Wanadowce.pdf

parada pierwiastków

Wodór

Wanad

Hel

13 14 15 16 17

Bor

Wêgiel

Azot

Tlen

Fluor

Neon

Pierwiastki z każdej grupy układu okresowego

mają wiele wspólnych cech. Nic dziwnego,

rozmieszczono je przecież według ich własności,

które są konsekwencją budowy powłok

elektronowych atomów. Nie będą też

zaskoczeniem podobne zastosowania

pierwiastków z tej samej grupy, wszak możli-

wości wykorzystania zależne są od ich

chemicznych i fizycznych cech. W każdej

rodzinie istnieje także właściwy jej „leitmotiv”,

wiążący wszystkich członków. Nie inaczej jest

wśród wanadowców, zbratanych zagmatwaną

historią ich odkryć. Zgłębiając ją, zanurzymy

się w baśniowy świat bohaterów mitów...

Wanadowce

Krzysztof Orliń ski

3 4 5 6789011 12

Glin

Krzem

Fosfor

Siarka

Chlor

Argon

Krypton

Ksenon

Radon

Uuo

118

Tytan

Cyrkon

Hafn

104

Rutherford

Wanad

Niob

Tantal

105

Dubn

¯elazo

Kobalt

Nikiel

MiedŸ

Srebro

Z³oto

Cynk

Arsen

Antymon

Bizmut

Brom

Jod

Astat

Kadm

Cyna

O³ów

Rtêæ

Aktyn

Lantanowce

Cer

Prazeodym

Neodym

Promet

Samar

Europ

Gadolin

Terb

Dysproz

Holm

Erb

Tul

Iterb

Lutet

Aktynowce

To r

Protaktyn

Uran

Neptun

Pluton

Ameryk

Kiur

Bekerel

Kaliforn

Einstein

100

Ferm

101

Mendelew

102

Nobel

103

Lorens

= barwa).

Jednakże uczeni z Akademii Francuskiej, największe-

go ówczesnego autorytetu naukowego, nie potwier-

dzili jego odkrycia, a on sam nie ubiegał się już o nie

(podobny los spotkał Jędrzeja Śniadeckiego, któremu

odmówiono pierwszeństwa odkrycia rutenu).

Ponownie świat usłyszał o 23. pierwiastku w roku

1830, gdy szwedzki chemik N. Sefström znalazł go

w rudach żelaza. Badał je, zastanawiając się nad fak-

tem otrzymywania w wyniku wytopu stali raz mocnej

i elastycznej, a raz kruchej. Okazało się, że ruda dają-

ca doskonałą stal zawierała nowy metal, który to fakt

od razu wytyczył „drogę życiową” wanadu. Z uwagi

na barwy jego związków nadano mu imię staroskan-

dynawskiej bogini – pięknej Vanadis. Już rok później

słynny niemiecki chemik F. Wöhler dowiódł, że obaj

znaleźli ten sam metal, ale jako odkrywca do historii

przeszedł Szwed.

Nie mniej skomplikowana historia łączy dwa

następne metale z tej grupy – niob i tantal. Również

w roku 1801 Anglik Ch. Hatchett znalazł nowy pier-

wiastek w pewnym amerykańskim minerale i nadał

chroma

tantal oraz sztucznie otrzymany dubn. Są one sre-

brzystymi metalami (metalicznego dubnu jednak

nikt nie widział i raczej nie zobaczy, ponieważ otrzy-

mano tylko pojedyncze, niezwykle krótko żyjące ato-

my), odpornymi na korozję i działanie wielu agresyw-

nych odczynników, wobec których po powszechnie

stosowanym żelazie wkrótce pozostałoby tylko wspo-

mnienie. Nie dziwmy się więc, że dzielnie wspomaga-

ją je w walce z niszczącymi wpływami środowiska,

stanowiąc cenne dodatki stopowe do stali. Ich mak-

symalna wartościowość równa jest numerowi grupy.

