Vanadio

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V
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Tabla completaTabla ampliada
V,23.jpg
Blanco agrisado
Vanadium-bar.jpg
Información general
Nombre, símbolo, número Vanadio, V, 23
Serie química Metales de transición
Grupo, período, bloque 5, 4, d
Masa atómica 50,9415  u
Configuración electrónica [ Ar]3 d34 s2
Dureza Mohs 7,0
Electrones por nivel 2, 8, 11, 2 ( imagen)
Propiedades atómicas
Radio medio 135  pm
Electronegatividad 1,63 ( Pauling)
Radio atómico (calc) 171  pm ( Radio de Bohr)
Radio covalente 125  pm
Radio de van der Waals Sin datos  pm
Estado(s) de oxidación 2, 3, 4, 5
Óxido Anfótero
1.ª Energía de ionización 650,9  kJ/mol
2.ª Energía de ionización 1414 kJ/mol
3.ª Energía de ionización 2830 kJ/mol
4.ª Energía de ionización 4507 kJ/mol
5.ª Energía de ionización 6298,7 kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido
Densidad 6110  kg/m3
Punto de fusión 2175 K (1902 °C)
Punto de ebullición 3682 K (3409 °C)
Entalpía de vaporización 0,452  kJ/mol
Entalpía de fusión 20,9  kJ/mol
Presión de vapor 3,06 Pa a 2175 K
Varios
Estructura cristalina Cúbica centrada en el cuerpo
N° CAS 7440-62-2
N° EINECS 231-171-1
Calor específico 490  J/( K· kg)
Conductividad eléctrica 4,89·106  S/ m
Conductividad térmica 30,7  W/(K·m)
Velocidad del sonido 4560  m/s a 293,15  K (20  °C)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del vanadio
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
48V Sintético 15,9735 d ε 4,012 48 Ti
49V Sintético 330 d ε 0,605 49 Ti
50V Sintético 1,4·1017 a ε
β
2,208
1,037
50 Ti
50 Cr
51V 100 % Estable con 28 neutrones
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.
[ editar datos en Wikidata]

El vanadio es un elemento químico de número atómico 23 situado en el grupo 5 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es V. Es un metal dúctil, blando y poco abundante. Se encuentra en distintos minerales y se emplea principalmente en algunas aleaciones. El nombre procede de la diosa de la belleza Vanadis en la mitología escandinava.

Es un metal suave, de color blanco agrisado, maleable y de transición dúctil. La formación de una capa de óxido del metal estabiliza al elemento contra la oxidación.

El elemento se encuentra naturalmente en minerales; hay cerca de sesenta y cinco diferentes tipos y en los depósitos de combustibles fósiles. Los más representativos son la patronita (un sulfuro complejo), la vanadinita [Pb5(VO4)3Cl] y carnotita [K(UO2)VO4·(3/2)H2]. Este último es más importante como mineral de uranio, pero también se puede recuperar el vanadio. Se produce en China y Rusia, otros países lo producen o bien por el polvo de combustión de aceite pesado, o como un subproducto de la minería de uranio. Se utiliza principalmente para producir aleaciones de aceros especiales, tales como aceros para herramientas de alta velocidad. El pentóxido de vanadio se utiliza como catalizador para la producción de ácido sulfúrico. El vanadio se encuentra en muchos organismos, y es utilizado por algunas formas de vida como un centro activo de las enzimas.

Características principales

Cristales de vanadio.

El vanadio es un metal de transición blanco agrisado, dúctil y brillante. Este metal de transición presenta una alta resistencia a las bases, al ácido sulfúrico (H2SO4) y al ácido clorhídrico (HCl). Reacciona con el agua regia o con una mezcla de ácido nítrico y fluoruro de hidrógeno.[2] Se obtiene de distintos minerales, así como de petróleos. También se puede obtener de la recuperación del óxido de vanadio (V) en polvos procedentes de procesos de combustión. Tiene algunas aplicaciones en atomística debido a su baja sección de captura de neutrones. Es un elemento esencial en algunos seres vivos, aunque no se conoce su función.

En sus compuestos presenta variados estados de oxidación, siendo los más comunes +2, +3, +4 y +5.[2]

Isótopos

En la naturaleza se puede encontrar un isótopo estable, el vanadio 51. Se han caracterizado quince radioisótopos, siendo los más estables el vanadio-50, con un periodo de semidesintegración de 1,5 × 1017 años, el vanadio-49, de 330 días, y el vanadio-48, de 159,735 días. El resto tienen periodos de semidesintegración de menos de una hora, siendo la mayoría de menos de diez segundos. Además, este elemento tiene un metaestado.

El peso atómico de los isótopos de vanadio va desde 43,981 uma (vanadio-43) hasta 59,959 uma (vanadio-59). El principal modo de decaimiento antes del isótopo más estable, vanadio-51, es la captura de electrones (siendo los principales productos de decaimiento isótopos del elemento 22, titanio), mientras que después de éste, es la desintegración beta (dando como principales productos de decaimiento isótopos del elemento 24, cromo).

Química y compuestos del vanadio

Cadena de metavanadiato.
Pentaóxido de vanadio.

