Vanádio

O vanádio (homenagem a deusa Vanadis) é um elemento químico , símbolo V, número atômico 23 (23 prótons e 23 elétrons) de massa atómica 51 u que, nas condições ambientes, é encontrado no estado sólido.

Foi descoberto pelo mineralogista espanhol Andrés Manuel del Río, no México, em 1801, num mineral de chumbo. Em 1830, o sueco Nils Gabriel Sefström descobriu o elemento num óxido que encontrou enquanto trabalhava numa mina de ferro e deu-lhe o nome pelo qual é conhecido atualmente.

Está situado no grupo 5 ( 5B ) da tabela periódica dos elementos. É um metal dúctil, macio e apesar de ser bem mais abundante que o cobre, com uma abundância crustal de 160 ppm, forma poucos minerais. A razão do vanádio formar tão poucos minerais reside no facto de o ião (ion) V³⁺ ser geoquimicamente semelhante ao ião Fe³⁺, um ião abundante e constituinte de muitos minerais. Assim, o ião V³⁺ geralmente substitui o Fe³⁺ nos minerais (notavelmente na magnetita) em lugar de formar os seus próprios minerais. É, ainda assim, encontrado em diversos minerais, e é empregado principalmente em algumas ligas metálicas.

Titânio - Vanádio - Crômio V Nb Tabela Periódica
Geral
Nome, símbolo, número	Vanádio, V, 23
Classe , série química	Metal , transição
Grupo, período, bloco	5, 4 , d
Densidade, dureza	6110 kg/m3, 7,0
Cor e aparência	Cinza prateado metálico , metálico
Propriedades atômicas
Massa atómica	50,9415(1) u
Raio atómico ( calculado )	135 (171) pm
Raio covalente	125 pm
Raio de van der Waals	sem dados
Configuração electrónica	[Ar]3d34s2
Elétrons por Nível de energia	2, 8, 11, 2
Estados de oxidação (óxido)	5,3 (Anfótero)
Estrutura cristalina	Cúbica centrada no corpo
Propriedades físicas
Estado da matéria	sólido (__)
Ponto de fusão	2183 K (1910 °C)
Ponto de ebulição	3680 K (3407 °C)
Volume molar	8,32 ×10−6 m3/mol
Entalpia de vaporização	0,452 kJ/mol
Calor de fusão	20,9 kJ/mol
Pressão de vapor	3,06 Pa a 2175 K
Velocidade do som	4560 m/s a 293,15 K
Informações diversas
Eletronegatividade	1,63 (Escala de Pauling)
Capacidade calorífica	490 J/(kg·K)
Condutividade elétrica	4,89 106/m ohm
Condutividade térmica	30,7 W/(m·K)
1a Potencial de ionização	650,9 kJ/mol
2a Potencial de ionização	1414 kJ/mol
3a Potencial de ionização	2830 kJ/mol
4a Potencial de ionização	4507 kJ/mol
5a Potencial de ionização	6298,7 kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD ED MeV PD 48V 15,9735 dias ε 4,012 48Ti 49V {sintético} 330 dias ε 0.602 49Ti 50V {sin.} 1,4E17 anos ε β 2,208 1,037 50Ti 50Cr 51V 100% vanádio é isótopo estável com 28 nêutrons
Unidades SI e CNTP exceto onde indicado o contrário.

Características principais

O vanádio é um metal de transição mole, dúctil de cor cinzenta e brilhante. Apresenta alta resistência ao ataque das base, ao ácido sulfúrico (H₂SO₄) e ao ácido clorídrico (HCl). É obtido a partir de diversos minerais, até do petróleo. Também pode ser obtido da recuperação do óxido de vanádio em pó procedente de processos de combustão. Tem algumas aplicações nucleares devido a sua baixa captura de nêutrons. É um elemento químico essencial em alguns seres vivos, embora não seja conhecida exatamente a sua função. Nos seus compostos apresenta estados de oxidação +2, +3, +4 e +5.

