바나듐

Vanadium
이 기사는 화학 원소에 관한 것이다.다른 용도는 바나듐(동음이의)을 참조하십시오.
바나듐, V
Vanadium etched.jpg
바나듐
발음/vəˈneɪdiəm/ (və-Nay-dee-əm)
외관푸른빛이 도는 금속
표준 원자량Ar, std(V)50.9415(1)[1]
주기율표의 바나듐
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
–
↑
V
↓
Nb
티타늄 ← 바나듐 → 크롬
원자번호 (Z)23
그룹5그룹
기간4주기
블록 d-블록
전자 구성[Ar] 3d3 4s2
셸당 전자2, 8, 11, 2
물리적 성질
위상 STP서실체가 있는
녹는점2183 K(1910 °C, 3470 °F)
비등점3680K(3407°C, 6165°F)
밀도 (근처 )6.11 g/cm3
액체가 있을 때 ( )5.5g/cm3
융해열21.5 kJ/mol
기화열444 kJ/mol
어금니열용량24.89 J/(몰·K)
증기압
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에서 2101 2289 2523 2814 3187 3679
원자성
산화 상태-3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5(암포테릭 산화물)
전기성폴링 척도: 1.63
이온화 에너지
  • 1차: 650.9 kJ/mol
  • 2위: 1414 kJ/mol
  • 3위: 2830kJ/mol
  • (더)
원자 반지름경험적: 134pm
공동 반지름오후 153±8시
Color lines in a spectral range
바나듐의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생원시적인
결정구조 신체 중심 입방체(BCc)
Body-centered cubic crystal structure for vanadium
음속 얇은 막대기4560m/초(20°C)
열팽창8.4 µm/(m³K)(25°C)
열전도도30.7 W/(m³K)
전기저항도197 NΩ⋅m(20°C)
자기순서파라자성의
어금니 자기 감수성+255.0×10cm−63/mol(298K)[2]
영의 계량GPA 128
전단 계수47 GPA
벌크 계량160 GPA
포아송 비율0.37
모스 경도6.7
비커즈 경도MPa 628–640
브리넬 경도MPa 600-742
CAS 번호7440-62-2
역사
디스커버리닐스 가브리엘 세프스트룀(1830)
제1격리듬헨리 엔필드 로스코(1867)
이름:닐스 가브리엘 세프스트룀(1830)
바나듐 주 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
48브이 동음이의 16 d β+ 48티
49브이 동음이의 330 d ε 49티
50브이 0.25% 1.5×1017 y ε 50티
β− 50CR
51브이 99.75% 안정적
카테고리: 바나듐
참고 문헌

바나듐은 기호 V와 원자 번호 23을 가진 화학 원소다.그것은 단단하고 은빛으로 빛나는, 유유상종 전환 금속이다.원소 금속은 자연에서 거의 발견되지 않지만, 일단 인위적으로 분리되면 산화층 형성(열화)은 자유 금속을 더 이상의 산화로부터 어느 정도 안정시킨다.

안드레스 마누엘 델 리오는 1801년 멕시코에서 '갈색 납'이라고 불리는 납 함유 광물을 분석하여 바나듐 화합물을 발견했다.처음에 그는 그것의 특성이 새로운 원소의 존재 때문이라고 추정했지만, 후에 프랑스의 화학자 히폴리테 빅토르 콜레트 데코틸스에 의해 그 원소가 크롬에 불과하다고 잘못 확신했다.그 후 1830년 닐스 가브리엘 세프스트룀은 바나듐의 염소이드를 생성하여 새로운 원소가 있음을 증명하고, 스칸디나비아의 미와 다산의 여신 바나디스(Freyja)의 이름을 따서 바나듐이라고 명명하였다.그 이름은 바나듐 화합물에서 발견되는 광범위한 색상에 근거한 것이었다.델 리오의 납 광물은 바나듐 함량에 따라 최종적으로 바나듐(banadinitan)으로 명명되었다.1867년 헨리 엔필드 로스코는 순수한 원소를 얻었다.

바나듐은 약 65개의 광물과 화석 연료 퇴적물에서 자연적으로 발생한다.중국과 러시아에서 철강 제련소 슬래그에서 생산된다.다른 나라들은 자석으로부터 직접 그것을 생산하거나, 중유의 먼지를 뿌리거나, 우라늄 채굴의 부산물로 생산한다.주로 고속공구강과 같은 특수강합금과 일부 알루미늄 합금을 생산하는 데 사용된다.가장 중요한 산업용 바나듐 화합물인 오산화 바나듐은 황산 생성의 촉매제로 사용된다.에너지 저장용 바나듐 레독스 배터리는 미래에 중요한 응용 프로그램이 될 수 있다.

