Vanadio: ottenimento e proprietà dei composti
Il vanadio si trova in minerali come la patronite VS_4 e forma i vanadati vanadinite Pb_5(VO_4)_2Cl e carnotite K(UO_2)VO_4 1.5 H_2O. Quest’ultimo viene anche impiegato come minerale di uranio.
Il vanadio ha numero atomico 23 e peso atomico 50.94 a.m.u. Fu scoperto nel 1801 da Andrés Manuel del Río. La sua configurazione elettronica è 1s^2, 2s^2, 2p^6, 3s^2, 3p^6, 3d^3, 4s^2. I suoi stati di ossidazione più comuni sono +2, +3, +4 e +5.
Il vanadio si ottiene per riduzione del pentossido con carbone, silicio, alluminio e ferrosilicio, mentre per ottenerlo con maggiore purezza viene ridotto con il calcio, secondo l’equazione V_2O_5 + 5 Ca → 2 V + 5 CaO. Il vanadio è impiegato come additivo negli acciai per utensili per aumentarne la resistenza meccanica alle alte temperature. Viene commercializzato come lega ferrovanadio e ha caratteristiche simili a quelle del titanio. Il metallo è corrosivo solo ad alte temperature, reagendo con molti non metalli.
Il vanadio forma numerosi alogenuri. Nel suo stato di ossidazione V è noto solo il fluoruro, VF_5, un liquido bianco e viscoso che si solidifica a 19.5 °C. Nello stato di ossidazione IV, sono noti tre tetralogenuri: VF_4, VCl_4, VBr_4. Il fluoruro è un solido ottenuto fluorurando il tetracloruro con acido fluoridrico. Il tetracloruro è un liquido oleoso e scuro ottenuto trattando con cloro il metallo, il carburo o il nitruro oppure clorurando il pentossido con CCl_4 a elevate temperature. I trialogenuri VX_3 sono tutti noti e si ottengono alogenando con acido fluoridrico il tricloruro o tramite decomposizione termica del tricloruro, mentre i dialogenuri VX_2 si ottengono dai trialogenuri, per riduzione con idrogeno o per disproporzionamento. I tetralogenuri, VF_4 e VCl_4, sono forti acidi di Lewis e formano addotti con specie donatrici.
Esistono tre ossoalogenuri nel suo stato di ossidazione V: VOF_3, VOCl_3, VOBr_3. Il fluoruro si ottiene fluorurando l’ossocloruro o ossidando il trifluoruro, mentre gli altri due si possono ottenere alogenando il triossido. Sono solidi volatili che si idrolizzano rapidamente in acqua e sono stati isolati sali contenenti gli anioni [VOF_4]- e [VOCl_4]-.
L’ossido di vanadio (V)2O5 è un solido rosso che perde reversibilmente ossigeno a temperature tra 700-1100 °C. Si scioglie negli acidi e nelle basi, dando vanadati (VO3)-. I composti del vanadio (V) hanno proprietà ossidanti in soluzione e tendono a dare composti tetravalenti. La chimica di tali soluzioni è complessa, con varie specie a diversi valori di pH.
Nel suo stato di ossidazione IV, il composto più stabile è il biossido VO2, una sostanza anfotera, solubile sia in basi che in acidi. In quasi tutti i composti del vanadio (IV) è presente il catione vanadile VO2+ che forma un gran numero di complessi.
Il vanadio (III) è meno stabile delle valenze superiori ed ha un comportamento cationico. Il triossido V2O3 si ottiene per riduzione del pentossido con idrogeno.