Aplicações

Aproximadamente 80% do vanádio produzido é empregado como ferrovanádio ou como aditivo em aço.

• É usado para a produção de aços inoxidáveis para instrumentos cirúrgicos e ferramentas, em aços resistentes a corrosão e, misturado com alumínio em ligas de titânio, é empregados em motores de reação. Também, em aços,empregados em eixos de rodas. engrenagens e outros componentes críticos.
• É um importante estabilizador de carbetos na fabricação de aços.
• Emprega-se em alguns componentes de reatores nucleares.
• Forma parte de alguns imãs supercondutores.
• Alguns compostos de vanádio são utilizados como catalisadores na produção de anidrido maleico e ácido sulfúrico. É muito usado o pentóxido de vanádio, V₂O₅, empregado em cerâmicas.V.

História

O vanádio (da deusa da beleza na mitologia Escandinava "Vanadis" devido a coloração de seus compostos), foi descoberto, em princípio, por um mineralogista espanhol Andrés Manuel del Río, no México, em 1801, num mineral de chumbo. Primeiro denominou de "pancromo" , devido a semelhança de sua cores com as do crômio, depois de "eritrônio" devido a coloração de seus sais (tornavam-se vermelhos quando aquecidos).

Entretanto, o químico Francês Hippolyte Victor Collet-Descotils questionou a descoberta alegando que o obtido tratava-se realmente do crômio impuro, provocando a retratação de Andrés Manuel del Río.

Em 1830, o sueco Nils Gabriel Sefström descobriu o elemento num óxido que encontrou enquanto trabalhava numa mina de ferro e deu-lhe o nome pelo qual é conhecido atualmente. Mais tarde, em 1831, Friedrich Woehler concluiu que este elemento se tratava do mesmo elemento descoberto em 1801 por Andrés Manuel del Rio.

O vanádio metálico foi obtido em 1867 por Henry Enfield Roscoe, mediante a redução do tricloreto de vanádio, VCl₃ , com hidrogênio.

Compostos

• Apresenta vários estados de oxidação, com diferentes colorações. Mediante uma experiência simples é possível apreciar a relação:

Partindo-se de vanadato de amônio ( NH₄VO₄ ), e empregando-se zinco metálico, em meio ácido, produzem-se as seguintes reações:

VO₄^3- (incolor) → [VO(OH₂)₅]²⁺ (azul) → [V(OH₂)₆]³⁺ (verde) → [V(OH₂)₆]²⁺ (violeta)

• O pentóxido de vanadio, V₂O₅, que é obtido como sólido pulverizado de coloração alaranjada, é um agente oxidante , e é empregado como catalisador , na indústria de corantes como mordente e na produção de anilina negra.
• A unidade, VO²⁺, na qual o vanádio apresenta estado de oxidação +4, com ligação V-O dupla, pode ser encontrado em diversos complexos de vanádio, geralmente com quatro ligantes formando una pirâmide de base quadrada.

Papel biológico

O vanádio é um elemento essencial em alguns organismos. Em humanos não está demonstrada a sua essencialidade, ainda que existam compostos de vanádio que imitam e potencializam a atividade da insulina.

É encontrado em algumas enzimas de diferentes seres vivos. Por exemplo, nas "haloperoxidases" (geralmente bromoperoxidases) de algumas algas, que reduzem peróxidos e halogenam um substrato orgânico.

As ascídias (alguns organismos marítimos urocordados, do subfilo urochordata) armazenam altas concentrações de vanádio, em torno de um milhão de vezes mais altas que na água ao seu redor, encontrando-se numa molécula denominada "hemovanadina". Nestes organismos o vanádio se armazena em células chamadas de "vanadócitos".

Também acumulam altas concentrações de vanádio o fungo amanita muscaria. Forma-se um complexo com um ligante ionóforo chamado "amavadina".

Abundância e obtenção

O Vanádio é muito utilizado na fabricação de ferramentas, como a chave dessa fotografia.

