulka ↓
Obecné
Název, značka, číslo	Vanad, V, 23
Cizojazyčné názvy	lat. Vanadium
Skupina, perioda, blok	5. skupina, 4. perioda, blok d
Chemická skupina	Přechodné kovy
Koncentrace v zemské kůře	135 až 150 ppm
Koncentrace v mořské vodě	0,002 mg/l
Vzhled	Šedo-bílý kov
Identifikace
Registrační číslo CAS	7440-62-2
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost	50,9415
Atomový poloměr	134 pm
Kovalentní poloměr	153 pm
Iontový poloměr	59 pm
Elektronová konfigurace	[Ar] 3d3 4s2
Oxidační čísla	−I, I, II, III, IV, V
Elektronegativita (Paulingova stupnice)	1,63
Ionizační energie
První	650,9 KJ/mol
Druhá	1414 KJ/mol
Třetí	2830 KJ/mol
Čtvrtá	4800 KJ/mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava	Krychlová
Molární objem	8,32×10−6 m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota	6,0 kg/dm3
Skupenství	Pevné
Tvrdost	6,7
Tlak syté páry	100 Pa při 2523K
Rychlost zvuku	4560 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost	30,7 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání	1909,85 °C (2 183 K)
Teplota varu	3406,85 °C (3 680 K)
Skupenské teplo tání	21,5 KJ/mol
Skupenské teplo varu	495 KJ/mol
Měrná tepelná kapacita	490 Jkg−1K−1
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost	4,89×106 S/m
Měrný elektrický odpor	197 nΩ·m
Standardní elektrodový potenciál	−1,18 V
Magnetické chování	Paramagnetický
Bezpečnost
R-věty	R17, R36/37/38
S-věty	S7, S26, S33, S37, S43, S60
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P 48V umělý 15,973 5 dne ε β+ 4,015 0 48Ti 49V umělý 330 dní ε 0,601 9 49Ti 50V 0,250% 1,4×1017 roků ε β+ 2,207 6 50Ti 50V umělý 1,4×1017 roků β− 1,038 1 50Cr 51V 99.75% je stabilní s 28 neutrony
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Titan ≺ V ≻ Chrom ⋎ Nb

Vanad (chemická značka V, latinsky Vanadium) je spolu s niobem a tantalem členem 5. skupiny periodické tabulky prvků. Vanad patří mezi kovové prvky. V praxi je používán pro výrobu speciálních slitin a průmyslových katalyzátorů.

Poprvé ho objevil v roce 1801 A. M. del Rio ve vzorku mexické olověné rudy. Ale pod vlivem nesprávných názorů H. V. Collet-Descotilse od svého objevu upustil. Znovu byl tento prvek objeven v roce 1830 N. G. Sefströmem ve švédských železných rudách. Název získal podle skandinávské bohyně krásy Vanadis. Čistý kov izoloval v roce 1867 H. E. Roscoe redukcí chloridu vanadičného VCl₅ vodíkem.

Vanad je tvrdý, šedo-bílý, kujný kov s vysokými teplotami tání a varu. Naopak za teplot pod 5,38 K je supravodivý. Při přidání malého množství uhlíku nebo oxidu k vanadu se jeho teploty tání a varu ještě zvyšují. Chemicky je poměrně značně odolný jak vůči běžným kyselinám tak alkáliím. Za normálních podmínek reaguje pouze s kyselinou fluorovodíkovou a lučavkou královskou. Za zvýšené teploty však poměrně snadno podléhá oxidaci vzdušným kyslíkem. Vanad se za tepla slučuje také s dusíkem, uhlíkem, křemíkem, arsenem a dalšími prvky.

V chemických sloučeninách se vyskytuje v řadě mocenství od mocenství V⁺² po V⁺⁵. V některých komplexech se vyskytuje s oxidačním číslem V^+I a V^−I.

Obsah vanadu v zemské kůře je 136 ppm (19. nejrozšířenější prvek). Jeho obsah v mořské vodě činí přibližně 0,002 mg/l. Ve vesmíru připadá jeden atom vanadu na 50 milionů atomů vodíku.

Navzdory jeho poměrné velkému průměrnému obsahu v zemské kůře existuje jen několik bohatších ložisek. Většina vanadu se získává jako vedlejší produkt při zpracování některé z asi 60 rud, v nichž je obsažen. Mezi nejdůležitější minerály patří polysulfid patronit VS₄. Nejčastěji se však vanad vyskytuje v rudách ve formě sloučeniny s kyslíkem. Příkladem může být vanadinit – podvojný chlorid-vanadičnan olovnatý PbCl₂·3Pb₃(VO₄)₂ nebo carnotit [K₂(UO₂)₂(VO₄)₂.3H₂O]. Zajímavý je i poměrně významný obsah vanadu v surové ropě nebo uhlí.

Vanad se vyrábí pražením rozdrcené rudy nebo zbytků kovového vanadu s chloridem sodným (NaCl) nebo uhličitanem sodným (Na₂CO₃) při teplotě 850 °C. Tímto procesem vzniká vanadičnan sodný NaVO₃, který se louží vodou. Okyselením získaného výluhu na pH 2–3 dojde k vysrážení polyvanadičnanu (červený koláč), z něhož můžeme tavením při 700 °C získat černý technický oxid vanadičný V₂O₅.

