Общая характеристика элемента Ванадий

 

 

Общая характеристика элемента Ванадий

Вана́дий — элемент побочной подгруппы пятой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 23. Обозначается символом V (лат. Vanadium). Простое вещество ванадий — пластичный металл серебристо-серого цвета.

Ванадий был открыт в 1801 г. профессором минералогии из Мехико Андресом Мануэлем Дель Рио в свинцовых рудах. Он обнаружил новый металл и предложил для него название «панхромий» из-за широкого диапазона цвета его соединений, сменив затем название на «эритроний». Дель Рио не имел авторитета в научном мире Европы, и европейские химики усомнились в его результатах. Затем и сам Дель Рио потерял уверенность в своём открытии и заявил, что открыл всего лишь хромат свинца.

Шанс открыть ванадий был  у Фридриха Вёлера, исследовавшего мексиканскую руду, но он серьёзно отравился фтороводородом незадолго до открытия Сефстрёма и не смог продолжить исследования. Однако Вёлер довёл до конца исследование руды и окончательно доказал, что в ней содержится именно ванадий, а не хром.

Ванадий относится к рассеянным элементам и в природе в  свободном виде не встречается. Содержание ванадия в земной коре 1,6·10⁻²% по массе, в воде океанов 3·10⁻⁷%. Наиболее высокие средние содержания ванадия в магматических породах отмечаются в  базальтах. Основной источник получения ванадия — железные руды, содержащие ванадий как примесь.

Пластичный серебристо-белый металл, склонный к насыщению кислородом, азотом и водородом при повышенных температурах (свыше 300 °С). Эти примеси  делают металл твёрдым и хрупким. Порошкообразный ванадий при  нагревании активно взаимодействует  с кислородом и хлором. Чистый ванадий  применяется редко. Ванадий относится  к тугоплавким металлам (температура  плавления - 1735 °С) и применяется  в основном для легирования высококачественных конструкционных сталей. Даже малое  количество ванадия, добавленное при  варке стали, значительно повышает коррозийную устойчивость и механические свойства сталей. Недаром ещё Генри  Форд отмечал его как основу автомобильной  промышленности, заявляя – «Если  бы не было ванадия – не было бы автомобиля». Особенно ценные свойства сплавов ванадия  проявляются в редукторах (стойкость  к истиранию), рессорах, пружинах (упругость), валах и шестернях (сопротивление  разрыву).  
Этот металл инертен к морской воде, разбавленным растворам многих кислот. Особое место занимает сплав ванадия и алюминия (ванадал) он повсеместно применяется при строительстве судов, гидросамолётов, глиссирующих лодок. Отменные прочностные характеристики, высокая устойчивость к действию морской воды делают ванадал незаменимым материалом в судостроении.

 

 

 

 

 Окислы ванадия находят применение  в качестве заменителей платиноидов  в циклах получения серной  кислоты. Во многих каталитических  процессах ванадий успешно заменяет  платину. Ванадий также применяется  в резинотехнической и стекольной  промышленности. Ванадий достаточно  распространенный элемент в Земной  коре - 0,005 % от массы, он входит  в состав больше полусотни  известных минералов. Несмотря  на распространенность, его использование  всего в несколько раз превышает  использование золота, это связанно  с тем, что месторождения ванадия  достаточно редки.  
В мире ежегодно добывается не более 10 тыс. тонн ванадия.  
Руды с содержанием ванадия более 1% считаются чрезвычайно богатыми. В обогатительной промышленности считается рентабельным использование руды с содержанием более 0.1% ванадия.

 

Месторождения

Известны месторождения в Перу, США, ЮАР, Финляндии, Австралии, Армении, России.

Получение

В промышленности при получении  ванадия из железных руд с его  примесью сначала готовят концентрат, в котором содержание ванадия  достигает 8-16 %. Далее окислительной обработкой ванадий переводят в высшую степень окисления +5 и отделяют легко растворимый в воде ванадат натрия (Na) NaVO₃. При подкислении раствора серной кислотой выпадает осадок, который после высушивания содержит более 90 % ванадия.