많은 양의 바나듐 이온은 몇몇 유기체에서 발견되는데, 아마도 독소로 발견될 수 있다.산화물과 바나듐의 다른 소금들은 적당한 독성을 가지고 있다.특히 바다에서 바나듐은 일부 해조류의 바나듐 브로모페록시디아제와 같은 일부 생명체들이 효소의 활성 중심지로 사용한다.

역사

바나듐은 1801년 스페인의 광물학자 안드레스 마누엘 델 리오에 의해 발견되었다.델리오가 멕시코의 "갈색 납" 광석의 샘플에서 이 원소를 추출했는데, 나중에 이름이 바나디나이트였다.그는 그것의 염분이 매우 다양한 색상을 보인다는 것을 발견했고, 그 결과 원소의 이름을 판크로미움(그리스어: αααώώώμοοο μιοο)이라고 지었다.Later, Del Río renamed the element erythronium (Greek: ερυθρός "red") because most of the salts turned red upon heating.1805년 델 리오의 친구 알렉산더 폰 훔볼트 남작의 지원을 받은 프랑스의 화학자 히폴리테 빅토르 콜레트 데코틸스는 델 리오의 새로운 원소가 크롬의 불순물 샘플이라고 잘못 선언했다.델리오가 콜렛-데코틸스의 진술을 받아들여 자신의 주장을 철회했다.[3]

1831년 스웨덴의 화학자 닐스 가브리엘 세프스트룀은 철광석을 사용하던 중 발견한 새로운 산화물의 원소를 재발견했다.그해 말 프리드리히 뵐러는 델 리오의 초기 작품을 확인했다.[4]세프스트룀은 아직 어떤 요소에도 할당되지 않은 V로 시작하는 이름을 선택했다.그는 이 원소를 Old Norse Vanadies(또 다른 명칭은 아름다움과 다산을 포함하는 노르드 반르의 여신 Freyja의 이름)의 이름을 따서 바나듐이라고 불렀다. 왜냐하면 이 원소가 만들어내는 많은 아름다운 색상의 화학 화합물들 때문이다.[4]1831년 지질학자 조지 윌리엄 페더스톤호우가 바나듐을 델 리오(Del Rio)의 이름을 따서 '리오늄(rionium)'으로 개칭해야 한다고 제안했지만 이 제안은 지켜지지 않았다.[5]

T 모델은 섀시에 바나듐강을 사용했다.

바나듐 금속의 격리는 어려웠다.[citation needed]1831년 베르젤리우스가 금속의 생산을 보고하였지만, 헨리 엔필드 로스코는 베르젤리우스가 질화물인 바나듐 질화물(VN)을 생산하였음을 보여 주었다. 로스코는 결국 바나듐(banadium)을 감소시켜 1867년에 금속을 생산하였다.II) 염화물, VCl2(수소 포함)[6]1927년에는 오산화 바나듐을 칼슘으로 줄여 순수 바나듐을 생산하였다.[7]

바나듐의 첫 번째 대규모 산업 용도는 프랑스 경주용 자동차에서 영감을 얻은 포드 모델 T의 강철 합금 섀시였다.바나듐강은 인장 강도를 증가시키면서 중량을 감소시켰다(ca. 1905).[8]20세기의 첫 10년 동안 대부분의 바나듐 광석은 페루의 미나스 라그라에서 온 미국 바나듐 회사에 의해 채굴되었다.후에 우라늄에 대한 수요가 증가하여 그 금속 광석의 채굴이 증가하였다.주요 우라늄 광석은 바나듐도 함유하고 있는 카르노타이트였다.따라서 바나듐은 우라늄 생산의 부산물로 이용 가능하게 되었다.결국 우라늄 채굴은 바나듐 수요의 많은 부분을 공급하기 시작했다.[9][10]

1911년 독일의 화학자 마틴 헨제는 아스피디아체아의 혈액 세포(혹은 코엘로믹 세포)에서 발견된 헤모바나딘 단백질에서 바나듐을 발견했다.[11][12]

특성.

