7440-62-2

Vanadium

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TitaneVanadiumChrome
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23
V
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
V
Nb
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Informations générales
Nom, Symbole, Numéro Vanadium, V, 23
Série chimique métaux de transition
Groupe, Période, Bloc 5, 4, d
Masse volumique 6110 kg/m3
Couleur Blanc argenté
N° CAS 7440-62-2
N° EINECS 231-171-1
Propriétés atomiques
Masse atomique 50,941 5 u
Rayon atomique (calc) 135 (171) pm
Rayon de covalence 125 pm
Rayon de van der Waals  ?
Configuration électronique [Ar] 3d3 4s2
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 11, 2
État(s) d'oxydation 5, 3
Oxyde Amphotère
Structure cristalline Cubique centré
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Température de fusion 1 901,9 °C ; 2 175 K
Température d'ébullition 3 408,9 °C ; 3 682 K
Énergie de fusion 20,9 kJ/mol
Énergie de vaporisation 452 kJ/mol
Température critique  K
Pression critique  Pa
Volume molaire 8,32×10-6 m3/mol
Pression de vapeur 3,06 Pa
à 1 659,9 °C
Vitesse du son 4560 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,63
Chaleur massique 490 J/(kg·K)
Conductivité électrique 4,89×106 S/m
Conductivité thermique 30,7 W/(m·K)
1e Énergie d'ionisation 650,9 kJ/mol
2e Énergie d'ionisation 1414 kJ/mol
3e Énergie d'ionisation 2830 kJ/mol
4e Énergie d'ionisation 4507 kJ/mol
5e Énergie d'ionisation 6298,7 kJ/mol
6e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation6}}} kJ/mol
7e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation7}}} kJ/mol
8e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation8}}} kJ/mol
9e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation9}}} kJ/mol
10e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation10}}} kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
48V {syn.} 15,973 5 d ε 4,012 48Ti
49V {syn.} 330 d ε 0,602 49Ti
50V 0,25 % 150×1015 a ε
—-—
β-
2,208
—-—
1,037
50Ti
—-—
50Cr
51V 99,75 % stable avec 28 neutrons
Précautions
NFPA 704
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le vanadium est un élément chimique, de symbole V et de numéro atomique 23.

C'est un métal rare, mou et ductile que l'on trouve dans certains minerais. Il est principalement utilisé dans les alliages.

Sommaire

Caractéristiques notables

Vanadium

Le vanadium est un métal blanc, brillant, mou et ductile. Il possède une bonne résistance à la corrosion par les composés alcalins, ainsi qu'aux acides chlorhydrique et sulfurique. Il s'oxyde rapidement à environ 933 K. Le vanadium possède une bonne force structurelle ainsi qu'une faible section efficace d'interaction avec les neutrons de fission, ce qui le rend utile dans les applications nucléaires. C'est un métal qui présente à la fois des caractéristiques acide et basique.

Les états d'oxydation communs du vanadium sont +2, +3, +4 et +5. Une expérience populaire faite en réduisant du vanadate d'ammonium avec du zinc métallique permet de démontrer par calorimétrie les quatre états d'oxydation du vanadium. Un état d'oxydation +1 existe mais est plus rarement rencontré.

Utilisations

Environ 80% du vanadium produit est utilisé dans le ferro-vanadium et comme additif dans l'acier. Autres utilisations :

  • Le pentoxyde de vanadium (V2O5) est utilisé dans les céramiques et comme catalyseur ; c'est aussi un des gaz responsables de la corrosion chaude (fluxage).
  • Le vanadium est utilisé pour stocker l'énergie électrique dans des batteries à flux, encore peu répandues et en cours de développement[1] (2007).
  • Le vanadium est utilisé dans certains alliages d'acier inoxydable comme par exemple pour l'acier chirurgical.
  • Mélangé à l'aluminium et au titane on l'utilise dans la fabrication des moteurs de jet.
  • Des composés de vanadium sont utilisé comme catalyseur pour la synthèse de l'acide sulfurique ou de l'anhydre maléique.