La química de vanadio es notable por la accesibilidad de los cuatro estados de oxidación adyacentes. Los estados de oxidación más comunes del vanadio son +2, +3, +4 y +5. El óxido de vanadio (II) es un agente reductor, mientras que el óxido de vanadio (V) es un agente oxidante del óxido de vanadio (IV). A menudo existen compuestos de vanadio como los derivados que contengan dióxido de vanadio (VO2).[2]

El vanadato de amonio (V) (NH4VO3) puede ser reducido sucesivamente con zinc para obtener los diferentes colores de vanadio en estos cuatro estados de oxidación. Los estados de oxidación bajos se producen en los compuestos tales como V(CO)6, [V(CO)6]- y sus derivados sustituyentes.[2]

La batería redox de vanadio utiliza estos estados de oxidación; la conversión de estos estados de oxidación es ilustrada por la fuerte reducción de una solución de ácido de vanadio (V) compuesto con polvo de zinc. La primera característica de color amarillo de los iones de vanadato (VO43-), se sustituye por el color azul [VO(H2O)5]2+, seguido por el color verde [V(H2O)6]3+ y luego violeta [V(H2O)6]2+.[2]

El compuesto de mayor importancia es el pentóxido de vanadio, que se utiliza como un catalizador para la producción de ácido sulfúrico. El pentóxido de vanadio se obtiene por reacción del metal finamente dividido en un exceso de oxígeno. Este compuesto reacciona con el hidróxido de sodio para producir disoluciones incoloras y, en la región altamente alcalina, pH>13, el ion principal es el vanadato (VO4-3). Según se reduce la basicidad, se pueden obtener otros aniones del vanadio (vanadatos). Este compuesto oxida el dióxido de azufre (SO2) a trióxido (SO3). En esta reacción redox, el azufre se oxida de +4 a +6, y el vanadio se reduce de +5 a +3:

V2O5 + 2SO2 → V2O3 + 2SO3

El catalizador se regenera por oxidación con el aire:

V2O3 + O2 → V2O5

El pentaóxido de vanadio, V2O5, que se suele obtener como un sólido pulverulento de color naranja, es un agente oxidante, y se emplea como catalizador y como colorante

Compuestos del vanadio

El vanadio puede tener los estados de oxidación +2, +3, +4 y +5, siendo los más frecuentes los estados +4 y +5. Los haluros son conocidos por los estados de oxidación +2, +3 y +4. El tetracloruro de vanadio (VCl4) es el más importante de manera comercial ya que se utiliza principalmente como catalizador para la polimerización de dienos. Se puede obtener por la reacción del vanadio y cloro gaseoso, por acción del tetracloruro de carbono sobre el pentóxido de vanadio al rojo o por cloración del ferrovanadio. El VCl4 es un líquido de consistencia oleosa que se hidroliza violentamente con el agua para dar disoluciones de oxicloruro de vanadio (IV) (VOCl2). El tetracloruro de vanadio al ser calentado con reflujo pierde cloro diatómico y forma el tricloruro de vanadio (VCl3). A más de 450°C el tricloruro de vanadio (color violeta) se desproporciona a tetracloruro de vanadio y dicloruro de vanadio (VCl2) de color verde pálido. Otros halogenuros han sido descritos.[3]

El pentaflurouro de vanadio VF5 (incoloro, pf. 19.5°C, p.e. 48°C) al reaccionar con tricloruro de fósforo (PCl3) produce el tetrafluoruro de vanadio (color verde limón, sublima a más de 150°C y se descompone para formar el trifluoruro de vanadio) El trifluoruro de vanadio (VF3) es un compuesto amarillo verdoso que por acción del hidrógeno diatómico y fluoruro de hidrógeno produce el difluoruro de vanadio (VF2), color azul. Todos los halogenuros de vanadio actúan como ácidos de Lewis.

Los vanadatos contienen vanadio pentavalente, análogos a los fosfatos. El ácido vanádico como los ácidos fosfóricos, existe en las formas orto, piro y meta (HVO3, H2V2O7 y H3VO4) A diferencia de las sales del ácido fosfórico, los metavanadatos son los más estables y los ortovanadatos los menos estables. Una disolución de un ortovanadato pasa por ebullición a metavanadato. En disoluciones fuertemente ácidas están presentes los cationes dioxovanadio (V) VO2+.

Compuestos de coordinación

Modelo del VO(acac)2.

El vanadio se ubica entre los metales de transición, lo que ofrece tres características poco usuales de la química de la coordinación de vanadio. En primer lugar, el vanadio metálico tiene la configuración electrónica [Ar]4s23d3. En consecuencia, la mayoría de los compuestos binarios son ácidos Lewis (aceptores de pares de electrones); un ejemplo claro son todos los haluros que forman ductos octaédricos con la fórmula VXnL6−n (X= haluro, L= otros ligandos).[5]

Compuestos organometálicos

La química organometálica de vanadio es muy compleja, pero los compuestos organometálicos son de importancia comercial menor. El dicloro vanadoceno es un reactivo de partida versátil e incluso tiene aplicaciones de menor importancia en la química orgánica.[10]

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