고순도(99.95%) 바나듐 큐보이드, 에빔 리멜 및 매크로 에칭

바나듐은 평균 경질, 연성, 강철 청색의 금속이다.그것은 전기 전도성과 열 절연이다.어떤 출처에서는 바나듐이 연성, 유순성, 깨지기 쉬운 것이 아니기 때문에 "부드럽다"고 묘사한다.[13][14]바나듐은 대부분의 금속과 강철보다 단단하다(데이터 페이지 및 철의 경도 참조).부식에 대한 내성이 좋고 알칼리, 황산, 염산 등에 대해 안정적이다.[15]실온에서도 산화물 통과층이 형성되지만 약 933 K(660 °C, 1220 °F)에서 공기 중에 산화된다.

동위 원소

주요 기사:바나듐 동위 원소

자연적으로 발생하는 바나듐은 안정 동위원소 V와 방사성 동위원소 V로 구성된다.후자의 반감기는 1.5×10년이고17 자연적 풍요는 0.25%이다.51V는 의 핵 스핀을 가지고 있다. 7⁄2 - NMR 분광법에 유용하다.[16]24개의 인공 방사성 동위원소가 특징으로, 질량 수가 40에서 65에 이른다.이들 동위원소 중 가장 안정된 것은 반감기가 330일인 V와 16.0일인 V이다.나머지 방사성 동위원소는 반감기가 1시간 미만, 대부분 10초 미만이다.적어도 4개의 동위원소가 측정 가능한 흥분 상태를 가지고 있다.[17]전자 포획은 V보다 가벼운 동위원소의 주된 붕괴 모드다.무거운 것의 가장 흔한 모드는 베타 붕괴다.전자 포획 반응은 원소 22(타이타늄) 동위원소를 형성하고 베타 붕괴는 원소 24(크롬) 동위원소를 형성한다.

화합물

참고 항목: 카테고리:바나듐 화합물
왼쪽부터: [V(HO2)](62+릴락), [V(HO2)](63+녹색), [VO(HO2)](52+파란색), [VO(HO2)](53+노란색).

바나듐의 화학성분은 인접 산화 상태 2-5의 접근성에 주목할 만하다.수용액에서 바나듐은 금속 아쿠오 콤플렉스를 형성하는데, 그 색상은 라일락[V(HO2)],62+ 녹색[V(HO22)],63+ 청색[VO(HO)],52+ 황색-황색 산화물[VO(53+HO2)], pH에 의존하는 공식이다.바나듐()II) 화합물은 환원제, 바나듐(V) 화합물은 산화제다.바나듐()IV) 화합물은 VO2+ 센터를 포함하는 바나딜 유도체로 존재하는 경우가 많다.[15]

암모늄 바나다이트(V) (NHVO43)는 원소 아연으로 연속적으로 감소시켜 이 네 가지 산화 상태에서 바나듐의 다른 색상을 얻을 수 있다.낮은 산화 상태는 V(6CO), [V(
6−
CO)] 및 대체 파생 모델과 같은 화합물에서 발생한다.[15]

오산화 바나듐은 황산 생성에 상업적으로 중요한 촉매로, 바나듐 산화물(banadium oxide)의 능력을 악용해 리독스 반응을 일으키는 반응이다.[15]

바나듐레독스 배터리는 한 전극은 +5/+4 커플링을 사용하고 다른 전극은 +3/+2 커플링을 사용한다.이러한 산화 상태의 변환은 아연 분진 또는 아말감과 함께 바나듐(V) 화합물의 강력한 산성 용액의 감소에 의해 설명된다.페르바나딜 이온[VO2(HO2)]4+의 초기 노란색 특성은 [VO(HO2)]의 청색으로 대체되고,52+ 그 다음 [V(HO2)]63+의 녹색, [V2(HO)]62+[15]의 보라색으로 바뀐다.

옥시아니온스

디카바나데이트 구조

수용액에서 바나듐(V)은 V NMR 분광법에 의해 확립된 광범위한 옥시온 계열을 형성한다.[16]이 계열의 상호관계는 pH와 농도에 따라 최소 11종의 종을 보여주는 우위도로 설명된다.[18]4면직교정형 이온인 VO는3−
4 pH 12-14에 존재하는 주요 종이다.크기와 전하량이 인(V)과 유사하게 바나듐(V)은 화학 및 결정학과도 유사하다.정형외과산염 VO는3−
4 인산염의 생화학 연구를 위해 단백질 결정학에 사용된다[19].[20]테트라티오바나다이트[VS4]3−는 정형외선 이온과 유사하다.[21]

낮은 pH 값에서는 모노머[HVO4]2−와 조광기[VO27]4−가 형성되며, 모노머가 바나듐 농도를 c. 10M−2(pV > 2) 미만으로 우세하며, 여기서 pV는 총 바나듐 농도/M의 로그의 마이너스 값과 같다.디바나다이트 이온의 형성은 이크롬산 이온의 형성과 유사하다.pH가 감소하면 폴리바나이드에 대한 양성 및 응결이 추가로 발생한다. pH 4-6 [HVO24]−는 ca. 4보다 큰 pV에서 우세하지만, 고농도 트리머와 테트라머에서는 형성된다.pH 2-4 데카바나데이트가 지배적인 pH 2-4 디카바나데이트에서 형성되는 것은 다음과 같은 응축 반응으로 나타난다.

