Vanadyum Nedir – Nerelerde Kullanılır

Vanadyum Nedir – Nerelerde Kullanılır

Vanadyum (V), niob ve tantal’la birlikte devresel sistemin VB grubuna girer. Normal yükseltgeme basamağı + 5 olduğu halde, daha düşük yükseltgeme basamakları da bulunabilir. Bununla birlikte, atom ağırlığı arttıkça bu eğilim azalır. Vanadyum + 2’den + 5’e kadar tüm değerlikleri kolaylıkla aldığı halde, niob ve tantal, daha düşük basamaklarda su tarafından hemen yükseltgenirler. Bu son iki element, doğada metal halinde bulunur ve iç merkezli kübik yapıda billurlaşır.

VB grubunun metalleri bazen istenilenden daha sert ve kırılgandırlar. Çünkü metalin özelliklerini değiştiren hidrür, nitrür ve karbürler kapsarlar (az miktarlarda). Vanadyum hidrürün, nitrürün ve karbürün kimyasal formülleri sırasıyla VH, VN ve VC’dir. Bu formüller yaklaşıktır; çünkü bu bileşikler ızgara boşluklu cinstendir. Yani, Hidrojen, azot ve karbon, metalin billur dokusunda boş olan aralıklardan bazılarında yeralırlar.

Vanadyum, niob ve tantalin özgül ağırlıkları, artan atom ağırlığıyla orantılı olarak artar. Ağırlıktaki bir artış, çekirdek protonlarında, dolayısıyle de elektronlarda bir artma demektir. Çekirdeğin pozitif yükündeki bu artış, çekirdeğe daha çok elektron çekme yeteneğini artırır. Dolayısıyle, atom daha sıkışık ve yoğunluğu daha büyük olur. Yoğunluklar —vanadyumun- ki 5,96 gr/sm3, niobunki 8,55 gr/sm3, tantalınki 16,6 gr/sm3— biçiminde artar.

Erime noktaları artan atom sayısıyla yükselir ve vanadyum, niob, tantal için sırasıyla 1890°C’tan 2468“C’a ve 2996°C’a kadar değişir. Tantalin erime noktası, onu ısıya dayanıklı elementler arasında ikinci yapar (birincisi tungstendir). Kaynama noktaları da, artan atom sayısıyla (yani Z) yükselir.

 

Doğada Vanadyum

Vanadyum taşkürede (litosfer) oldukça bol bulunur; bir ton kaya da 150 gr vanadyum vardır. Bununla birlikte demir ve alüminyumdan (ton başına 50 ve 80 kg) çok daha azdır. Öte yandan homologu olan niob ve tantaldan sırasıyla 6 ve 70 kez daha boldur.

Vanadyumun mineralleri pek- çoktur. Püskürük kayaların aşağı yukarı tümünde bulunurlar. Ayrıca birçoğu da tortul kayalarda bulunur. Başlıca mineralleri şunlardır: Karnotit (potasyum uranil vanadat), deskiozit (kurşun, kalay ve bakırın hidroksi vanadatları), mot- ramit (kimyasal birleşimi desklo-zitle aynı, yapısı biraz değişikçe), vanadinit (kurşun vanadat ve klorür, 3 Pbı (V04)2 ■ PbCl2), velbortit

(bakır hidro vanadat) ve patronit (vanadyum sülfat, VS4).

Birçok sulu vanadat daha bi-linmektedir. Özellikle uranil vana-dat’tan sözedilebilir. Bunlar uranyumun elde edilmesinde kullanılır; vanadyumun kendisi ise (özellikle karnotit kullanılırsa) yan ürün olarak elde edilir.

Vanadinit ve patronit, önemli vanadyum minerallerindendir. Vanadinit Arizona’da, patronit Peru’da çıkar. Vanadyum, bitki ve hayvan dünyasında da bulunur. Organizmalar içinde yeri hâlâ pek iyi bilinmemekle birlikte, belirli bazı bitkilerin külünde ve bazı deniz hayvanlarının beden suyuklarında bulu-nur. Venezuela’dakiler başta olmak üzere, belli bazı petrol yataklarında, organik karmaşıklar biçiminde de vanadyum bulunur. Damıtma ar. tıklarında, bu vanadyum yoğunlaşır. Artıklar yakıldığında, küllerde daha da yoğunlaşır. Petrol yataklarının biyolojik kökenli olduğu kuramını savunanlar için, «kara altınsın kapsamındaki vanadyumun, birikintileri oluşturan canlı varlıkların yapısından geldiği kesindir.

