Vanadio

El vanadio es un elemento químico de número atómico 23 situado en el grupo 5 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es V. Es un metal dúctil, blando y poco abundante. Se encuentra en distintos minerales y se emplea principalmente en algunas aleaciones. El nombre procede de la diosa de la belleza Vanadis en la mitología escandinava. Es un metal suave, de color gris plateado y de transición dúctil. La formación de una capa de óxido del metal estabiliza al elemento contra la oxidación. Andrés Manuel del Río descubrió el vanadio en 1801 mediante el análisis de los minerales de la vanadinita, y lo llamó Erythronium. Cuatro años más tarde, fue convencido por otros científicos que Erythronium era idéntico al cromo. El elemento fue redescubierto en 1831 por Nils Gabriel Sefström, quien lo llamó vanadio. Ambos nombres fueron atribuidos a la amplia gama de colores que se encuentran en los compuestos de vanadio. El elemento se encuentra naturalmente en minerales; hay cerca de 65 diferentes tipos y en los depósitos de combustibles fósiles. Se produce en China y Rusia, otros países lo producen o bien por el polvo de combustión de aceite pesado, o como un subproducto de la minería de uranio. Se utiliza principalmente para producir aleaciones de aceros especiales, tales como aceros para herramientas de alta velocidad. El pentóxido de vanadio se utiliza como catalizador para la producción de ácido sulfúrico. El vanadio se encuentra en muchos organismos, y es utilizado por algunas formas de vida como un centro activo de las enzimas.

Características principales

El vanadio es un metal de transición blanco, dúctil y brillante. Este metal de transición presenta una alta resistencia a las bases, al ácido sulfúrico (H2SO4) y al ácido clorhídrico (HCl). Se obtiene de distintos minerales, así como de petróleos. También se puede obtener de la recuperación del óxido de vanadio (V) en polvos procedentes de procesos de combustión. Tiene algunas aplicaciones nucleares debido a su baja sección de captura de neutrones. Es un elemento esencial en algunos seres vivos, aunque no se conoce su función.

En sus compuestos presenta variados estados de oxidación, siendo los más comunes +2, +3, +4 y +5.

Isótopos

En la naturaleza se puede encontrar un isótopo estable, el vanadio-51. Se han caracterizado quince radioisótopos, siendo los más estables el vanadio-50, con un periodo de semidesintegración de 1,5 × 1017 años, el vanadio-49, de 330 días, y el vanadio-48, de 15,9735 días. El resto tienen periodos de semidesintegración de menos de una hora, siendo la mayoría de menos de diez segundos. Además, este elemento tiene un metaestado. El peso atómico de los isótopos de vanadio va desde 43,981 uma (vanadio-43) hasta 59,959 uma (vanadio-59). El principal modo de decaimiento antes del isótopo más estable, vanadio-51, es la captura de electrones (siendo los principales productos de decaimiento isótopos del elemento 22, titanio), mientras que después de éste, es la desintegración beta (dando como principales productos de decaimiento isótopos del elemento 24, cromo).

Aplicaciones

Diagrama de Pourbaix del vanadio.[9] Aproximadamente el 80% del vanadio producido se emplea como ferrovanadio o como aditivo en aceros.

• Se emplea en acero inoxidable usado en instrumentos quirúrgicos y herramientas, en aceros resistentes a la corrosión, y mezclado con aluminio en aleaciones de titanio empleadas en motores de reacción. También, en aceros empleados en ejes de ruedas y cigüeñales, engranajes, y otros componentes críticos.
• Es un importante estabilizador: se utiliza en los autos para darle un mayor agarre en las llantas y así tener una mayor capacidad de carburos en la fabricación de aceros.
• Se emplea en algunos componentes de reactores nucleares.
• Forma parte de algunos imanes superconductores.
• Algunos compuestos de vanadio se utilizan como catalizadores en la producción de anhídrido maleico y ácido sulfúrico. Concretamente, es muy usado el pentóxido de vanadio, V2O5, que también se emplea en cerámica. La mayor parte del vanadio se utiliza como ferrovanadio como aditivo para mejorar los aceros. El ferrovanadio se produce directamente por la reducción de una mezcla de óxido de vanadio, óxidos de hierro y de hierro en un horno eléctrico.El vanadio termina en arrabio producido a partir de la magnetita de vanadio. Durante la producción de acero, el oxígeno es soplado en la fundición de hierro, la oxidación del carbono y la mayoría de las otras impurezas, formando escoria. Dependiendo del mineral utilizado, la escoria contiene hasta un 25% de vanadio. El vanadio metálico se obtiene a través de un proceso de múltiples pasos que comienza con la calcinación de mineral triturado con NaCl o Na2CO3 en alrededor de 850 °C para dar metavanadato de sodio (NaVO3). De un extracto acuoso de este sólido se acidifica a dar "pastel rojo", una sal polivanadiata, que se reduce con el calcio metálico. Como una alternativa para la producción de pequeña escala, el pentóxido de vanadio se reduce con hidrógeno o magnesio. Muchos otros métodos también están en uso, en todos los cuales el vanadio se produce como un subproducto de otros procesos. La purificación de vanadio es posible por el proceso de barra de cristal desarrollado por Anton Eduard van Arkel y Jan Hendrik De Boer en 1925. Se trata de la formación del yoduro de metal, en este ejemplo de vanadio (III) de yoduro (VI3), y la posterior descomposición para producir metal puro.