10 [VO4]3− + 24 H+ → [V10O28]6− + 12 H2O

디카바나다이트에서는 각각의 V(V) 중심은 6개의 산화 리간드로 둘러싸여 있다.[15]바니디드산, HVO는34 4면체종[HVO24]−의 양성화로 8면체[VO2(HO2)]4+종이 우선 형성되기 때문에 매우 낮은 농도로만 존재한다.강한 산성 용액에서는 pH < 2, [VO2(HO2)]4+가 지배적인 종이며, 산화물 VO는25 고농도의 용액에서 침전된다.산화물은 공식적으로 바니디드산의 무수화물이다.많은 바나다이트 화합물의 구조는 X선 결정학에 의해 결정되었다.

서로 다른 산화 상태의 다양한 바나듐 종 사이의 리독스 전위를 보여주는 물 속의 바나듐에 대한 푸르바익스 도표.[22]

바나듐(V)은 다양한 페록소 콤플렉스를 형성하는데, 특히 바나듐 함유 브로모페록시디아제 효소의 활성 부위에서 두드러진다.VO(O)(2HO2)4+ 종은 산성 용액에서 안정적이다.알칼리성 용액에서 과산화지질소가 2, 3, 4개인 종은 알려져 있다; 마지막 종은 바나듐이 8개의 좌표도면 구조를 갖는 MV3(O2)4 nHO2(M=Li, Na 등)라는 공식을 가진 보라색 염을 형성한다.[23][24]

할리드 유도체

VXn(n=2..5)라는 공식의 화합물인 12개의 바이너리 할로겐화물이 알려져 있다.VI4, VCl5, VBr5, VI는5 존재하지 않거나 극도로 불안정하다.다른 시약과 결합하여 VCl을4 디엔의 중합 촉진제로 사용한다.모든 이진 할로겐화물과 마찬가지로 바나듐도 루이스 산성이며, 특히 V(V)와 V(V)의 산성이다.많은 할로겐화물은 VXLn6−n(X=할리드; L= 기타 리간드)이라는 공식을 가진 팔면체 복합체를 형성한다.

많은 바나듐 옥시할리드(포뮬라 VOXmn)가 알려져 있다.[25]옥시트리클로라이드와 옥시트리플루오리드(VOCl3, VOF3)가 가장 널리 연구되고 있다.POCl과3 유사하게 휘발성이 있고 가스 단계에서 사면 구조를 채택하며 루이스 산성이다.

조정 화합물

VO(OCH257)의 볼 앤 스틱 모델.2

바나듐 복합체()II) 및 (III)는 상대적으로 교환 불활성 및 환원이다.V(IV)와 V(V)의 것은 산화물이다.바나듐 이온은 다소 크며, 일부 단지는 [V(CN)]74−의 경우와 같이 6보다 큰 조정 번호를 얻는다.옥소바나듐(V)은 사방산염 리간드와 과산화물로 7개 좌표조정 콤플렉스를 형성하며, 이러한 콤플렉스는 산화 브롬화 및 티오에더 산화에 사용된다.V의4+ 조정화학은 다른 4개의 리간드를 강하게 묶고 1개는 약하게 묶는 바나딜 중심 VO가2+ 지배한다(하나의 리간드는 바나딜 중심부로 넘어간다).그 예가 아세틸라세토나이트(V(O))(OCH257)2이다.이 복합체에서 바나듐은 5개 좌표, 사각 피라미드형 피라미드로, 이 과정의 연관 상수는 작지만 피리딘과 같은 6번째 리간드를 부착할 수 있다는 뜻이다.5개의 좌표를 가진 많은 바나딜 복합체들은 VOCl2(NMe3)과 같은 삼각형 두피라미드 형상을 가지고 있다.2[26]V의5+ 조정화학은 바나듐(banadium)의 공중 산화에 의해 형성되는 경우가 많은 비교적 안정적인 다이옥소보바나듐 조정 복합체가 지배하고 있다.IV) +5 산화 상태의 안정성과 +4와 +5 상태 사이의 상호 변환 용이성을 나타내는 전구체.

