Vanadio

El vanadio es un elemento qumico de nmero atmico23 situado en el grupo 5 de la tabla peridica de los ele-mentos. Su smbolo es V. Es un metal dctil, blando ypoco abundante. Se encuentra en distintos minerales y seemplea principalmente en algunas aleaciones. El nombreprocede de la diosa de la belleza Vanadis en la mitologaescandinava.Es un metal suave, de color gris plateado y de transicindctil. La formacin de una capa de xido del metal es-tabiliza al elemento contra la oxidacin.El elemento se encuentra naturalmente en minerales;hay cerca de 65 diferentes tipos y en los depsitos decombustibles fsiles. Se produce en China y Rusia, otrospases lo producen o bien por el polvo de combustin deaceite pesado, o como un subproducto de la minera deuranio. Se utiliza principalmente para producir aleacio-nes de aceros especiales, tales como aceros para herra-mientas de alta velocidad. El pentxido de vanadio se uti-liza como catalizador para la produccin de cido sulf-rico. El vanadio se encuentra en muchos organismos, yes utilizado por algunas formas de vida como un centroactivo de las enzimas.

1 Caractersticas principales

Cristales de vanadio.

El vanadio es un metal de transicin blanco, dctil y bri-llante. Este metal de transicin presenta una alta resis-tencia a las bases, al cido sulfrico (H2SO4) y al cidoclorhdrico (HCl).[1] Se obtiene de distintos minerales,as como de petrleos. Tambin se puede obtener de larecuperacin del xido de vanadio (V) en polvos proce-dentes de procesos de combustin. Tiene algunas aplica-ciones nucleares debido a su baja seccin de captura deneutrones. Es un elemento esencial en algunos seres vi-vos, aunque no se conoce su funcin.En sus compuestos presenta variados estados de oxida-cin, siendo los ms comunes +2, +3, +4 y +5.[1]

1.1 Istopos

En la naturaleza se puede encontrar un istopo estable, elvanadio-51. Se han caracterizado quince radioistopos,siendo los ms estables el vanadio-50, con un periodo desemidesintegracin de 1,5 1017 aos, el vanadio-49, de330 das, y el vanadio-48, de 159,735 das. El resto tienenperiodos de semidesintegracin de menos de una hora,siendo la mayora de menos de diez segundos. Adems,este elemento tiene un metaestado.El peso atmico de los istopos de vanadio va desde43,981 uma (vanadio-43) hasta 59,959 uma (vanadio-59). El principal modo de decaimiento antes del istopoms estable, vanadio-51, es la captura de electrones (sien-do los principales productos de decaimiento istopos delelemento 22, titanio), mientras que despus de ste, es ladesintegracin beta (dando como principales productosde decaimiento istopos del elemento 24, cromo).

1.2 Qumica y compuestos del vanadio

La qumica de vanadio es notable por la accesibilidad delos cuatro estados de oxidacin adyacentes. Los estadosde oxidacin ms comunes del vanadio son +2, +3, +4 y+5. El xido de vanadio (II) es un agente reductor, mien-tras que el xido de vanadio (V) es un agente oxidantedel xido de vanadio (IV). A menudo existen compues-tos de vanadio como los derivados que contengan dixidode vanadio (VO2).[1]

El vanadato de amonio (V) (NH4VO3) puede ser redu-cido sucesivamente con zinc para obtener los diferentescolores de vanadio en estos cuatro estados de oxidacin.Los estados de oxidacin bajos se producen en los com-puestos tales como V(CO)6, [V(CO)6]- y sus derivadossustituyentes.[1]

La batera redox de vanadio utiliza estos estados de oxi-dacin; la conversin de estos estados de oxidacin esilustrada por la fuerte reduccin de una solucin de cidode vanadio (V) compuesto con polvo de zinc. La primeracaracterstica de color amarillo de los iones de vanada-to (VO43-), se sustituye por el color azul [VO(H2O)5]2+,seguido por el color verde [V(H2O)6]3+ y luego violeta[V(H2O)6]2+.[1]

El compuesto de mayor importancia es el pentxidode vanadio, que se utiliza como un catalizador para laproduccin de cido sulfrico. Este compuesto oxida eldixido de azufre (SO2) a trixido (SO3). En esta reac-cin redox, el azufre se oxida de +4 a +6, y el vanadio se

1

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2 1 CARACTERSTICAS PRINCIPALES

Cadena de metavanadiato.

