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美丽的过渡金属元素钒

发布时间:2021-07-16 14:24   来源:网络整理    作者:

钒,元素周期表第23号元素。

钒,最先由墨西哥矿物学家德尔·里奥于1801年研究含钒的铅试样中发现的。由于这种元素的盐溶液在加热时能呈现鲜艳的红色,所以被取名为“爱丽特罗尼”,即“红色”的意思。直到1830年,瑞典化学家尼尔斯·铬·塞夫斯特姆,在炼生铁时分离出了一种新元素,由于其化合物具有绚丽的色彩,于是以希腊神话中美丽的女神娃娜迪斯的名字命名为钒。

金属钒,灰黑色,但它能够形成不同价态的配位络合物,能看到钒不同价态强烈的特征色彩。例如,+2价的钒盐一般都是紫色的,+3价钒盐是绿色的,+4价是浅蓝色,+5价的五氧化二钒通常是红色的……这些色彩缤纷的钒的化合物,为我们提供了各种各样的颜料。如果把钒盐加到玻璃中能生成非常好看的玻璃,加入到墨水中能生成多种彩色墨水。更神奇的是,钒盐还能改变某些动物血液的颜色:高等动物的血液中含有铁离子,于是呈现出红色;低等动物的血液中含有铜离子,于是呈现蓝色;居于它们之间的某些动物的血液中会含有三价钒离子,于是这些动物的血液就是绿色。

不仅如此,人们还可以通过增加或调换配体来改变钒的氧化态,当配体改变的时候,会同时改变钒配合物电荷转移跃迁的能量,最终导致钒配合物的颜色发生改变,就能展现钒盐众多的颜色变化。

国内外对含钒化合物的研究已有20多年的历史,早期的钒主要用于改善钢的性能。别看金属钒和铁的外观差不多,都是灰黑色的,但是钒比铁坚硬得多,而且在常温下比铁“冷静”很多,不会轻易被其他物质氧化,不怕水、各种稀酸和碱液的腐蚀,是比铁更优质的材料。但是钒在自然界中含量较多,却极为分散,几乎没有含量较多的矿床,在海水、某些海洋生物体、磁铁矿、沥青、陨石和太阳的光谱线中,都能看到钒的踪影,但我们却无法做到像铁矿那样进行大规模开采,因为没有像铁矿那样大量聚集的钒矿,要想用钒取代钢铁还是很不现实的。但是人们也发现了钒的其他应用,只需在钢中加入百分之几的钒,就能大大改善钢的性能,如使钢材的弹性、强度大幅度增加,使钢材能耐高温又抗奇寒,随后在汽车、航空、铁路、电子技术、国防工业等部门,开始逐渐有了钒的踪迹。

随着研究的深入,人们还发现钒还有更多新的应用,例如钒电池,就是目前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一。它的制造、使用及废弃过程均不会产生对环境有害的物质,而且可以大电流密度放电。对于可再生能源发电,钒电池是铅酸电池理想的替代品,可作为大厦、机场、程控交换站备用电源,太阳能等清洁发电系统的配套储能装置,还可以为潜艇、远洋轮船提供电力以及用于电网调峰等。

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