유기농 화합물

주요 기사:오르가노바나듐 화학

바나듐의 유기농계 화학은 주로 학문적 의미만을 가지고 있지만 잘 발달되어 있다.[citation needed]바나도세 디클로로이드(Vanadocene dicloride)는 다용도 시약으로 유기화학에 응용된다.[27]바나듐 카보닐, V(CO)는 파라마그네틱 금속 카보닐의 드문 6예다.감소 수율 V(CO)(−
6Cr(CO)6 포함)은 액체 암모니아에서 나트륨을 함유하여 V(CO)3−
5를 산출하기 위해 추가로 감소할 수 있다(Fe(CO)5[28][29]를 포함한 전자).

발생

바나딘나이트

우주

우주에서 바나듐의 우주적 풍부함은 0.0001%로 원소가 구리나 아연처럼 거의 흔하다.[30]바나듐은 태양에서 나오는 빛에서 분광학적으로, 때로는 다른 별에서 오는 빛에서 검출된다.[31]

지구의 지각

참고 항목: 카테고리:바나다이트 광물

바나듐은 지각에서 20번째로 풍부한 원소로,[32] 금속 바나듐은 자연에서 드물지만(원산 바나듐으로 알려져 있다) 바나듐 화합물은 약 65개의 다른 미네랄에서 자연적으로 발생한다.[33][34]

20세기 초에 페루 세로 데 파스코 주닌 근처의 미나스 라그라 바나듐 광산이 대규모로 매장된 것이 발견되었다.[35][36][37]몇 년 동안 이 패트로나이트(VS4)[38] 보증금은 바나듐 광석의 경제적으로 중요한 원천이었다.1920년에 전세계 생산량의 약 3분의 2가 페루에서 광산에 의해 공급되었다.[39]1910년대와 1920년대에 카르노타이트(K2(UO2)·223에서4 우라늄을 생산하면서.HO2) 바나듐은 우라늄 생산의 부제품으로 이용 가능해졌다.바나딘나이트(Pb5(VO4)3Cl) 및 기타 바나듐 베어링 광물은 예외적인 경우에만 채굴된다.수요가 증가함에 따라, 세계의 바나듐 생산의 많은 부분이 현재 초미세 가브로의 몸에서 발견되는 바나듐 함유 자석으로부터 공급되고 있다.이 타이타노마이트가 철을 생산하는 데 사용되면 바나듐의 대부분이 슬래그로 가서 그 속에서 추출된다.[40][41]

바나듐은 주로 남아공, 중국 북서부, 러시아 동부에서 채굴된다.2013년 이들 3개국은 생산된 바나듐 7만9000톤 중 97% 이상을 채굴했다.[42]

바나듐은 보크사이트와 원유, 석탄, 오일 셰일, 타르 모래 퇴적물에도 존재한다.원유에서는 최고 1200ppm의 농도가 보고됐다.이러한 석유제품이 연소되면 바나듐 흔적이 엔진과 보일러에 부식을 일으킬 수 있다.[43]연간 약 11만 톤의 바나듐이 화석연료를 태워서 대기 중으로 방출된다.[44]검은 셰일즈는 바나듐의 잠재적 공급원이기도 하다.2차 세계 대전 동안 스웨덴 남부의 알룸 셰일즈에서 바나듐이 추출되었다.[45]

물

바나딜 이온은 바닷물이 풍부해 평균 농도가 30nM(1.5mg/m3)이다.[30]일부 미네랄 워터 스프링은 이온을 고농도로 함유하고 있다.예를 들어 후지산 부근의 샘은 리터당 54μg에 이른다.[30]

생산

진공 승화 바나듐 덴드리틱 결정(99.9%)
전기분해로 만든 바나듐 결정(99.9%)
크리스털-바나듐(Crystal-baradium), 다양한 질감과 표면 산화 효과를 보여주는; 비교를 위한 99.95%-순수 큐브

바나듐 금속은 부순 광석을 약 850 °C에서 NaCl 또는 NaCO로23 로스팅하여 메타바나산나트륨(NaVO3)을 주는 다단계 공정에 의해 얻는다.이 고체의 수성 추출물은 산성화되어 폴리바나데이트 소금인 "붉은 케이크"를 생산하는데, 이것은 칼슘 금속과 함께 감소된다.소규모 생산의 대안으로 수소나 마그네슘으로 오산화 바나듐을 줄인다.바나듐이 다른 공정의 부산물로 생산되는 많은 다른 방법들도 사용된다.[46]바나듐 정화는 1925년 안톤 에두아르 반 아르켈과 얀 헨드리크 드 보어가 개발한 크리스털 바 공정에 의해 가능하다.이 예에서는 요오드화 금속의 형성과 순수 금속을 산출하기 위한 후속 분해 과정을 포함한다.[47]

