Vanadio

Símbolo: V
Clasificación: Metales de transición Grupo 5

Número Atómico: 23
Masa Atómica: 50,9415
Número de protones/electrones: 23
Número de neutrones (Isótopo 51-V): 28
Estructura electrónica: [Ar] 3d³ 4s²
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 11, 2
Números de oxidación: +2, +3, +4, +5

Electronegatividad: 1,63
Energía de ionización (kJ.mol^-1): 650
Afinidad electrónica (kJ.mol^-1): 51
Radio atómico (pm): 135
Radio iónico (pm) (carga del ion): 72(+2), 65(+3), 61(+4), 59(+5)

Entalpía de fusión (kJ.mol^-1): 17,6
Entalpía de vaporización (kJ.mol^-1): 458,6

Punto de Fusión (ºC): 1910
Punto de Ebullición (ºC): 3407
Densidad (kg/m³): 6110; (20 ºC)
Volumen atómico (cm³/mol): 8,34
Estructura cristalina: Cúbica
Color: Gris-plateado

Propiedades comparadas

Isótopos: Dos isótopos naturales: 50-V (1,4x10¹⁷ años, 0,250%) y 51-V (99,750%). Veintitrés inestables cuyo período de semidesintegración oscila entre 90 milisegundos (44-V) y 330,0 días (49-V).

Descubierto en: 1801
Descubierto por: Manuel del Río
Fuentes: Minerales: Vanadinita [Pb₅(VO₄)₃Cl], patronita (VS₄), roscoelita (K(Al,V)₂[AlSi₃O₁₀](OH,F)₂) y carnotita (K₂(UO₂)₂(VO₄)₂.3H₂O).
Usos: Aleaciones de acero reforzado (herramientas), catalizador, colorantes, fijadores de color.

Curiosidades sobre el elemento: Manuel del Río lo descubrió en México en 1801. A sugerencias de un químico francés se retractó creyendo que lo había confundido con otro elemento: el cromo. En 1830 Nils Sefström descubre un elemento nuevo y Wöhler demuestra que es el mismo que el descubierto por Del Río. Roscoe lo obtuvo casi puro en 1867 por reducción del cloruro con hidrógeno. El nombre proviene de la diosa de la belleza, Vanadis, en alusión a la gran variedad de colores de sus combinaciones (en disolución acuosa):

⁵⁺

⁴⁺

³⁺

²⁺

No se encuentra en estado elemental, pero si en una gran cantidad de minerales (más de 65), entre los que se encuentran: carnotita, roscoelita, vanadinita y patronita que son las fuentes más importantes del metal. Otros son: mottramita [PbCu(VO₄)(OH)], descloizita [Pb(Zn,Cu)(VO₄)(OH)]. También se encuentra en fosfatos y ciertos minerales de hierro, plomo, cobre y cinc, en arcillas, campos de labrado y petróleo en forma de complejos orgánicos. En la corteza terrestre se encuentra en un 0,012% 2n peso. También en pequeñas cantidades en meteoritos.
La producción comercial a partir de cenizas de petróleo parece ser una importante fuente del elemento. Además, el vanadio es un veneno de los catalizadores en el proceso de craqueo del petróleo.
Hasta 1922 no se obtuvo con una pureza del 99,8%.
La mayor parte del metal se obtiene actualmente por reducción del V₂O₅ con calcio en un reactor a presión, a unos 950ºC, adaptación de un proceso desarrollado por McKechnie y Seibair.
Puede obtenerse vanadio de alta pureza por reducción de tricloruro de vanadio con magnesio o con mezcla de sodio-magnesio. Otra forma es la electrólisis de cloruro de vanadio (II) fundido.
El vanadio puro es un metal gris brillante, blando y dúctil. Es muy sólido (buena resistencia estructural) y tiene baja sección de captura de neutrones. Su conductividad eléctrica es un 9% de la del cobre.
Tiene una buena resistencia a la corrosión por álcalis, ácido sulfúrico y clorhídrico, agua marina. Forma rápidamente una capa de óxido que lo protege. En estado pulvurento arde en el aire. Se oxida fácilmente por encima de 660ºC. La misma reacción se produce con los elementos no metálicos (carbono, nitrógeno,...) a altas temperaturas. Se disuelve en los ácidos oxidantes o en caliente en sulfúrico.
El vanadio se utiliza en la producción de aceros de gran tenacidad para herramientas especiales: duras (resisten altas velocidades) y resistentes a la corrosión. Para ello, puesto que no es económicamente rentable añadir el metal al hierro, lo que se hace es obtener una aleación con vanadio (86%), hierro (2%) y carbono (12%) denominada ferrovanadio: se reduce óxido de vanadio (V) con aluminio en presencia de hierro. El ferrovanadio se añade a hierro fundido y carbono, y se obtiene el acero al vanadio deseado: es un estabilizador de carburos en la fabricación de aceros; estos carburos son muy refractarios. Alrededor del 80% del vanadio obtenido actualmente lo es para obtener ferrovanadio o para añadirlo al acero. También se utilizan hojas de vanadio como agente de unión para recubrimiento con titanio del acero.
Recubrimiento de las barras de combustible de reactores nucleares.
Entre sus compuestos:
El pentaóxido de vanadio (sólido de color naranja) se utiliza en cerámica y como catalizador en la fabricación de ácido sulfúrico. También se ha empleado en la fabricación de imanes superconductores con campos de 175000 gauss.
Es un oligoelemento para las bacterias fijadoras de nitrógeno, zoófitos y encinas.
El vanadio y sus compuestos son tóxicos y deben manejarse con cuidado. Provocan daños crónicos y, en grandes dosis, paralizan los centros respiratorios. La máxima cantidad de vapor (o polvo) de V₂O₅ admitida es de 0,05 mg/m³.