 

Vanadyumun Bulunması

XIX. yüzyılın başlarında kimyacılar, demir mineralleri içinde küçük miktarlarda bulunan elementlerin çelikten nasıl ayrılacağını bilmiyorlardı. Bu elementler daha sonra, yüksek fırında oluşan metalde yeniden ortaya çıkıyorlardı. İsveç’te bulunan demir mineralleri bu elementler açısından çok zengin olduğundan, orada üretilen çelikler bazısı yararlı, bazısı yararsız garip özellikler taşıyordu.

1830’da Stokholm’de J. J. Berze- lius’un laboratuvarında çalışan İsveçli kimyacı Nils Gabriel Sefström, belli bir çeliğin gevreklik niteliğini çözümledi. Bu çelik son derece dayanıklı olmasına karşılık —herhangi bir kırılgan çelik kadar dayanıklı— herhangi bir demir kadar dövülgendi. Bu özelliğin, Sefs- tröm’ün ayırmaya karar verdiği bir elementten ileri geldiği apaçıktı. Sefström, ayırdetmekte başarılı olamamakla birlikte, bilinmezliğini sürdüren bu elementin varlığını kanıtladı ve ona bir İskandinav tanrıçası olan Vanadis’in adını verdi. Çeyrek yüzyıl önce Andres Manuel del Rio, Meksika’da Zima- pan’dan çıkarılan vanadinitte yeni bir element keşfettiğini bildirdi. Manuel del Rio, bu elemente tuzlarının ısıtılırken aldığı kırmızı renkten ötürü eritronyum («kızarmak» anlamına gelen yunanca sözcük) adını verdi. Ama birkaç yıl sonra, yanıldığına ve Zimapan’da çıkarılmış kahverengi filizin yalnızca bir baz^kurşun kromat olduğuna karar

verdi. Sefström’ün buluşundan önce, Alman kimyacısı Friedrich Wohler, Zimapan’da çıkarılmış bir vanadinit filizini incelemiş ve 1830’- da Del Rio’nun incelemekten vazgeçtiği yeni elementin Sefström’ün vanadyumuyla eş olduğunu bulmuştu. Hastalığı dolayısıyle Wohler bulgularını rapor edemedi; dolayısıyle yeni bir element bulma şerefini kazanamadı. 1831’de Berzelius bir miktar vanadyum bileşiği hazırladı ve bu elementin krom ve molibden ile aynı aileden olduğuna karar verdi. İngiliz kimyacısı Henry E. Roscoe 1867 – 1870 yılları arasında Berzelius’un yanıldığını, çünkü onun serbest metal varsaydığı maddenin gerçekte oksidi VO olduğunu ve böylece, Berzelius’un incelediği bileşiklerin çoğunun oksijen taşıdığını kanıtladı. Roscoe, vanadyum klorürü (VCl2) hidrojenle indirgeyerek katışıksız metali (yüzde 95,8) ilk elde eden kişi oldu (1869). En düşük oksitinin nitrürünün ve karbürünün büyük ölçüde kararlı oluşundan ötürü, metal vanadyumun arılık derecesi yüksek olacak biçimde yalıtılması çok güçtü. Sonunda vanadyum pentoksit, kalsiyum metali ve kalsiyum klorürden oluşan bir karışımın bir saat süre ile 900 – 950°C’ta ısıtılması sonucu, yüzde 99,7 oranında arı metal vanadyum elde edildi. Saf  vanadyum 20. yüzyıl ortalarına doğru, sınırlı miktarlarda üretilmeye başlandı.

 

Vanadyumun Üretilmesi

A.B.D. dünyanın en büyük vanadyum üreticisidir ve vanadyum, özel nitelikli çeliklerin yapımında kullanılır. Vanadyum metal halinde indirgenme süreciyle (elementin yükseltgenme basamağının elektron kazanma sonucu değişmesi) elde edilir. Bu süreçte, mineralin sözgelimi tüm külü kapsamında bulunan vanadyum, vanadyum klorür yada oksite ve ardından da metalin kendisine dönüşür.

Bu işlem çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilir. Yöntemlerden biri, yüksek sıcaklıktaki bir hidrojen gazı akımını vanadyum klorür yada oksitlerinden geçirmektir. Metal kalsiyum da, oksijeni vanadyum oksitten ayırmada kullanılır. Hidrojenin ve kalsiyumun oksijen ilgileri yüksek olduğundan, oksijeni vanadyum oksitten çekip ayırırlar. Bu süreç, uranyumu metalin oksitinden indirgemede de kullanılır. Kalsiyum ile tepkime şöyle olur:

V205 + 5 Ca -» 2V + 5 CaO.