2 V + 3 I2 ⇌ 2 VI3
페로바나듐 청크

대부분의 바나듐은 페로바나듐이라고 불리는 강철 합금으로 사용된다.페로바나듐은 전기로에서 산화바나듐, 산화철, 철의 혼합물을 줄여 직접 생산된다.바나듐은 바나듐을 함유한 자석석에서 생산된 돼지철로 끝난다.사용한 광석에 따라 슬래그는 바나듐을 최대 25% 함유하고 있다.[46]

중국은 세계 최대의 바나듐 생산국이다.[48]

적용들

바나듐강으로 만든 공구

합금

생산되는 바나듐의 약 85%가 페로바나듐 또는 강철 첨가물로 사용된다.[46]바나듐이 소량 함유된 강철의 강도가 상당히 증가한 것은 20세기 초에 발견되었다.바나듐은 안정적인 질화물과 탄화물을 형성하여 강철의 강도가 크게 증가한다.[49]그 때부터 바나듐강은 차축, 자전거 프레임, 크랭크축, 기어 및 기타 중요한 구성 요소에 적용하기 위해 사용되었다.바나듐강합금에는 두 개의 그룹이 있다.바나듐 고탄소강 합금은 0.15%~0.25% 바나듐을 함유하고 있으며, 고속공구강(HSS)은 바나듐 함량이 1%~5%이다.고속 공구 강철의 경우 HRC 60 이상의 경도를 달성할 수 있다.HSS 강철은 수술 기구와 공구에 사용된다.[50]분말금속 합금은 바나듐 함유량이 최대 18%에 이른다.그러한 합금에서 바나듐 카바이드의 높은 함량은 마모 저항을 상당히 증가시킨다.그 합금의 한 가지 적용대상은 도구와 칼이다.[51]

바나듐은 티타늄의 베타 형태를 안정시키고 티타늄의 강도 및 온도 안정성을 높인다.티타늄 합금에 알루미늄이 섞여 제트 엔진, 고속 에어프레임, 치과용 임플란트 등에 사용된다.이음매 없는 관을 위한 가장 일반적인 합금은 항공우주, 방위, 자전거 산업에서 선택한 2.5% 바나듐이 함유된 티타늄 3/2.5이다.[52]주로 시트에서 생산되는 또 다른 공통 합금은 티타늄 6AL-4V로, 알루미늄 6%, 바나듐 4%의 티타늄 합금이다.[53]

몇몇 바나듐 합금은 초전도성을 보여준다.최초의 A15상 초전도체는 1952년에 발견된 바나듐 화합물인 VSi이다3.[54]바나듐갈륨 테이프는 초전도성 자석(17.5테슬라 또는 175,000가우스)에 사용된다.VGa의3 초전도 A15 단계의 구조는 보다 일반적인 NbSn3 및 NbTi의3 구조와 유사하다.[55]

우츠강철에 함유된 바나듐 40~270ppm의 소량 함유로 제품의 강도가 현저히 향상되는 등 특색 있는 패터닝 효과를 준 것으로 나타났다.원래의 우츠강 주괴에 있는 바나듐의 출처는 아직 알려지지 않았다.[56]

바나듐은 갑옷강에서 몰리브덴의 대체물로 사용될 수 있지만, 생산되는 합금은 훨씬 더 부서지기 쉽고 비침투성 충격에 폭렬하기 쉽다.제3제국은 타이거 2나 자그티거와 같은 장갑차에서 그러한 합금의 가장 뛰어난 사용자들 중 한 명이었다.

촉매

바나듐(V)산화물은 황산을 생산하기 위한 접촉 과정의 촉매제다.

바나듐 화합물은 촉매로 광범위하게 사용되며,[57] 오산화 바나듐 VO는25 접촉 공정에[58] 의해 황산을 제조하는 촉매로 사용된다. 이 과정에서 이산화황(SO
2)이 삼산화황(SO
3):[15] 이 레독스 반응에서 황은 +4에서 +6으로 산화되며 바나듐은 +5에서 +4로 감소한다.