Pentaxido de vanadio.

reduce de +5 a +3:V2O5 + 2SO2 V2O3 + 2SO3El catalizador se regenera por oxidacin con el aire:V2O3 + O2 V2O5El pentaxido de vanadio, V2O5, que se suele obtener co-mo un slido pulverulento de color naranja, es un agenteoxidante, y se emplea como catalizador y como colorante

1.3 Compuestos del vanadio

Los haluros son conocidos por los estados de oxidacin+2, +3 y +4. El tetraclorhidro de vanadio (VCl4) es el msimportante de manera comercial. Este lquido se utilizaprincipalmente como catalizador para la polimerizacin

de dienos.

1.4 Compuestos de coordinacin

Modelo del VO(acac)2.

El vanadio se ubica entre los metales de transicin, lo queofrece tres caractersticas poco usuales de la qumica dela coordinacin de vanadio. En primer lugar, el vanadiometlico tiene la configuracin electrnica [Ar]4s23d3.En consecuencia, la mayora de los compuestos binariosson cidos Lewis (aceptores de pares de electrones); unejemplo claro son todos los haluros que forman ductos oc-tadricos con la frmula VXnLn (X= haluro, L= otrosligandos).[2] En segundo lugar, el ion de vanadio es bas-tante grande y puede alcanzar nmeros de coordinacinsuperior a 6, como es el caso de [V(CN)7]4-. En tercer lu-gar, los iones de vanadio VO2+ aparecen en muchos com-plejos de vanadio (IV), como el acetilacetonato de vana-dio (V(=O)(acac)2). En este complejo, el vanadio (con elestado de oxidacin 5+) forma una pirmide de base cua-drada, lo que significa que puede imponerse un ligando desesiones, tal como la piridina, aunque la asociacin cons-tante de este proceso es pequeo. Muchos complejos devanadio tienen una geometra bipiramidal trigonal, comoel VOCl2(NMe3)2.[3]

1.5 Compuestos organometlicos

La qumica organometlica de vanadio es muy compleja,pero los compuestos organometlicos son de importanciacomercial menor. El dicloro vanadoceno es un reactivode partida verstil e incluso tiene aplicaciones de menorimportancia en la qumica orgnica.[4][5] El vanadio car-bonilo (V(CO)6), es un raro ejemplo de un metal carbo-nilo que contiene un electrn no emparejado, pero queexiste sin dimerizacin. La adicin de un rendimiento deelectrones V(CO)6- (isoelectrnico con Cr(CO)6), puedereducirse an ms con el sodio en amonaco lquido paraproducir V(CO)63- (isoelectrnico con Fe(CO)5).[6][7][8]

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2.1 Aleaciones 3

2 Aplicaciones

Diagrama de Pourbaix del vanadio.[9]

Aproximadamente el 85% del vanadio producido se em-plea como ferrovanadio o como aditivo en aceros.

Se emplea en acero inoxidable usado en instrumen-tos quirrgicos y herramientas, en aceros resisten-tes a la corrosin, y mezclado con aluminio en alea-ciones de titanio empleadas en motores de reaccin.Tambin, en aceros empleados en ejes de ruedas ycigeales, engranajes, y otros componentes crti-cos.

Es un importante estabilizador: se utiliza en losvehculos para darle un mayor agarre en las llantasy as tener una mayor capacidad de carburos en lafabricacin de aceros.

Se emplea en algunos componentes de reactores nu-cleares.

Forma parte de algunos imanes superconductores.

Algunos compuestos de vanadio se utilizan comocatalizadores en la produccin de anhdrido maleicoy cido sulfrico. Concretamente, es muy usado elpentxido de vanadio, V2O5, que tambin se empleaen cermica.

La mayor parte del vanadio se utiliza como ferrovanadiocomo aditivo para mejorar los aceros.[10] El ferrovanadiose produce directamente por la reduccin de una mez-cla de xido de vanadio, xidos de hierro y de hierro enun horno elctrico.[10] El vanadio termina en arrabio pro-ducido a partir de la magnetita de vanadio. Durante laproduccin de acero, el oxgeno es soplado en la fundi-cin de hierro, la oxidacin del carbono y la mayora delas otras impurezas, formando escoria. Dependiendo del

mineral utilizado, la escoria contiene hasta un 25% devanadio.[10]

El vanadio metlico se obtiene a travs de un proceso demltiples pasos que comienza con la calcinacin de mine-ral triturado con NaCl o Na2CO3 en alrededor de 850 Cpara dar metavanadato de sodio (NaVO3). De un extrac-to acuoso de este slido se acidifica a dar pastel rojo,una sal polivanadiata, que se reduce con el calcio metli-co. Como una alternativa para la produccin de pequeaescala, el pentxido de vanadio se reduce con hidrgenoo magnesio.[10] Muchos otros mtodos tambin estn enuso, en todos los cuales el vanadio se produce como unsubproducto de otros procesos. La purificacin de vana-dio es posible por el proceso de barra de cristal desarro-llado por Anton Eduard van Arkel y Jan Hendrik De Boeren 1925. Se trata de la formacin del yoduro de metal, eneste ejemplo de vanadio (III) de yoduro (VI3), y la pos-terior descomposicin para producir metal puro.[11]

2.1 Aleaciones

Herramientas de acero de vanadio.

Aproximadamente el 85% de vanadio producido se uti-liza como ferrovanadio o como aditivo del acero.[10] Elaumento considerable de la fuerza en el acero que con-tienen pequeas cantidades de vanadio fue descubierto acomienzos del siglo XX. El vanadio forma carburos y ni-truros estables, resultando en un aumento significativo dela resistencia del acero.[12] A partir de ese momento elacero de vanadio se utiliza para aplicaciones en ejes, cua-dros de bicicletas, cigeales, engranajes y otros compo-nentes crticos. Hay dos grupos de vanadio que contienengrupos de aleacin de acero. El vanadio, con aleacionesde acero al carbono, contiene 0,15 a 0,25% de vanadio yse usa para herramientas de alta velocidad (vase DurezaRockwell), con rangos de contenido de vanadio del 1% al5%. Para los aceros para herramientas de alta velocidad,se puede lograr por encima de una dureza Rockwell de

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4 3 HISTORIA

60 kg. El acero se utiliza en los instrumentos quirrgicosy herramientas.[13]

El vanadio estabiliza la forma beta de titanio y aumentala resistencia y estabilidad de la temperatura de titanio.Mezclado con aluminio en aleaciones de titanio se utilizaen motores a reaccin y clulas de aeronaves de alta ve-locidad. Una de las aleaciones de titanio comn es 6AL-4V, una aleacin de titanio con 6% de aluminio y 4% devanadio.[14]

2.2 Otros usos

El vanadio es compatible con hierro y titanio; por lo tanto,el vanadio es utilizado en revestimiento de titanio y deacero.[15] Los neutrones trmicos moderan la captura dela seccin transversal y la corta vida media de los istoposproducidos por captura de neutrones hace al vanadio unmaterial adecuado para la estructura interior de un reactorde fusin.[16][17] Varias aleaciones de vanadio muestran elcomportamiento de superconductor. La primera fase desuperconductor A15 era un compuesto de vanadio, V3Si,que fue descubierto en 1952.[18] La cinta de vanadiato degalio se usa en los imanes superconductores (17,5 teslaso 175.000 Gauss). La estructura de la fase A15 de V3Gaes similar a la de las aleaciones de niobio-estao (Nb3Sn)y niobio-titanio (Nb3Ti).[19]

El xido ms comn de vanadio, el pentxido de vanadio(V2O5), se utiliza como catalizador en la fabricacin decido sulfrico por el proceso de contacto y como oxidan-te en la produccin de anhdrido maleico.[20][21] El pen-txido de vanadio tambin se utiliza en la fabricacin decermica.[22] El dixido de vanadio (VO2), se utiliza enla produccin de revestimientos de vidrio, que bloquea laradiacin infrarroja a una temperatura especfica.[23] Elxido de vanadio puede ser utilizado para inducir color encentros de corindn para crear joyas de alexandrita, aun-que alexandrita en la naturaleza es un crisoberilo.[24] Elvanadato se puede utilizar para proteger el acero contra laoxidacin y la corrosin por un revestimiento de conver-sin electroqumica.[25] El xido de vanadio y de litio hasido propuesto para su uso como nodo de alta densidadde energa de las bateras de iones de litio de 745 Wh/L,si se combina con una batera de litio de ctodo de xidode cobalto y de litio.[26][27] Se ha propuesto por algunosinvestigadores que una pequea cantidad, 40 a 270 ppmde vanadio en acero wootz y acero de Damasco, mejorasignificativamente la resistencia del material, aunque noest claro cul es la fuente del vanadio.[28]

3 Historia

Andrs Manuel del Ro descubri el vanadio en 1801 me-diante el anlisis de los minerales de la vanadinita, y lollam erythronium. Cuatro aos ms tarde, fue conven-cido por otros cientficos que erythronium era idntico al

cromo. El elemento fue redescubierto en 1831 por NilsGabriel Sefstrm, quien lo llam vanadio. Ambos nom-bres fueron atribuidos a la amplia gama de colores que seencuentran en los compuestos de vanadio.[1]

El vanadio fue descubierto originalmente por AndrsMa-nuel del Ro, mineralogista hispanomexicano de origenespaol, en 1801; en una mina cercana a Real del Montey Pachuca, en el actual municipio de Zimapn, Hidalgo,por lo que lo denomin Zimapanio. Del Ro extrajo elelemento de una muestra de plomo marrn de mineralmexicano, ms tarde llamado Vanadinita. Encontr quesus sales presentaban una gran variedad de colores, y co-mo resultado llam al elemento panchromium (en grie-go: que significa todos los colores). Mstarde, Del Ro cambi el nombre del elemento a Eryth-ronium (en griego: que significa rojo), ya quela mayora de sus sales al calentar tomaron una tonali-dad rojiza. En 1805, el qumico francs Hippolyte Vic-tor Collet-Descotils, respaldado por Alexander von Hum-boldt, declararon incorrectamente que el nuevo elementohaba sido solo una muestra impura de cromo. Del Roacept la declaracin de Collet-Descotils, y se retractde su afirmacin.[29]

En 1831, el qumico sueco, Nils Gabriel Sefstrm, redes-cubri el elemento en un xido mientras trabajaba conminerales de hierro. Ms tarde, ese mismo ao, FriedrichWhler confirm los principios de la obra de Del Ro.[30]Sefstrm eligi un nombre que comenzase con V, ya quela letra no haba sido asignada an a ningn otro ele-mento. Lo llam vanadio en honor a la diosa escandi-nava Vanadis, nombre que oficialmente mantiene hastala fecha, debido a los numerosos compuestos qumicosde colores que produce.[30] En 1831, el gelogo GeorgeWilliam Featherstonhaugh sugiri que el vanadio deberallamarse rionium en honor a Del Ro, pero esta suge-rencia no fue seguida.[31]

Ford T de 1910. Su chasis est hecho de acero de vanadio.

El aislamiento del vanadio fue difcil. En 1831, JnsJacob Berzelius inform la produccin del metal, peroHenry Enfield Roscoe demostr que en realidad habaproducido nitruro de vanadio (VN). Roscoe produjo fi-

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5

nalmente el metal en 1867 por la reduccin de vanadio(III), VCl3, con el hidrgeno.[32] En 1927, se produjo va-nadio puro por la reduccin de pentxido de vanadio concalcio.[33] El primer uso a gran escala industrial del vana-dio en el acero se encontr en el chasis del Ford T, inspira-do en los autos de carreras franceses. El acero de vanadiopermiti reducir el peso y al mismo tiempo aumentar lafuerza de traccin.[34]

4 Papel biolgico

La ascidia contiene vanadio en su organismo.

El vanadio es un elemento esencial en algunos organis-mos. En humanos no est demostrada su esencialidad,aunque existen compuestos de vanadio que imitan y po-tencian la actividad de la insulina.[35][36]

Se encuentra en algunas enzimas en distintos seresvivos.[37][38] Por ejemplo, en las haloperoxidasas (ge-neralmente bromoperoxidasas) de algunas algas, quereducen perxidos y a la vez halogenan un sustratoorgnico.[39][40][41]

Las ascidias (unos organismos marinos de la familia delos tunicados) almacenan altas concentraciones de vana-dio, alrededor de un milln de veces ms altas que el aguaque les rodea, encontrndose en unamolcula llamada he-movanadina. En estos organismos el vanadio se almacenaen unas clulas llamadas vanadocitos.[42]

Tambin acumula altas concentraciones de vanadio elhongo amanita muscaria. Se forma un complejo con unligando ionforo llamado amavadina.[43][44][45]

5 Abundancia y obtencin

El vanadio no se encuentra nunca en estado nativo, pe-ro est presente en unos 65 minerales diferentes, en-tre los que destacan la patronita, VS4,[46] vanadinita,Pb5(VO4)3Cl, y la carnotita, K2(UO2)2(VO4)23H2O.Tambin se encuentra en la bauxita, as como en depsi-tos que contienen carbono, como por ejemplo en carbn,

Vanadinita en Mibladen, Midelt Marruecos.

petrleos, crudo y alquitrn. Est presente en el petrleoformando estructuras tipo porfirinas. Adems, se obtienepentxido de vanadio, V2O5, recuperndolo de la com-bustin del petrleo.[47]

Los vanadatos se disuelven mediante una fusin alcalina.En medio cido y tras otros procesos se obtiene el V2O5,que se reduce parcialmente con carbono, y luego con cal-cio en atmsfera de argn para obtener vanadio metlico.En el caso de que no se parta de un mineral que contengael vanadato, sino un sulfuro, ste se oxida para obtener elvanadato y se realiza el mismo procedimiento para obte-ner vanadio.Si se quiere obtener vanadio ms puro, se emplea el m-todo Van Arkel-de Boer (formacin de un compuesto vo-ltil y su posterior descomposicin).Gran parte de la produccin de vanadio en el mundo pro-viene de lo magnetita. El vanadio es extrado principal-mente de Sudfrica, el noroeste de China, y el este deRusia. En 2007 estos tres pases haban extrado ms del95% de las 58.600 toneladas de vanadio producido.[48]

El vanadio tambin se encuentra en la bauxita y en losdepsitos de combustibles fsiles como el petrleo crudo,el carbn, el esquisto bituminoso y las arenas bitumino-sas. En el petrleo crudo, han sido reportadas concentra-ciones de hasta 1200 ppm. Cuando se queman productosderivados del petrleo, las trazas de vanadio pueden ini-ciar la corrosin en los motores y calderas. Se estima que110.000 toneladas de vanadio por ao se liberan a la at-

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6 8 REFERENCIAS

msfera por la quema de combustibles fsiles.[49] El va-nadio tambin se ha detectado en la luz espectroscpicadel Sol y otras estrellas.[50]

6 Precauciones

El polvo metlico es pirofrico, y los compuestos de va-nadio deberan de ser considerados como altamente txi-cos. Su inhalacin puede causar cncer de pulmn.[51][52]

La Administracin de Seguridad y Salud Ocupacional(OSHA) de los Estados Unidos ha establecido un lmi-te de exposicin para el polvo de pentxido de vanadiode 0,05 mg/m3, y de 0,1 mg/m3 para el gas de pentxidode vanadio en el aire del lugar de trabajo para una jornadade 8 horas, 40 horas a la semana.[53][54]

El Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional(NIOSH) de los Estados Unidos de Amrica recomiendaque debe considerarse peligroso para la salud y la vida unnivel de 35 mg/m3 de vanadio. Este nivel se correspondeal cual puede causar problemas permanentes de salud omuerte.[53][55]

Las trazas de vanadio en los combustibles fsiles presen-tan un riesgo de corrosin; es el componente principal decombustible que influye en la corrosin de alta tempera-tura. Durante la combustin, se oxida y reacciona con elsodio y el azufre. La obtencin de compuestos de vana-dato con puntos de fusin hasta 530 C ataca la capa depasivacin sobre el acero, y lo hace susceptible a la corro-sin. Los compuestos de vanadio slido tambin puedencausar abrasin de los componentes del motor. El sulfatode vanadio puede actuar como tratamiento en la diabetesmellitus tipo 2.[56][57][58][59][60]

7 Vase tambin Acero

Ductilidad

Metales de transicin

Superconductividad

Tabla peridica de los elementos

8 Referencias[1] Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils;

(1985). Vanadium. Lehrbuch der Anorganischen Che-mie (en alemn) (91100 edicin). Walter de Gruyter. pp.10711075. ISBN 3110075113.

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Mineral Information Institute - Vanadium

WebElements.com - Vanadium

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10 Texto e imgenes de origen, colaboradores y licencias

10.1 Texto Vanadio Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Vanadio?oldid=83614051 Colaboradores: EL Willy, Moriel, JorgeGG, Untrozo, Julie, Al-

berto Salguero, Aparejador, Dodo, Sms, Jsanchezes, Dianai, Balderai, Renabot, Petronas, RobotJcb, Rembiapo pohyiete (bot), RobotQuist-nix, Chobot, Yrbot, FlaBot, BOTijo, YurikBot, Lobillo, Eskimbot, Basquetteur, Boninho, Siabef, Kuanto, Oxartum, BOTpolicia, CEM-bot,Mister, Thijs!bot, Roberto Fiadone, Escarbot, PhJ, Kavanagh, Ikertza, JAnDbot, TheVerve, Muro de Aguas, TXiKiBoT, Rei-bot, Tiyo-ringo, Amanuense, AlnoktaBOT, Urdangaray, SteveMtl~eswiki, Matdrodes, Synthebot, AlleborgoBot, Muro Bot, Edmenb, Gerakibot,SieBot, Danielba894, Loveless, Drinibot, Bigsus-bot, BOTarate, Mel 23, PipepBot, Rofellos, Javierito92, Calabacin, DragonBot, Alejan-drocaro35, Petruss, Raulshc, Armando-Martin, Taty2007, AVBOT, LucienBOT, Louperibot, Diegusjaimes, MelancholieBot, CarsracBot,Luckas-bot, Ptbotgourou, Jotterbot, Bsea, Albge, ArthurBot, SuperBraulio13, Xqbot, Rubinbot, Alchemist-hp, Alexander494, TiriBOT,TobeBot, Cambiador 88, Kizar, Ruberyuka, Alfredalva, PatruBOT, Elarchirrequeterrecontrasupermejor, Ripchip Bot, Foundling, Grou-choBot, EmausBot, ZroBot, Aulacopalpus256, Mecamtico, Emiduronte, ChuispastonBot, Abdvivek, MerlIwBot, KLBot2, Anabella16,MetroBot, Invadibot, Gdqhadqsn, Elvisor, Legobot, Jarould, BenjaBot y Annimos: 78

10.2 Imgenes Archivo:1910Ford-T.jpg Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/74/1910Ford-T.jpg Licencia: Public domain Co-laboradores: http://content.lib.utah.edu/cdm4/item_viewer.php?CISOROOT=/USHS_Shipler&CISOPTR=2629&CISOBOX=1&REC=2 Artista original: Harry Shipler

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Archivo:VinwaterPourbaixdiagram.png Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f4/VinwaterPourbaixdiagram.png Licencia: Public domain Colaboradores: Trabajo propioAl-Kharafi, F. M.; Badawy, W. A. (1997). Electrochemical behaviour of vanadium in aqueous solutions of different pH. ElectrochimicaActa 42 (4): 579586. DOI:10.1016/S0013-4686(96)00202-2. Artista original: Cadmium at en.wikipedia

10.3 Licencia de contenido Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0

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