化学元素钒
钒是一种化学元素,化学符号是V,原子序数是23。钒是英文中钒的音译,其词根来源于古代日耳曼语中日耳曼神话中美丽女神的名字Vanadis。这个名字来源于许多五颜六色的钒化合物。
钒的传说:
很久以前,在遥远的北方,住着一位美丽的女神,名叫瓦娜狄斯。有一天,远方的客人敲门,女神正悠闲地坐在扶手椅上。她想,如果他再敲门,我就开门。然而,敲门声停止了,客人离开了。女神想知道这个人是谁,为什么缺乏自信。她打开窗户往外看。哦,原来是一个叫沃勒的男人从她的院子里走出来。过了几天,女神又听到有人敲门。这一次,敲门声持续而坚定,直到女神开门。这是一个英俊的年轻人,名叫瑟夫·斯道姆。女神很快爱上了他,并生下了儿子钒。虽然故事很生动,但不是很准确。原来,第一次敲门的是墨西哥化学家里奥,第二次敲门的是德国化学家沃勒。虽然他们发现了一种新元素,但他们无法证实自己的发现,甚至误以为这种元素是“铬”。塞弗·斯托姆(Sefer storm)通过坚持不懈的努力,从一种铁矿石中得到了这种新元素,并以女神瓦那迪斯的名字命名为“钒”。
钒是一种稀有、弱且粘稠的过渡金属。它的矿物通常与其他金属的矿物混合在一起。在材料工程中一般用作合金成分。
钒钢可以通过将钒混入钢中制成。钒钢比普通钢结构更致密,具有更高的韧性、弹性和机械强度。钒钢穿甲弹可以穿透40厘米厚的钢板。但在钢铁行业,不是将纯金属钒加入钢中制成钒钢,而是直接用含钒铁矿石制成钒钢。
钒的化学性质非常稳定,在室温下不会被氧化。钒对盐溶液和海水具有很高的耐腐蚀性。碱性溶液和硫酸对其无影响,氢氟酸、热浓硫酸和硝酸、王水能溶解钒。熔融碱、碳酸钾、硝酸钾能溶解钒,形成钒酸盐。钒与硅和碳形成的硅化物和碳化物具有高硬度和化学稳定性。
钝金属钒是在钢制容器中用钙还原五氧化二钒制成的。洗涤后,获得的金属钒颗粒在真空炉中熔化成块状,这样获得的金属含有99.99%的钒。
钒盐的颜色真的是五颜六色,有绿的,有红的,有黑的,有黄的。绿如碧玉,黑如浓墨。比如二价钒盐往往是紫色的;三价钒盐为绿色,四价钒盐为浅蓝色,四价钒的碱性衍生物常为棕色或黑色,五氧化二钒为红色。这些五颜六色的钒化合物被制成明亮的颜料:可以加入玻璃中制成彩色玻璃,也可以用来制作各种墨水。
在高于933K(660C)的温度下,钒被氧化成V2O5。钒的结构强度相当高。但钒是易燃的,钒化合物是剧毒的,含钒粉尘吸入后会导致肺癌。
在氧化物中,钒一般是+5价,但也有+2、+3、+4价的氧化物,但很容易转化为+5价的氧化物。二价和三价氧化钒是碱性的,四价氧化钒是两性的,五价氧化钒是酸性的。
钒在自然界中一般以化合物的形式存在。自然界中约有65种钒化合物,在铝土矿、石油、煤和油页岩中也有大量的钒,特别是在委内瑞拉和加拿大。光谱分析表明,在太阳光和一些恒星的表面也发现了钒。
纯金属钒一般是在高压下用钾还原五氧化二钒得到的。大多数钒是其他矿物加工的副产品。
大约80%的钒和铁用作钢中的合金元素。含钒的钢坚硬而坚实,但一般钒含量小于1%。
它的矿物通常与其他金属的矿物混合在一起。像其他铁合金一样,钒主要用于冶金,作为催化剂和还原剂。然而,由于钒能增加钢的耐磨性和延展性,所以它在优质钢、特殊钢、棒材、板材和型材中受到青睐。
如果钢是老虎,那么钒就是翅膀,含钒的钢更厉害。只要在钢中加入百分之几的钒,就可以大大增加钢的弹性和强度,钢具有优异的耐磨性和抗爆裂性,既耐高温又耐极寒。难怪汽车、航空、铁路、电子科技、国防工业等部门随处可见钒。此外,钒的氧化物已成为化学工业中最好的催化剂之一,被称为“化学面包”。看来,瓦那迪斯的“儿子”正在受到世人的青睐。
美国汽车巨头福特曾说:“没有钒,就没有我的车。”
1905年,福特参加了一场大型的汽车比赛,赛场上发生了意外。两辆汽车相撞,严重受损。福特仔细观察了肇事汽车,捡起了其中一辆法国汽车的气门杆碎片。福特注意到阀杆比正常尺寸小,决定拿回去检查。
分析结果表明,这种钢特别坚固,非常坚硬。不同寻常的是,它的成分中含有钒。福特深受启发,决定在自己的汽车工业中使用钒钢。福特汽车克服重重困难,以轻巧、坚固、低价击败老对手法国汽车。
含钒的合金有:
用于医疗器械的特殊不锈钢
用于工具的不锈钢
与铝一起,它被用作高速飞机涡轮喷气发动机中的钛合金。
含钒钢常用于轴和齿轮等关键机械零件。
钒吸收裂变中子的半径很小,所以用于核工业。
钒被用来在炼钢中导致碳化物的形成。
当在钢上涂覆钛时,钒通常用作中间层。
钒镓合金可用于制作超导电磁铁,其磁场强度可达175000高斯。
钒在马来酸酐和硫酸的生产中用作催化剂。
五氧化二钒(V2O5)作为催化剂用于制造特种陶瓷。
中国钒资源丰富。钒矿物主要分布在四川攀枝花和河北承德,多以石煤形式存在。
钒的应用范围
应用领域占总量的比例(%)主要用途产品
碳钢25增强FeV
HSLA钢铁25号楼,输油管道FeV
高合金钢20铸件、石油管件FeV
工具钢15高速工具钢,耐磨FeV(80%V)
钛合金10喷气发动机零件,飞机机身用钒铝基合金。
化学5。由硫酸和马来酸酐生产V2O5和其他钒化合物。