O vanádio nunca é encontrado no estado nativo, porém está presente em cerca de 65 minerais diferentes, entre os quais se destacam a patronita, VS₄, a vanadinita, Pb₅(VO₄)₃Cl, e a carnotita, K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O. Também é encontrado na bauxita, assim como em depósitos que contém carbono, como por exemplo no carvão, óleos crus de petróleo. É extraído do petróleo empregando porfirinas. É encontrado também em minérios de ferro, rochas vulcânicas e argilominerais.

A maior parte das reservas mundiais, cerca de 10 milhões de toneladas, encontram-se na Rússia, China e África do Sul.

Os minérios que contém vanadatos são dissolvidos por uma fusão alcalina. Em meio ácido, após outros processos, é obtido o V₂O₅ que, reduzido parcialmente com carbono e, em seguida com cálcio em atmosfera de argônio, o que permite obter vanádio metálico.

Quando se parte de um mineral que não contenha vanadatos, porém contém sulfeto deste elemento, este é oxidado a vanadato e, posteriormente, realizam-se os mesmos procedimentos descritos para a obtenção do vanádio.

O método mais comum de obtenção do vanádio é pela redução do pentóxido de vanádio, V₂O₅, e cloreto de cálcio a uma temperatura de 950 °C em bomba de aço, sob pressão.

V₂O₅ + 5 Ca + 3 CaCl₂ ---> 2 V + 5 ( CaO + CaCl₂ )

Para a obtenção do vanádio pode-se também utilizar a aluminotermia, que consiste em aquecer o óxido misturado com alumínio em pó:

3 V₂O₅ + 10 AL ---> 6 V + 5 Al₂O₃

Para a obtenção de um vanádio mais puro pode-se empregar também o método Van Arkel-de Boer, que é a formação de um composto mais volátil para posterior decomposição.

Isótopos

Na natureza se encontra um único isótopo estável, o vanádio-51. São conhecidos quinze radioisótopos, sendo os mais estáveis o vanádio-50, com uma meia-vida de 1,4 x 10¹⁷ anos, o vanádio-49, de 330 dias, e o vanádio-48, de 15,9735 dias. Os demais apresentam vidas médias de menos de uma hora, a maioria com menos de dez segundos. Este elemento apresenta um meta estado.

As massas atômicas dos isótopos de vanádio variam desde 43,981 u, do vanádio-43, até 59,959 u do vanádio-59. O principal modo de decaimento dos isótopos de massas abaixo do isótopo mais estável, vanádio-51, é a captura eletrônica, sendo os principais produtos do decaimento os isótopos do elemento 22 (titânio). Naqueles com massa superior ao vanádio-51, o decaimento é a desintegração beta , originando como principais produtos resultantes do decaimento os isótopos do elemento 24, o crômio.

Precauções

O pó metálico é pirofórico e os compostos de vanádio deveriam ser considerados como altamente tóxicos. Sua inalação pode causar câncer de pulmão.

A Administração de Segurança e Saúde Ocupacional americana (OSHA) tem estabelecido um limite de exposição para o pó de pentóxido de vanádio de 0,05 mg/m³, e de 0,1 mg/m³ para o gás de pentóxido de vanádio no ar do local de trabalho para uma jornada de 8 horas, 40 horas semanais. O Instituto Nacional de Saúde e Segurança Ocupacional americano (NIOSH) recomenda que deve considerar-se perigoso para a saúde um nível de 35 mg/m³ de vanádio. Este nível pode causar problemas permanentes de saúde ou morte.

Referências

• Mineral resources, economics and the environment, Stephen E. Kesler, Maxwell MacMillan, 1994, ISBN 0-02-362842-1

Ligações externas

• WebElements.com - Vanadium
• EnvironmentalChemistry.com - Vanadium
• AMM.com Vanadium Profile
• Mineral Information Institute - Vanadium
• ATSDR - ToxFAQs: Vanadium