V dalším kroku se tento oxid zredukuje pomocí kovového hliníku. Příprava čistého kovového vanadu se provádí redukcí VCl₅ vodíkem nebo hořčíkem.

Vysoce čistý vanad můžeme získat reakcí surového vanadu s jodem (van Arkelův proces) při teplotě 850 °C, vzniklý těkavý jodid vanaditý se následně rozkládá na wolframovém vlákně při teplotě 1000 °C.^[1]

2 V + 3 I₂ ⇌ 2 VI₃

Vanad se přidává do vysoce kvalitních ocelí s vysokým obsahem chromu, kde tvoří s uhlíkem karbid V₄C₃. Ten se v oceli rozptýlí a tím zjemňuje zrnitou strukturu oceli, která je díky tomu odolnější proti opotřebení (především za vyšších teplot). Jiným příkladem železných speciálních slitin je například Vicalloy, obsahující 9,5 % vanadu, 52 % kobaltu a 38,5 % železa. Uvedené nerezové slitiny na bázi ocelí se využívají pro výrobu chirurgických nástrojů a dalších průmyslových komponent, které vykazují vysokou chemickou i mechanickou odolnost.

Slitiny s titanem a hliníkem se vyznačují vynikající mechanickou odolností a nízkou hustotou a nacházejí uplatnění při výrobě leteckých motorů a speciálních součástek pro konstrukci letadel a kosmických sond, družic a podobných aplikací.

V poslední době se uplatňuje i při výrobě elektrických článků a baterií a slitiny vanadu s galliem patří k materiálům pro přípravu supravodivých magnetů.

Vanad se užívá také k přípravě organokovových sloučenin. Nejznámější je vanadocen. V poslední době je zkoumána antitumorová aktivita derivátů vanadocendihalogenidů, které by mohly později sloužit jako chematerapeutika místo cis-platiny.

Tenká vrstva oxidu vanadičitého (VO₂) vyloučená na skleněném povrchu pohlcuje dopadající infračervené záření a současně neovlivňuje optické vlastnosti skla ve viditelné oblasti spektra. Nanokrystalický VO₂ je v současné době předmětem intenzivního výzkumu jako polovodič, protože při teplotě kolem 70 °C u něj dochází ke skokové přeměně jeho vodivostních charakteristik z vodiče na polovodič elektrického proudu. Teplota přechodu může být navíc výrazně ovlivněna přídavky stopových množství dalších příměsí.

Průmyslové katalyzátory na bázi oxidu vanadičného (V₂O₅) se využívají při výrobě kyseliny sírové tzv. kontaktním způsobem při oxidaci oxidu siřičitého na oxid sírový a v syntéze některých organických sloučenin.

Potravou se do organizmu dostává jako složka rostlinných olejů, některých minerálních vod, vyšší koncentraci vanadu nalezneme i v rybím mase a zelenině.

Je základním stavebním kamenem některých enzymů jako například nitrogenázy, která je nezbytná pro funkci mikroorganizmů, která zprostředkují fixaci dusíku v půdě a tím jeho dostupnost pro výživu rostlin.

Poslední výzkumy naznačují, že některé sloučeniny vanadu příznivě ovlivňují stav nemocných cukrovkou (diabetes mellitus), ale přesný popis funkce vanadu v metabolismu cukrů zatím není znám.^[2][3]

Vanad má význam i při syntéze krevního barviva hemoglobinu, které slouží pro přenos kyslíku krví z plic do tělesných tkání. Dlouhodobý nedostatek vanadu ve stravě se proto může projevit chudokrevností.^[4]

Nadbytek vanadu působí naopak výrazně negativně. Toxicita sloučenin vanadu se uplatňuje především při každodenní expozici postižených osob nadměrným dávkám tohoto prvku při jeho výrobě a metalurgickém zpracování nebo z kontaminovaných důlních vod.^[5]

Chronická otrava vanadem se projevuje zvracením, průjmem, bolestí břicha, poklesem krevního tlaku, zrychlením tepu srdce, sníženou hladinou krevního cukru, selháním jater a nadledvin.^[5]

Čína uzavřela v říjnu 2008 tři továrny na výrobu vanadu poté, co kvůli jejich provozu onemocnělo 1000 lidí kožními chorobami. Továrny v okrsku Ťien-li v provincii Che-pej byly poprvé uzavřeny již v roce 2006, ale majitelé výrobu nelegálně obnovili.^[6]

• Cotton F.A., Wilkinson J.: Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, Academia, Praha 1973
• Holzbecher Z.: Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
• Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
• N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9
• Vladimír Bencko, Miroslav Cikrt, Jaroslav Lener: Toxické kovy v životním a pracovním prostředí člověka, Grada 1995, ISBN 80-7169-150-X

• Obrázky, zvuky či videa k tématu vanad na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo vanad ve Wikislovníku
• (česky) Chemický vzdělávací portál
• ATSDR – ToxFAQs: Vanadium