Первичный концентрат восстанавливают  в доменных печах и получают концентрат ванадия, который далее используют при выплавке сплава ванадия и  железа — так называемого феррованадия (содержит от 35 до 80 % ванадия). Металлический ванадий можно приготовить восстановлением хлорида ванадия водородом (H), термическим восстановлением оксидов ванадия (V₂O₅ или V₂O₃) кальцием, термической диссоциацией VI₂ и другими методами.

Биологическая роль и воздействия Ванадия

Установлено, что ванадий может  тормозить синтез жирных кислот, подавлять  образование холестерина. Ванадий  ингибирует ряд ферментных систем, тормозит фосфорилирование и синтез АТФ, снижает уровень коферментов А и Q, стимулирует активность моноаминоксидазы и окислительное фосфорилирование. Известно также, что при шизофрении содержание ванадия в крови значительно повышается.

Избыточное поступление ванадия  в организм обычно связано с экологическими и производственными факторами. При остром воздействии токсических  доз ванадия у рабочих отмечаются местные воспалительные реакции  кожи и слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей, скопление  слизи в бронхах и альвеолах. Возникают и системные аллергические  реакции типа астмы и экземы; а  также лейкопения и анемия, которые  сопровождаются нарушениями основных биохимических параметров организма.

 

 

 

 

 

При введении очищенного ванадия животным (в дозах 25-50 мкг/кг), отмечается замедление роста, диарея и увеличение смертности.

Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия. Ванадий и его соединения токсичны. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза — 2-4 мг.

Повышенное содержание белков и  хрома в рационе снижает токсическое  действие ванадия. Нормы потребления  для этого минерального вещества не установлены.

Кроме того ванадий у некоторых  организмов, например, у морских  жителей дна голотурий и асцидий концентрируется в целомической жидкости/крови, причем его концентрации достигают 10 %. Его функция в организме голотурий до конца не ясна, разные ученые считают его отвечающим либо за перенос кислорода в организме этих животных, либо за перенос питательных веществ. С точки зрения практического использования — возможна добыча ванадия из этих организмов, экономическая окупаемость таких «морских плантаций» на данный момент не ясна, но в Японии имеются пробные варианты.

Но во всем этом все же есть и исключения, в Аргентине проводились опыты с введением соединений ванадия в пищу быков и свиней. При этом у животных улучшался аппетит, и они быстро прибавляли в весе, из этого следует, что соединения ванадия действуют по разному на организмы. Известно также, что плесень «черный аспергил» развивается нормально только в присутствии солей ванадия. Все факты говорят о том, что ванадий играет определенную роль в жизненных процессах, но какую именно – это еще предстоит уточнить.

 Современные ученые  после долгих исследований пришли  к выводу, что соединения ванадия  жизненно необходимы нашему организму,  хотя его воздействие на человеческий  организм недостаточно изучено.  Человеку вполне достаточно питаться, придерживаясь обычного рациона,  чтобы получать достаточное количество  этого минерала

Ванадий принимает участие  во многих процессах нашего организма  и выполняет множество важнейших  функций, которые важны для нашей  жизни и здоровья. К примеру, ванадий стимулирует клетки, участвующие в фагоцитозе и выполняющих очистку и защиту организма от всего лишнего и чужеродного. Сочетаясь с элементами циркония, ванадий оказывает положительное и важное воздействие на работу селезенки, печени, щитовидки, поджелудочной железы, легких, мочеполовой системы органов и гипофиза.

 Ванадий попадает в  воду из железных и полиметаллического видов руды, а еще из производственных отходов. Этот элемент довольно долго может оставаться в почве, а вот в растениях его мало, потому что у него нет способности скапливаться в каких бы то ни было тканях.

 

 

 

 

 

Сульфат ванадия— это производное от ванадия, остаточного минерала, который содержится в овощах, рыбе и организме человека. Нашему организму необходимо лишь очень малое его количество, и более 90% этого минерала выходит с мочой. Большие его дозы чрезвычайно токсичны и могут вызывать повышенную утомляемость. Но в медицинском мире не было зафиксировано ни одного случая постановки диагноза «дефицит ванадия в организме».

В качестве добавки сульфата ванадия  предположительно способствует наращиванию  ткани, быстрее доставляя глюкозу  и аминокислоты к мышцам и повышая уровень инсулина для стимулирования ее роста, хотя доказательства данного факта были получены лишь в результате экспериментов на крысах. И все же сульфат ванадия активно рекламируется в качестве добавки для силовых атлетов и спортсменов.