Na tym stopniu utlenienia wykazują pewne własności

kwasowe, co zbliża je do azotowców z grupy 15.,

z którymi dawniej tworzyły jedną rodzinę (w tzw.

krótkiej formie tablicy układu okresowego). D. Men-

delejew umieścił je razem w grupie V, w której azo-

towce stanowiły podgrupę główną VA, a wanadowce

poboczną VB. Najczęściej obecnie używana forma

długa tabli-

cy układu

okresowego

(pokazana

jako ilustra-

cja do tego

artykułu)

jest czytel-

niejsza, ale

„gubi” pew-

ne subtelne

zależności

między pier-

wiastkami.

Metaliczny wanad.

Minerał wanadu – wanadynit.

Czołowy pierwiastek rodziny, wanad, odkry-

wany był na raty. W roku 1801 meksykański chemik

A. M. del Rio zbadał znaleziony właśnie minerał i do-

szedł do wniosku, że zawiera on nowy metal, który

nazwał panchromem z powodu różnorodnych barw

jego związków (z greckiego

G rupa 5. układu okresowego zawiera wanad, niob,

mu nazwę kolumb na cześć odkrywcy Nowego Świa-

ta, zaś minerał otrzymał imię kolumbit. Rok później

szwedzki chemik A. Ekeberg także odkrył nowy pier-

wiastek i, pomny mąk, jakie zmuszony był cierpieć

w Tartarze mityczny Tantal (a on sam w laboratorium,

podczas wielu bezskuteczny prób wyizolowania no-

wego metalu), nadał mu nazwę tantal, zaś minerał

„ochrzcił” imieniem tantalit. Kilka lat później W. Wolla-

ston wykazał, że obaj odkryli ten sam metal i w ten

sposób kolumb zniknął, jak wiele innych pierwiast-

ków wcześniej i później, z kart podręczników chemii.

W roku 1844 narodził się jednak ponownie, gdy H. Ro-

se dokładnie zbadał kolumbit i stwierdził, że znajduje

się w nim jeszcze jeden pierwiastek, który nazwał

imieniem córki Tantala – nieszczęsnej Niobe (chociaż

Amerykanie do dzisiaj uży-

wają „nielegalnego” kolum-

bu). Substancja odkryta

przez Hatchetta okazała się

zaś po prostu mieszaniną

obu tych metali.

Także ostatni z rodzi-

ny, dubn, jest prawdziwym

wanadowcem, bo i jego od-

kryciu towarzyszyły spory!

Prawdopodobnie (wyniki

kwestionowane są do dzi-

siaj) został po raz pierwszy

otrzymany w rosyjskim labo-

ratorium w Dubnej i nazwa-

ny nielsbohrem (Niels Bohr –

twórca pierwszego modelu

atomu wyjaśniającego wiele

jego własności). Amerykanie

zaproponowali nazwę hahn

(O. Hahn – odkrywca zjawiska rozszczepienia uranu).

Przez pewien czas funkcjonował także joliot (małżon-

kowie Joliot-Curie – odkrywcy sztucznej promienio-

twórczości), jednakże w uznaniu zasług rosyjskich

fizyków postanowiono ostatecznie uwiecznić nazwę

ich laboratorium.

Wanad jest pożądanym dodatkiem stopowym

do stali, nadającym jej elastyczność i wytrzymałość

nawet w wysokich temperaturach, odporność na

zmęczenie oraz wstrząsy i uderzenia. Stale o takich

własnościach mają zastosowania jako materiały kon-

strukcyjne i narzędziowe, np. do wytwarzania wałów

korbowych (jak powiedział słynny Henry Ford: „bez

wanadu nie byłoby samochodu”). Sam wanad jest

także cennym metalem, ale jego produkcja jest trudna

„Bez wanadu nie byłoby samochodu”.