Arı vanadyum, arı haldeki birçok metal gibi oldukça yumuşaktır. Vanadyumun, kurşunun ve kalayın sertlik dereceleri hemen hemen eşittir. Ancak çeliğe katıldığında, vanadyum, alaşımın sertliğini artırır. Bunu başarmak için, son derece az bir miktar yeterlidir: Elde edilen alaşımın (ağırlıkça) yal nızca birkaç binde biri kadar bile.

Aslında yumuşak bir metalin başka bir metale katılarak onu sertleştirmesi ilgi çekici gelebilir; ama bu, sık raslanan bir olaydır. Sözgelimi, kalay yumuşak olduğu halde, bakırı, bronz denilen alaşımlarında sertleştirir (Bronzun türü, öğelerinin yüzdesine göre değişir). Olayı anlamak için, alaşımın billur dokusunda vanadyum atomlarının demir atomları arasına yerleşme düzenlerinin anlaşılması zorunludur. Bununla birlikte, vanadyum atomlarının bir başka metalin billur dokusuna girdiklerinde, billur dokusundaki atomlar üstüne etki eden ve onları birbirine bağlayan kuvvetleri değiştirdiklerini bilmek yeterlidir. Bu olay metallerin sertlik, dövülebilirlik v.b. fiziksel özelliklerinin değişmesine yol- açar.

Demir ile alaşım yapacak vanadyum, alüminotermi adıyla bilinen bir süreç yardımıyla oksitinden elde edilir. Bu süreç, vanadyum ok- sitin, oksijene son derece aç olan ve demir oksitle karışık bulunan alüminyum yardımıyla indirgenmesini kapsar. Alüminyum hem vanadyum oksiti, hem de demir oksiti indirger. Sonuç, vanadyum bakımından zengin (yaklaşık yüzde 30) bir demir alaşımıdır. Bu, düşük yüzdeli (yüzde 0,2) alaşım yapmak amacıyla demire katılır.

Vanadyum, çeliklerde metal kütle içinde bulunan emilmiş gazları çıkarma işlevini görür. Bu gazlar, metalin özellikleri açısından zararlıdırlar.

 

Vanadyumun Kimyasal Özellikleri ve Bişelimleri

Vanadyum pentoksitte (V2O5) oksijene bağlanmış olduğu -I- 5 değerliğin yanısıra, vanadyumun aynı zamanda -f 4, 4- 3 ve + 2 değerlik basamakları da vardır.

Vanadyum pentoksitin çeşitli uy-gulamaları vardır. Sülfürik asit ya-pımında, kükürt dioksitin kükürt trioksite yükseltgenme tepkimesinde enerjik bir katalizatördür. Başka birçok yükseltgeme tepkimeleri ni de katalizler ve bu nedenle ikinci büyük tüketicisi olan kimya sanayiinde yoğun biçimde kullanılır (En büyük tüketicisi ise, özel çelik sanayisidir).

Vanadyum pentoksitten türetilen birçok bileşik vardır: Çeşitli asitler ve bu asitleri karşılayan tuzlar gibi. NaiV04 ■ H20 gibi alkali vana- datlar, hidrojen sülfür (H2S) ile tepkidiğinde tiyovanadat (MeVS4) kapsayan çözeltiler oluşur. Renkle ri çok yoğundur ve kiraz kırmızı smdan menekşe kırmızısına değişir. En önemli tiyovanadat (NH4)} VS4’tür.

Yalın vanadik asitlerin tuzları renksizdir. Daha karmaşık vanadik asitlerinki ise sarı ya da portakal rengindedir. Elementin 5’den da ha düşük değerlik basamaklarında bulunduğu tüm vanadyum bileşikleri renklidir: Vanadyum dioksit (V02) koyu mavi, vanadil klorür (VOCl2) koyu yeşil, üç değerlikli vanadyum iyonu çözeltide yeşilimsi, hidroksiti [V (OH)3] yeşil sezyum ve vanadyum şapı [CsşS04 • V2(S04)i ■ 24H20~\ mavimsi mor,sül- fürü (V2S3) koyu gri, hidroksiti [V (OH)2] koyu kahverengi ve sülfatı [(FSO4) • 7H20] kırmızımsı mor renklidir.

Vanadyum sülfatta [ (VS04) • 7H20~\ molekül elektronları yeşil ışığı soğurur. İçinden geçen beyaz ışık, yeşili yitirerek, yalnızca tamamlayıcı renk —kalan renklerin karışımından oluşan renk— olarak kalır. Bu da kırmızımsı mordur.

Yorum yazın