Vanádio

iso	AN	Meia-vida	MD	Ed	PD
iso	AN	Meia-vida	MD	MeV	PD
⁴⁸V	sintético	15,9735d	ε+β⁺	4,0123	⁴⁸Ti
⁴⁹V	sintético	330d	ε	0,6019	⁴⁹Ti
⁵⁰V	0,25%	1,5×10¹⁷a	ε β^-	2,2083 1,0369	⁵⁰Ti ⁵⁰Cr
⁵¹V	99,75%	⁵¹V é estável com 28nêutrons

Unidades doSI&CNTP,salvo indicação contrária.

Vanádio(homenagem a deusaVanadis) é umelemento químico,símboloV,número atômico23 (23prótonse 23elétrons) demassa atómica50,94uque, nas condições ambientes, é encontrado no estadosólido.

Foi descoberto pelomineralogistaespanholAndrés Manuel del Río,noMéxico,em1801,num mineral dechumbo.Em1830,osueco Nils Gabriel Sefströmdescobriu o elemento numóxidoque encontrou enquanto trabalhava numa mina deferroe deu-lhe o nome pelo qual é conhecido atualmente.

Está situado nogrupo 5(anteriormente denominado 5B) databela periódicados elementos. É ummetal dúctil,macio e apesar de ser bem mais abundante que ocobre,com uma abundância crustal de 160 ppm, forma poucos minerais. A razão do vanádio formar tão poucos minerais reside no facto de o ion (ion) V³⁺ser geoquimicamente semelhante ao ion Fe³⁺,um ion abundante e constituinte de muitos minerais. Assim, o ion V³⁺geralmente substitui o Fe³⁺nos minerais (notavelmente namagnetita) em lugar de formar os seus próprios minerais. É, ainda assim, encontrado em diversosminerais,e é empregado principalmente em algumasligas metálicas.

Características principais

O vanádio é ummetal de transiçãomole,dúctildecorcinzenta e brilhante. Apresenta alta resistência ao ataque dasbases,aoácido sulfúrico(H₂SO₄) e aoácido clorídrico(HCl). É obtido a partir de diversosminerais,até dopetróleo.Também pode ser obtido da recuperação doóxidode vanádio em pó procedente de processos decombustão.Tem algumas aplicaçõesnuclearesdevido a sua baixa captura denêutrons.É umelemento químico essencialem alguns seres vivos, embora não seja conhecida exatamente a sua função. Nos seus compostos apresentaestados de oxidação+2, +3, +4 e +5.

Aplicações

Aproximadamente 80% do vanádio produzido é empregado comoferrovanádioou como aditivo emaço.

É usado para a produção deaços inoxidáveispara instrumentos cirúrgicos e ferramentas, em aços resistentes acorrosãoe, misturado comalumínioemligasdetitânio,é empregado em motores a reação. Também, em aços, empregados em eixos de rodas, engrenagens e outros componentes críticos.
É um importante estabilizador decarbetosna fabricação de aços.
Emprega-se em alguns componentes dereatores nucleares.
Forma parte de algunsimãs supercondutores.
Alguns compostos de vanádio são utilizados comocatalisadoresna produção deanidrido maleicoeácido sulfúrico.É muito usado o pentóxidode vanádio, V₂O₅,empregado emcerâmicas.V. Os óxidos mistos de vanádio são utilizados como catalisadores para a produção deácido acrílicoa partir de propano, propileno ou acroleína.^[1]^[2]^[3]^[4]

História

O vanádio (da deusa da beleza na mitologia Escandinava "Vanadis"devido à coloração de seus compostos), foi descoberto, em princípio, por ummineralogistaespanholAndrés Manuel del Río,noMéxico,em1801,num mineral dechumbo.Primeiro denominou de "pancromo", devido à semelhança de sua cores com as docrômio,depois de "eritrônio" devido à coloração de seussais(tornavam-se vermelhos quando aquecidos).

