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Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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| Reines
Vanadium ist ein grau glänzendes Schwermetall, das sich bereits im
kalten Zustand gut schmieden und walzen lässt. Geringste Verunreinigungen
erhöhen jedoch die Härte und vermindern die Dehnbarkeit. Obwohl
Vanadium ein relativ unedles Metall ist, wird es an der Luft nicht angegriffen,
da es sich sofort mit einer dünnen Oxidschicht überzieht und
dabei den Glanz beibehält. Oberhalb von 300°C beginnt aber eine
deutliche Oxidation, ab 600°C reagiert Vanadiumpulver zu Vanadium(V)-oxid:
4 V + 5 O2 
2 V2O5 DHR
= -1552 kJ/mol
Mit Chlor reagiert Vanadium zu Vanadiumchlorid, mit Stickstoff entsteht Vanadiumnitrid, bei Weißglut bildet sich mit Kohlenstoff Vanadiumcarbid. Vanadium ist gegen nichtoxidierende Säuren wie Salzsäure bei Raumtemperatur beständig. Heiße Salzsäure greift das Metall jedoch unter Wasserstoffentwicklung an. Oxidierende Säuren wie konzentrierte Salpetersäure oder Schwefelsäure lösen das Metall auf, wobei sich die entsprechenden Vanadiumsalze bilden. Mit konzentrierter Salpetersäure entsteht rotbraunes Stickstoffdioxid und Vanadiumnitrat, das bei Wasserzugabe eine blaue Lösung bildet. |
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Physiologie - Toxikologie |
| Vanadium
gehört zu den lebensnotwendigen Spurenelementen
des Menschen. In chemisch gebundener Form beeinflusst es als Coenzym die
Wirkung von Enzymen und ist für den Stoffwechsel der Hormone, der
Glucose, der Knochen und der Schilddrüsen von Bedeutung. Mangelerscheinungen
werden bisher in der medizinischen Literatur nicht beschrieben, vermutlich
nimmt der Mensch über die tägliche Nahrung genug auf. Als besonders
vanadiumreich gelten Spinat, Austern, Pilze, Vollkornprodukte, Fleisch
und Fisch.
Vanadiumstäube und einige anorganische Verbindungen haben sich im Tierversuch als krebserzeugend oder keimzellenschädigend erwiesen. Ein Problem für den Menschen tritt auf, wenn Arbeiter längere Zeit in einem Metallverhüttungsbetrieb arbeiten und die Stäube längere Zeit einatmen. Eine chronische Vanadiumvergiftung äußert sich in Schleimhautreizungen oder in chronischen Lungen- oder Darmerkrankungen. |
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Vorkommen |
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Vanadium
ist ein eher häufiges Element und steht mit einem Anteil von 0,014%
an 23. Stelle der Elementhäufigkeit zwischen
Strontium und Zink. Es kommt in der Natur nicht elementar vor. Ein bei
Mineraliensammlern bekanntes Vanadiumerz ist der Vanadinit
(Bleivanadanat), der vor allem in Marokko vorkommt. Dieses Erz spielt bei
der Vanadiumgewinnung jedoch kaum eine Rolle. Von größter Bedeutung
sind jedoch die Titanomagnetiterze, bei deren Verarbeitung zu Roheisen
Vanadium(V)-oxid in der Schlacke anfällt. Erze zur Vanadiumgewinnung
liefern Südafrika, die GUS-Statten, die USA und China.
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Geschichte |
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Die
Entdeckung des Elements Vanadium wird dem mexikanischen Mineralogen Andrés
Manuel del Río (1765-1849) zugeschrieben. Er entdeckte es im Jahre
1801 in einem Bleierz und benannte es zunächst "Eryhtronium". Der
französische Chemiker H.V. Collet-Descotils (1773-1815) hielt es danach
für unreines Chrom. Erst der schwedische Chemiker Niels Gabriel Sefström
aus Falun (1787-1845) bestätigte das neue Element und benannte es
nach der nordischen Schönheits- und Liebesgöttin Freya, die den
Beinamen Vanadis besaß. Um Verwechslungen mit der römischen
Zahl V zu vermeiden, wird gelegentlich auch das Symbol "Va" verwendet.
Die Herstellung von Vanadium in unreiner Form gelang dem englischen Chemiker
Sir Henry Roscoe (1833-1915) im Jahre 1867 in Manchester. Sehr reines Vanadium
stellten die Amerikaner J.W. Marden und N.M. Rich durch eine Reduktion
von Vanadium(V)-oxid mit Calcium im Jahre 1927 her.
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Herstellung |
| Durch
das Rösten oder das Auslaugen von Vanadiumerzen oder vanadiumhaltiger
Schlacken erhält man Vanadium(V)-oxid. Die Vanadiumherstellung erfolgt
dann durch eine Reduktion mit Calcium bei 950°C:
V2O5 + 5 Ca 2 V
+ 5 CaO
Man erhält relativ unreines Vanadium, das durch eine nachfolgende elektrolytische Raffination gereinigt werden kann. Ein anderes bedeutendes Verfahren ist das Aufwachsverfahren, in dem Vanadiumiodid bei ca. 1000°C unter Vakuum in einer Quarzglasapparatur erhitzt wird und sich das hochreine Metall dann auf einem glühenden Wolframdraht niederschlägt. |
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Verwendung |
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Vanadium
ist ein wichtiges Legierungsmetall in Baustählen und Werkzeugstählen.
Gehalte von bis zu 0,5% Vanadium erzeugen eine große Härte,
Stoßfestigkeit und Zähigkeit. Titan-Vanadium-Legierungen dienen
als Material in Brennstabhüllen für die Kernenergienutzung. Vanadium(V)-oxid
ist ein wichtiger Katalysator, zum Beispiel bei der Schwefelsäureherstellung
oder im chemischen Labor.
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Vanadiumverbindungen im Portrait |
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| Copyright: Thomas Seilnacht |