Но действительно ли он столь  чудодейственен? Группа исследователей из Новой Зеландии задалась тем же вопросом. При проведении эксперимента, длившегося 12 недель, 40 силовых атлетов (30 мужчин и 10 женщин) принимали либо плацебо, либо суточную дозу сульфата ванадия в количествах, соответствующих  их весу (0,5 мг на килограмм собственного веса). Чтобы измерить силу, силовым  атлетам было предложено выполнить  отжимания от лавки и жим ногами с подходами, включавшими от 1 до 10 повторов.

Результаты показали, что сульфат  ванадия не увеличивал объем сухой  мышечной массы. Наблюдались некоторые  скромные улучшения в качестве работы силовых атлетов, но они были краткосрочными, уменьшившись после первого месяца эксперимента. Около 20% силовых атлетов  испытывали повышенную утомляемость во время и после занятий.

Некоторые научные исследования подводят к мысли о том, что добавка  сульфата ванадия способствует излечению  от диабета 2-го типа, но результаты все  же противоречивы. По моему мнению, нет необходимости в приеме сульфата ванадия. Вы можете добиться тех же положительных эффектов, используя  классические подходы в питании.

Переизбыток ванадия и  его нехватка

Биохимикам известно мало случаев нехватки ванадия в организме, поэтому о них говорят довольно редко. Каких-то определенных симптомов нехватки ванадия не выделяют, но при проведении опытов, когда подопытных животных лишали ванадиевых элементов, они хуже воспроизводили потомство, у них нарушался рост костей, зубов, мышечной ткани и хрящевой. Американские ученые считают, что нехватка элементов ванадия, совместно с соединениями хрома и цинка, ведет к развитию сахарного диабета. Нехватка этих элементов ведет и к снижению холестерина, причем как «вредного», так и необходимого нам, а также к увеличению количества в крови красных телец, называемых эритроцитами.

 

К переизбытку ванадия в организме ведет его попадание из-за неблагоприятной экологической обстановки. Он попадает в наш организм с парами мазута, бензина, токсических выбросов при производстве асфальта или стекла. Избыток ванадиевых элементов приводит к гипертонии, заболеваниям ЦНС, а также к рассеянному типу склероза и депрессиям.

 При переизбытке ванадий  превращается для нас в токсичный  элемент и может вызвать отравления  и различные нарушения.

Например, рабочие, которые, в силу своей деятельности, должны постоянно  контактировать с соединениями ванадия, постоянно страдают воспалениями кожи, слизистых и поражениями путей  дыхания, где скапливается слизь, вследствие чего может развиться астма. При  переизбытке его может развиться  анемия, проявиться экзема и другие виды дерматитов.

Дополнительный прием  ванадия не приветствуется докторами. Его нам нужно мало, но, тем  не менее, надо употреблять продукты с его содержанием.

Пищевые источники ванадия

Наиболее богаты ванадием следующие  продукты: морепродукты (особенно некоторые  виды моллюсков), грибы, шпинат, петрушка, семена укропа, черный перец. Также  источником ванадия может служить растительное масло, почки и печень, мясо, морская рыба, соя и хлебные злаки.

 

Биологическая роль

• участвует в регуляции обмена глюкозы
• участвует в регуляции обмена холестерина
• ингибитор и, возможно, регулятор Na+-K+-АТФ-азы, рибонуклеазы и других ферментов
• участвует в регуляции сердечно-сосудистой деятельности
• участвует в метаболизме тканей костей и зубов
• усиливает связывание гемоглобина с кислородом
• катализирует окисление фосфолипидов изолированными ферментами печени
• оказывает действие на некоторые функции глаз, печени, почек, миокарда, нервной системы

 

 

 

Ванадий в почвах лесных экосистем

Исследовано содержание и  распределение валовой и подвижной  форм следового элемента ванадия  в почвах лесных экосистем и разнотравно-типчаково-ковыльной степи в пределах Присамарья Днепровского. Валовое содержание ванадия варьирует от 49 в дерново-боровой почве до 210мг/кг в черноземе обыкновенном лесоулучшенном, содержание подвижных форм – от 3 в черноземе обыкновенном до 20 мг/кг в пойменной лугово-лесной почве.