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

Em1830,osueco Nils Gabriel Sefströmdescobriu o elemento numóxidoque encontrou enquanto trabalhava numa mina deferroe deu-lhe o nome pelo qual é conhecido atualmente. Mais tarde, em1831,Friedrich Woehlerconcluiu que este elemento se tratava do mesmo elemento descoberto em1801por Andrés Manuel del Rio.

O vanádio metálico foi obtido em1867porHenry Enfield Roscoe,mediante areduçãodo tricloretode vanádio, VCl₃,comhidrogênio.

Compostos

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

Partindo-se devanadato de amônio(NH₄VO₄), e empregando-sezincometálico, 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 umagente oxidante,e é empregado comocatalisador,na indústria decorantescomo mordente e na produção deanilinanegra.
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 umelemento essencialem alguns organismos. Em humanos não está demonstrada a sua essencialidade, ainda que existam compostos de vanádio que imitam e potencializam a atividade dainsulina.

É encontrado em algumasenzimasde diferentes seres vivos. Por exemplo, nas "haloperoxidases" (geralmentebromoperoxidases) de algumasalgas,que reduzemperóxidose halogenam um substrato orgânico.

Asascídias(alguns organismos marítimos urocordados, do subfilourochordata) 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 emcélulaschamadas de "vanadócitos".

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

Abundância e obtenção

O Vanádio é amplamente utilizado na fabricação de ferramentas, como achavede roda dessafotografia.

O vanádio nunca é encontrado noestado nativo,porém está presente em cerca de 65mineraisdiferentes, entre os quais se destacam apatronita,VS₄,avanadinita,Pb₅(VO₄)₃Cl, e acarnotita,K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O. Também é encontrado nabauxita,assim como em depósitos que contémcarbono,como por exemplo nocarvão,óleos crus depetróleo.É extraído do petróleo empregandoporfirinas.É encontrado também em minérios deferro,rochas vulcânicaseargilominerais.

A maior parte das reservas mundiais, cerca de 10 milhões de toneladas, encontram-se naRússia,ChinaeÁfrica do Sul.^[5]NoBrasil,foi descoberta uma jazida com 23 milhões de toneladas do minério, localizada emMaracás(BA),^[6]onde iniciaram a comercialização do Pentoxo de Vanádio - V₂O_{5 -}em setembro/2014.

Os minérios que contém vanadatos são dissolvidos por uma fusão alcalina. Em meio ácido, após outros processos, é obtido o V₂O₅que,reduzidoparcialmente comcarbonoe, em seguida comcálcioem atmosfera deargônio,o que permite obter vanádio metálico.

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

O método mais comum de obtenção do vanádio é pelareduçãodopentóxido de vanádio,V₂O₅,e oxidação do cálcio usandocloreto de cálciocomofundentea uma temperatura de 950 °C em bomba deaço,sob pressão.^[7]

{\ce {V2O5 + 5 Ca + 5 CaCl2 -> 2 V + 5 CaO + 5 CaCl2}}

Para a obtenção do vanádio, pode-se também utilizar aaluminotermia,que consiste em aquecer o óxido misturado comalumínioem pó:^[7]

{\ce {3 V2O5 + 10 Al -> 6 V + 5 Al2O3}}

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

Produção mundial em 2019, em mil toneladas por ano
1.	China	54,00
2.	Rússia	18,40
3.	África do Sul	8,03
4.	Brasil	5,94
5.	Estados Unidos	0,46

Fonte:USGS.

Isótopos

Na natureza se encontra um únicoisótopoestável, o vanádio-51. São conhecidos quinzeradioisótopos,sendo os mais estáveis o vanádio-50, com umameia-vidade 1,4 x 10¹⁷anos, 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 ummeta estado.

Asmassas atômicasdos isótopos de vanádio variam desde 43,981u,do vanádio-43, até 59,959udo vanádio-59. O principalmodo de decaimentodos isótopos de massas abaixo do isótopo mais estável, vanádio-51, é acaptura eletrônica,sendo os principaisprodutos do decaimentoos isótopos do elemento 22 (titânio). Naqueles com massa superior ao vanádio-51, o decaimento é adesintegração beta,originando como principaisprodutosresultantes do decaimento os isótopos do elemento 24, ocrômio.

Precauções

O pó metálico épirofóricoe a exposição prolongada ou a absorção em grandes quantidades de seus compostos pode causar mal estar, enjoo, coriza, dor de cabeça e dores no corpo, além de deixar a língua da pessoa contaminada com a coloração azul. O vanádio absorvido é excretado através da urina em um período de até 72 horas. Não há evidências ou estudos científicos que liguem o vanádio a casos de câncer de pulmão ou qualquer outro tipo de câncer.

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 noardo local de trabalho para uma jornada de 8 horas, 40 horas semanais. O Instituto Nacional de Saúde e Segurança Ocupacional americano (NIOSH) recomenda que um nível de 35 mg/m³ de vanádio deve ser considerado perigoso para a saúde, pois pode causar problemas permanentes de saúde ou morte.

Ver também

Referências

↑Kinetic studies of propane oxidation on Mo and V based mixed oxide catalysts.[S.l.: s.n.] 2011
↑«Surface chemistry of phase-pure M1 MoVTeNb oxide during operation in selective oxidation of propane to acrylic acid.»(PDF).Journal of Catalysis.285:48-60. 2012.doi:10.1016/j.jcat.2011.09.012.Verifique|doi=(ajuda).Arquivado dooriginal(PDF)em 30 de outubro de 2016
↑«Multifunctionality of Crystalline MoV(TeNb) M1 Oxide Catalysts in Selective Oxidation of Propane and Benzyl Alcohol».ACS Catalysis.2013.doi:10.1021/cs400010q
↑«The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts»(PDF).Journal of Catalysis.doi:10.1016/j.jcat.2013.12.008.Arquivado dooriginal(PDF)em 15 de fevereiro de 2016
↑It’s Big and Long-Lived, and It Won’t Catch Fire: The Vanadium Redox-⁠Flow Battery
↑«Cópia arquivada».Consultado em 18 de maio de 2013.Arquivado dooriginalem 3 de março de 2016
↑^a^bWang, Chun Tsin.«vanadium processing».Britannica.Encyclopædia Britannica.Consultado em 3 de janeiro de 2022

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

Ligações externas

Commons

OCommonspossui imagens e outros ficheiros sobreVanádio

«WebElements.com - Vanadium»(em inglês)
«EnvironmentalChemistry.com - Vanadium»(em inglês)
«Mineral Information Institute - Vanadium»(em inglês)

[1] Kinetic studies of propane oxidation on Mo and V based mixed oxide catalysts.[S.l.: s.n.] 2011

[2] «Surface chemistry of phase-pure M1 MoVTeNb oxide during operation in selective oxidation of propane to acrylic acid.»(PDF).Journal of Catalysis.285:48-60. 2012.doi:10.1016/j.jcat.2011.09.012.Verifique|doi=(ajuda).Arquivado dooriginal(PDF)em 30 de outubro de 2016

[3] «Multifunctionality of Crystalline MoV(TeNb) M1 Oxide Catalysts in Selective Oxidation of Propane and Benzyl Alcohol».ACS Catalysis.2013.doi:10.1021/cs400010q

[4] «The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts»(PDF).Journal of Catalysis.doi:10.1016/j.jcat.2013.12.008.Arquivado dooriginal(PDF)em 15 de fevereiro de 2016

[5] It’s Big and Long-Lived, and It Won’t Catch Fire: The Vanadium Redox-⁠Flow Battery

[6] «Cópia arquivada».Consultado em 18 de maio de 2013.Arquivado dooriginalem 3 de março de 2016

[:0-7] Wang, Chun Tsin.«vanadium processing».Britannica.Encyclopædia Britannica.Consultado em 3 de janeiro de 2022

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