Nadprzewodnik neodymowy – lewitujący magnes

to jedna z oznak nadprzewodnictwa.

i kosztowna ze względu na

rozproszenie złóż w przyro-

dzie i konieczność przepro-

wadzenia wielu operacji

wydzielania. Minerały tego

pierwiastka (patronit, wa-

nadynit) przerabia się na

tlenek, redukowany następ-

nie metalicznym wapniem

lub glinem. Ponieważ więk-

szość produkcji zużywa

metalurgia żelaza, często

stosuje się rudy magnetyto-

we zawierające domieszkę

wanadu i redukuje je ra-

zem, otrzymując stop zwa-

ny żelazowanadem. Jest

on następnie stosowany

do produkcji specjalnych

gatunków stali. Spośród

związków najczęściej używa się tlenku wanadu (V),

głównie jako katalizatora podczas produkcji kwasu

siarkowego. Także świat ożywiony wykorzystuje jego

katalityczną aktywność – jony wanadu znajdują się

w centrach aktywnych enzymów przetwarzających

węglowodany. Ciekawostką jest fakt wchłaniania

znacznych ilości wanadu z morskiej wody przez nie-

które żyjące na dnie zwierzęta: strzykwy, szkarłupnie

i jeżowce. Stężenie tego pierwiastka w ich krwi mi-

liardy razy przewyższa jego koncentrację w otaczają-

cym oceanie. Czyżby przyszłością metalurgii była ho-

dowla morskich stworzeń?

Niob i tantal mają bardzo zbliżone własności

chemiczne, co było przyczyną kłopotów z ich rozdzie-

leniem (podobnie jak w przypadku sąsiadów z grupy 4.

Proteza stawu z tantalowego stopu przed wstawieniem...

...i po wstawieniu.

parada pierwiastków

Jeżowiec – przyszłe źródło wanadu?

Stal wanadowa jest używana do wyrobu narzędzi.

nie od niej tańsza, do konstrukcji aparatury chemicz-

nej. Warto wspomnieć również o węgliku tantalu, jed-

nej z najtwardszych substancji, używanym do wyrobu

narzędzi skrawających i oczek do przeciągania drutu.

Pierwiastki z rodziny wanadowców odkrywane

były z dużymi problemami, ale świat bogów i bohate-

rów nigdy łatwo nie dopuszczał zwykłych śmiertelni-

ków do swoich tajemnic. Po początkowych trudno-

ściach związanych z ich „narodzinami” od ponad stu

lat stanowią ważne dodatki w metalurgii żelaza.

Dzięki nim powstało wiele urządzeń, np. samochody,

bez których nie wyobrażamy sobie współczesnego

świata. Wyśmienite własności mechaniczne i odpor-

ność na korozję powoduje, że one same są również

pożądanymi tworzywami konstrukcyjnymi i tylko

cena oraz brak dużych złóż stoją na przeszkodzie ich

powszechnego stosowania. Jest wielce prawdopo-

dobne, że dla przyszłych pokoleń staną się pospolity-

mi metalami, których źródła znajdować się będą, być

może, na sąsiednich ciałach niebieskich lub w odmę-

tach ziemskiego oceanu. Czy wtedy nasi potomkowie

będą do żelaznych przedmiotów czuli taki sentyment,

jak my dzisiaj do starych cynowych kubków i mie-

dzianych rondli prababci? z

– cyrkonu i hafnu). Oba te metale wytwarza się

w skomplikowanym, wieloetapowym procesie i rów-

nież używa jako składników stopowych stali specjal-

nych, np. nierdzewnych. Niob ponadto stosowany jest

jako geter, czyli substancja pochłaniająca resztki

powietrza w żarówkach i lampach próżniowych.

Ciekawą jego własnością jest tworzenie stopów z cy-

ną i glinem, charakteryzujących się dość wysokimi

temperaturami przejścia w stan nadprzewodnictwa,

w którego wykorzystaniu uczeni upatrują przyszłość

wielu dziedzin techniki. Tantal, ze względu na swoją

całkowitą obojętność względem organizmów żywych,

znalazł zastosowania jako protezy stawów, gwoździe

i klamry ortopedyczne oraz płytki zastępujące braku-

jące kawałki kości. W początkach ubiegłego wieku

używany był jako drucik w żarówkach, ale został

stamtąd wyparty przez trudniej topliwy wolfram.

Stosowany jest także jako namiastka platyny, znacz-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: