| Symbool | V |
|---|---|
| Atoomnummer | 23 |
| Atoommassa | 50,942 u |
| Categorie | Overgangsmetaal |
| Groep | 5 |
| Periode | 4 |
| Blok | d-blok |
| Fase bij 20 °C | vast |
| Smeltpunt | 1910 °C |
| Kookpunt | 3407 °C |
| Dichtheid | 6,11 g/cm³ |
| Elektronenconfiguratie | [Ar] 3d3 4s2 |
| Elektronen per schil | 2, 8, 11, 2 |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 1,63 |
| Oxidatiegetallen | +2, +3, +4, +5 |
| Ontdekt | 1801 door Andrés Manuel del Río (1801); herontdekt door Nils Gabriel Sefström in 1830 |
| Engelse naam | Vanadium |
Eigenschappen van vanadium
Zuiver vanadium is een glanzend, staalgrijs metaal dat redelijk zacht en vervormbaar is, maar al kleine hoeveelheden zuurstof, stikstof of koolstof maken het hard en bros. Het smelt bij 1910 °C. Een beschermende oxidelaag maakt vanadium bij kamertemperatuur bestand tegen lucht, zeewater, zoutzuur en verdund zwavelzuur. Kenmerkend is het grote aantal stabiele oxidatiegetallen, van +2 tot +5. Opgelost in water geven die vier verschillende kleuren: V2+ is paars, V3+ groen, VO2+ blauw en vanadaat (+5) geel. Door een gele vanadaatoplossing stap voor stap te reduceren met zink, zie je de kleuren één voor één verschijnen; een geliefde proef in scheikundelessen. Vanadiumpentoxide (V2O5) is een oranjebruine stof en een belangrijke katalysator. Natuurlijk vanadium bestaat vrijwel volledig uit vanadium-51, met een spoortje van het extreem langlevende vanadium-50.
Naam. Sefström noemde het naar Vanadís, een bijnaam van de Noorse godin van de schoonheid Freya, vanwege de prachtige kleuren van vanadiumverbindingen.
Atoombouw en plaats in het periodiek systeem
Vanadium staat in periode 4 en groep 5 van het periodiek systeem, in het d-blok.
Een neutraal atoom heeft 23 protonen in de kern en 23 elektronen, verdeeld over 4 schillen: 2, 8, 11, 2. Het periodenummer (4) is gelijk aan het aantal schillen.
Buren in het systeem: links/ervoor: Titanium (Ti, 22); rechts/erna: Chroom (Cr, 24); eronder in dezelfde groep: Niobium (Nb).
Andere elementen in groep 5: Niobium, Tantaal, Dubnium.
Voorkomen
Vanadium komt in de aardkorst ongeveer evenveel voor als zink, maar verspreid over zo’n zestig verschillende mineralen, waaronder vanadiniet, carnotiet en patroniet. Het meeste wordt gewonnen uit titanomagnetiet-ijzererts, waarbij vanadium in de slak van de staalproductie achterblijft. China, Rusland en Zuid-Afrika zijn de grootste producenten. Ook ruwe olie, met name uit Venezuela en Canada, bevat vanadium; het hoopt zich op in roet en as van stookolie. Sommige zeedieren, zoals zakpijpen, concentreren vanadium in hun bloedcellen tot miljoenen keren de concentratie in zeewater, om nog onbekende redenen.
Toepassingen
- Ongeveer 85 procent van het vanadium gaat naar staal: vanadiumstaal is sterk en taai en wordt gebruikt in gereedschap, assen, veren en betonstaal.
- Snelstaal voor boren en freesgereedschap bevat vanadium, waardoor het zijn hardheid behoudt bij hoge temperaturen.
- Titanium-aluminium-vanadiumlegering (Ti-6Al-4V) is de meest gebruikte titaniumlegering in vliegtuigen en medische implantaten.
- Vanadiumpentoxide is de katalysator in het contactproces voor de productie van zwavelzuur.
- Vanadium-redox-flowbatterijen slaan grote hoeveelheden wind- en zonnestroom op in tanks met vanadiumoplossingen.
Veelgestelde vragen
Waarvoor wordt vanadium gebruikt?
Vanadium wordt vooral aan staal toegevoegd om het sterker, taaier en slijtvaster te maken, bijvoorbeeld voor gereedschap, veren en bouwstaal. Daarnaast zit het in titaniumlegeringen voor vliegtuigen en implantaten, is het een katalysator bij de productie van zwavelzuur en wordt het steeds vaker in flowbatterijen voor energieopslag gebruikt.
Hoe werkt een vanadium-flowbatterij?
In een vanadium-redox-flowbatterij zitten twee tanks met vanadiumoplossingen in verschillende oxidatietoestanden. Bij laden en ontladen worden ze langs een membraan gepompt en wisselen ze elektronen uit. Omdat beide kanten vanadium bevatten, raakt de vloeistof niet vervuild. Zulke batterijen gaan tienduizenden cycli mee en zijn geschikt voor grootschalige opslag.