V2O5 + SO2 → 2 VO2 + SO3

촉매는 공기와 산화하여 재생된다.

4 VO2 + O2 → 2 V2O5

수성 무수화물 생산에도 유사한 산화가 사용된다.

CH410 + 3.5 O2 → CHO423 + 4 HO2

프탈릭 무수화물 및 몇 가지 다른 대량 유기 화합물이 유사하게 생산된다.이러한 녹색 화학 과정은 값싼 공급원을 고도로 기능화되고 다재다능한 매개체로 전환시킨다.[59][60]

바나듐은 프로필렌과 아크로닐린, 아크릴산 또는 아크릴로니트릴에 대한 프로필렌의 암산화화에 사용되는 혼합금속 산화물 촉매의 중요한 성분이다.[61][62][63]서비스에서 바나듐의 산화 상태는 반응 사료 혼합물의 산소와 증기 함량에 따라 동적으로 그리고 역방향으로 변화한다.[64][65]

유리코팅 및 세라믹

바나듐의 또 다른 산화물인 이산화 바나듐 VO는2 유리 코팅의 생산에 사용되는데, 이것은 적외선 복사를 특정 온도에서 차단한다(보이는 빛이 아님).[66]자연에서 알렉산드라이트는 크리수풀이지만 산화 바나듐은 코룬덤의 컬러 센터를 유도하여 시뮬레이션 알렉산드라이트 장신구를 만들도록 유도할 수 있다.[67]오산화 바나듐은 세라믹에 사용된다.[68]

기타 용도

플로우 배터리의 일종인 바나듐레독스 배터리는 산화 상태가 다른 수성 바나듐 이온으로 구성된 전기화학 셀이다.[69][70]이런 종류의 배터리는 1930년대에 처음 제안되었고 1980년대 이후 상업적으로 발전했다.세포는 +5와 +2 형식 산화 상태 이온을 사용한다.바나듐레독스 배터리는 그리드 에너지 저장에 상업적으로 사용된다.

바나다이트는 전환 코팅에 의한 녹과 부식으로부터 강철을 보호하는 데 사용될 수 있다.[71]바나듐포일은 철과 티타늄이 모두 호환되기 때문에 피복재 티타늄에서 강철까지 사용된다.[72]중성자 포획에 의해 생성된 동위원소의 적당한 열 중성자 포획 단면과 짧은 반감기는 바나듐을 핵융합로 내부 구조에 적합한 재료로 만든다.[73][74]

프로포즈

리튬 바나듐산화물은 리튬 코발트산화물 음극과 페어링할 경우 745Wh/L로 리튬 이온 배터리의 고에너지 밀도 양극으로 사용하기 위해 제안되었다.[75]바나듐인산염은 리튬이온 배터리의 또 다른 유형인 리튬 바나듐인산 배터리의 음극으로 제안되어 왔다.[76]

생물학적 역할

바나듐은 육상보다 해양환경에서 더 중요하다.[77]

자연적으로 발생하는 오르가노브로민 화합물의 우세함을 생성하는 바나듐브로모페록시디아제 효소의 활성 부위.
이 블루벨 튜니케이트와 같은 튜닝에는 바나듐을 바나빈으로 함유하고 있다.
아마니타 무스카리아는 아마바딘을 함유하고 있다.

바나도엔자메스

많은 종류의 해조류는 바나듐 브로모페록시디아제뿐만 아니라 밀접하게 연관된 클로로페록시디아제(헤메 또는 바나듐 코팩터를 사용할 수 있음)와 요오드페록시디아제를 생산한다.브로모페록시디아제는 연간 약 100만~200만t의 브로모폼과 5만6000t의 브로모메탄을 생산한다.[78]자연적으로 발생하는 대부분의 오르간오브로민 화합물은 이 효소에 의해 생성되며,[79] 다음과 같은 반응을 촉진한다(R-H는 탄화수소 기질이다).

R-H + Br− + H2O2 → R-Br + H2O + OH−

바나듐 질소효소는 아조토박터와 같은 일부 질소 고정 미생물에 의해 사용된다.이 역할에서 바나듐은 보다 일반적인 몰리브덴이나 철을 대체하며 질소아제에는 약간 다른 성질을 부여한다.[80]

튜네이트에 바나듐 축적

바나듐은 튜네이트에 필수적이며, 특정 혈액 세포형인 지정된 바나드모세포의 고산화된 vacuole에 저장된다.바나빈(바나듐 결합 단백질)은 그러한 세포의 세포질에서 확인되었다.아스키디안 튜네이트의 혈액 속 바나듐 농도는 보통 1~2µg/l을 함유하고 있는 주변 바닷물보다 무려 1000만 배나 높다[specify][81][82].[83][84]이 바나듐 농도계와 바나듐을 가진 단백질의 기능은 아직 알려져 있지 않지만, 바나드모세포는 나중에 튜닉의 외부 표면 바로 아래에 퇴적되어 포식할 수 있다.[85]

곰팡이

아마니타 무스카리아와 매크로풍기 관련 종은 바나듐(건조량 최대 500mg/kg)을 축적한다.바나듐은 진균과일베이드에 코디네이션 콤플렉스 아마바딘에[86] 존재한다.축적의 생물학적 중요성은 알려져 있지 않다.[87][88]독성 또는 과산화효소 효소 기능이 제안되었다.[89]

포유류

바나듐의 결핍은 쥐의 성장을 감소시킨다.[90]미국 의학 연구소는 바나듐이 인간에게 필수적인 영양소라는 사실을 확인하지 않았기 때문에, 권장 식이 섭취나 적절한 섭취가 성립되지 않았다.식이 섭취량은 하루 6~18µg/일로 추정되며, 5% 미만이 흡수된다.부작용이 발생할 수 있는 범위를 벗어난 식이 요식 바나듐의 허용 상한 섭취 수준(UL)은 1.8 mg/일로 설정된다.[91]

리서치

식이 보조제로서 황산바나딜은 당뇨병 환자들의 인슐린 민감도를 증가시키거나 다른 방법으로 혈당 조절을 향상시키는 수단으로 연구되어 왔다.일부 실험은 유의미한 치료 효과를 보였지만, 연구 품질이 좋지 않은 것으로 간주되었다.이러한 실험에 사용된 바나듐의 양(30~150mg)은 안전상한을 훨씬 초과했다.[92][93]체계적 검토의 결론은 "구강 바나듐 보충제가 제2형 당뇨병의 당질 조절을 향상시킨다는 엄밀한 증거는 없다.이런 목적으로 바나듐을 일상적으로 사용하는 것은 권장할 수 없다."[92]

우주생물학에서는 라만 분광학 및 형태학 등과 함께 사용할 경우 화성의 이산 바나듐 축적이 잠재적인 미생물 생물학적 특성이 될 수 있다는 의견이 제시되었다.[94][95]

안전

모든 바나듐 화합물은 독성으로 간주되어야 한다.[citation needed]4차원 VOSO는4 3차원 VO보다23 최소 5배 이상 독성이 있는 것으로 보고되었다.[96]산업안전보건청(OSHA)은 오산화 바나듐 분진의 경우 0.05mg/m3, 직장 공기 중 오산화 바나듐의 경우 0.1mg/m로3 주 8시간 근무, 주 40시간 근무에 대해 피폭 한도를 설정했다.[97]국립산업안전보건원(NIOSH)은 바나듐 35mg/m를3 생명과 건강에 즉시 위험한 것으로, 즉 영구적인 건강 문제나 사망을 초래할 가능성이 있는 것으로 간주할 것을 권고했다.[97]

바나듐 화합물은 위장 시스템을 통해 잘 흡수되지 않는다.바나듐과 바나듐 화합물을 흡입하면 주로 호흡기에 악영향을 미친다.[98][99][100]그러나 정량적 데이터는 비동기적 또는 만성 흡입 기준 선량을 도출하기에 불충분하다.쥐의 혈액 매개 변수,[101][102] 간,[103] 신경계 발달 [104]및 기타 장기에[105] 대한 경구 또는 흡입 피폭 후 다른 영향이 보고되었다.

바나듐이나 바나듐 화합물이 생식 독소나 테라토균이라는 증거는 거의 없다.오산화 바나듐은 최근 결과 해석이 논란이 되고 있지만 [99]NTP 연구에서 흡입해 수컷 쥐와 암컷 쥐에서 발암성이 있는 것으로 보고됐다.[106]바나듐의 발암성은 미국 환경보호국에 의해 결정되지 않았다.[107]

디젤 연료의 바나듐 트레이스는 고온 부식의 주요 연료 구성품이다.연소 중에 바나듐은 나트륨과 황을 산화시켜 반응하여 녹는점이 530 °C에 이르는 바나다이트 화합물을 생성하여 강철의 패시브 층을 공격하여 부식에 취약하게 만든다.고체 바나듐 화합물도 엔진 구성품을 파괴한다.[108][109]

참고 항목

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외부 링크

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