Histoire

Le nom vanadium vient de Vanadis, « Dís des Vanir », autre nom de Freyja, déesse scandinave de la beauté, car celui-ci présente des composés chimiques très colorés. Il a été découvert par Andrés Manuel del Río un minéralogiste espagnol à Mexico en 1801. Il le baptisa alors « plomb brun » (maintenant appelé vanadinite). Lors de ses expériences, il découvrit que cette couleur provenait de traces de chrome, et renomma alors l'élément panchromium. Il le rebaptisa encore une fois plus tard érythronium, car la plupart des sels devenaient rouges lorsqu'ils étaient chauffés. Le chimiste français Hippolyte-Victor Collet-Descotils déclara alors que le nouvel élément de del Rio n'était que du chrome impur, et le Baron Alexander von Humboldt, ami de del Rio, fut du même avis. Del Rio se rangea lui-même à leurs conclusions.

En 1831, un suédois du nom de Nils Gabriel Sefström, redécouvrit le vanadium dans de nouveaux oxydes qu'il trouva en travaillant sur des minerais de fer. Plus tard la même année Friedrich Wöhler confirma les travaux de del Rio.

Le vanadium métallique fut isolé par Henry Enfield Roscoe en 1867. Celui-ci réduisit du chlorure de vanadium (VCl3) avec du dihydrogène.

Rôle biologique

À faible dose, le vanadium est un oligoélément, composant essentiel de certaines enzymes. Les rats et les poulets en ont besoin d'une quantité infinitésimale pour éviter des déficiences dans la croissance et la reproduction. Le vanadium est à l'étude pour le traitement du diabète. On sait déjà qu'il possède des propriétés insulino-sensibilisante bien supérieure au sulfonyl-urée et à la metformine, avec des effets indésirables réputés minimes. En tant qu'élément naturel, il n'est pas brevetable.

Contamination environnementale, présence dans l'environnement

Le vanadium est très faiblement présent en solution dans l’océan (de 1 à 3 μg/L) ; par exemple 1,22 μg/L en moyenne dans l'eau du fond du Golfe du Saint-Laurent et 1,19 μg/L en Atlantique Nord ou de 1,2 à 1,8 μg/L en mer des Sargasses, 1,53 à 2,03 μg/L dans le Pacifique. Il a rarement été mesuré sur la frange littorale, mais quelques études ont trouvé des taux variant de 0,61 μg.l-1 à 7,1 μg.l-1 sur le littoral de la Mer Noire[2].

Dans l'air ou dans l'eau, il provient essentiellement des émissions volcaniques,de lérosion des sols et roches ou de sources anthropiques telles que les effluents des usines produisant l'oxyde de titane qui en contiennent beaucoup (Ex : 317 t/an apporté par la Seine en Baie de Seine). Dans le monde, les fleuves en introduiraient ainsi 312 000 t/an dans l'océan [2].

La pollution de l'air par la combustion d'hydrocarbures en est une autre source (le pétrole brut Koweïtien ou d’Arabie Saoudite en renferme de 29 à 60 mg par kg de pétrole, soit un apport de 12 000 à 24 000 t/an dont 10 à 15% rejoignent la mer via les pluies. 53% de tout le vanadium de l'air serait d'origine anthropique [2].

Écotoxicologie

Le vanadium peut inhiber certaines réactions enzymatiques. La dose létale sur 9 jours pour la moule a été évaluée à 65 mg/Litre [2]. De nombreux organismes marins le concentrent (Les Tunicates (Urochordés) ont une concentration interne de vanadium jusqu'à un million de fois supérieure à celle de l'eau où ils vivent), mais souvent en l'inertant (seule une faible partie est assimilée, le reste étant fixé ou métabolisé et excrété).

Occurrence

On ne trouve pas de vanadium libre dans la nature, mais on le trouve sous forme liée dans au moins 65 minéraux comme la patronite (VS4), la vanadinite (Pb5(VO4)3Cl), et la carnotite (K2(UO2)2(VO4)2.3H2O); parfois dans la tanzanite. Le vanadium est aussi présent dans la bauxite, ainsi que dans le carbone contenant des dépôts comme le pétrole, le charbon, le bitume. Le spectre du vanadium a aussi été détecté dans la lumière du soleil ainsi que dans celle de certaines étoiles.

Isotopes

Le vanadium dans la nature est formé de deux isotopes, l'isotope 50 à 0,24% et l'isotope 51 à 99,76%.

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Voir « vanadium » sur le Wiktionnaire.

Notes et références


  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cp Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés
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