钒的物化性质

一、钒的物理性质钒属于元素周期表第VB族。它与其他VB族金属一样，具有体心立方结构，没有任何晶型变化，致密钒的外观呈浅灰色，熔点较高，在冶金分类上与同一副族的铌和钽同属于稀有高熔点金属。琪硬度和抗拉强度极限与加工和热处理状况及杂质含量有密切关系。纯钒具有良好的可塑性，在常温下可轧成片、箔和拉成丝。少量的杂质，特别是碳、氧、氮和氢等间隙元素，可使钒的可塑性降低，硬度和脆性增加。钒的物理性质原子序数23原子量50.9415外层电子结构3d3s2稳定同位素及所占百分数50，0.25％51,99.75％晶型结构体心立方晶型常数/nma=0.30240原子半径/nm（20C）0.13112配位数8原子体积/cm3·mol-19.1电负性1.45电子价+2、+3、+4、+5离子半径V+0.109、V2+0.092、V3+0.077、V4+0.067、V5+0.059密度kg·m-36110熔点/C1910沸点/C3409蒸汽压对数值/Pa（25~1910C）-26900/+0.33LgT-0.265×10-2T+12.245二、钒的化学性质钒原子的价电子结构为3d34s2，五个价电子都可以参加成健，能生成+2、+3、+4、+5氧化态的化合物，其中以五价钒的化合物较稳定。五价钒的化合物具有氧化性能，低价钒则具有还原性。钒的价态越低还原性越强。不同价态的钒离子在酸性溶液中具有不同的颜色。因此，可以根据离子的颜色和颜色的深浅初步鉴别酸性溶液中钒离子的价态和离子浓度。室温下金属钒较稳定，不与空气、水和碱作用，也能耐稀酸。高温下，金属钒很容易与氧化氮作用。当金属钒在空气中加热时，钒氧化成棕黑色的三氧化二钒、铁红色的四氧化二钒，并最终成为桔黄色的五氧化二钒。钒在氮气中加热至900~1300℃会生成氮化钒。钒与碳在高温下可生成碳化钒，但碳化反应必须在真空中进行。当钒在真空下或惰性气氛中与硅、硼、磷、砷一同加热时，可形成相应的硅化物、硼化物、磷化物和砷化物。三、钒的主要化合物3、1、氧化物钒与氧形成众多的氧化物，但公认的主要氧化物为V2O5、V2O4、V2O3和VO，他们的主要性质见下表：性质V2O5V2O4V2O3VO颜色橙黄蓝黑淡绿结构斜方单斜刚玉面心平方密度/kg·m-33357433948705758熔点/C678154219571790沸点/C1750分解蒸汽压V2O5（液）=V2O5（气）△H298/kJ·mol-1-1550.6-713.37-1218.8-431.8S298/J·K·mol-1130.551.4698.0738.91△G298/kJ·mol-1-1420.0-659.4-1139.5-404.43、2、钒酸VO2是两性氧化物，能与碱形成四价钒的钒酸盐。五价钒的氧化物是酸性较强的两性氧化物，它与碱形成的钒酸盐的趋势更为明显。钒在溶液中的聚合状态不仅与溶液的酸度有关，而且也与其浓度关系密切。3、3、钒酸盐通常说的钒酸盐多指含（V）V的钒酸盐。钒酸盐分偏矾酸盐MVO3、正钒酸盐M3VO4、和焦钒酸盐M4V2O7，式中M代表一价金属。Bi、Ca、Cd、Cr、Co、Cu、Fe、Pb、Mg、Mn、Ni、K、Ag、Na、Sn和Zn均能生成钒酸盐。碱金属和镁的偏矾酸盐可溶于水，得到的溶液呈淡黄色。其他金属的钒酸盐不大能溶于水。对钒冶金而言，最重要的钒酸盐是钒酸钠和偏钒酸铵。3、3、1、钒酸钠偏钒酸钠（NaVO3）、焦钒酸钠（Na4V2O7）和正钒酸钠（Na3VO4）比较常见，它们在水中易溶解，生成水合物。以偏钒酸钠为例，在35℃以上时它能从其溶液中结晶出无水结晶，而在35℃以下则析出NaVO3·２Ｈ２Ｏ。偏钒酸钠的溶解度随温度升高而增加。3、3、2、钒酸铵偏钒酸铵在钒的湿法冶金中占有重要地位。偏钒酸铵为白色或微黄色的晶体粉末，微溶于水和氨水，难溶于冷水。它在不同温度下在水中溶解度也不尽相同。当水溶液中有铵盐存在时，因共同离子效应，偏钒酸铵的溶解度下降。这一现象在钒的湿法冶金中被广泛应用。偏钒酸铵在常温下稳定，加热时易分解。它在空气中的分解反应为：6NH4VO3=（NH4）2O·3V2O5+4NH3+2H2O2NH4VO3=V2O5+2NH3+H2O即在较低温度时，分解的固体产物中仍含有部分氨；温度较高时，分解的固体产物为V2O5。3、4、钒的卤化物钒能与各种卤素生成二价、三价和四价的卤化物。五价钒的纯卤化物已知的只有VF5。对同一种卤素，随着钒原子价的增加，钒卤化物的化学稳定性减弱。对同一价态的钒，其卤化物的化学稳定性由氟到碘依次递减。这说明钒与氟、氯容易发生反应，而与溴、碘则较困难。二价钒卤化物的热稳定性好，是强还原剂，易吸湿，在水中能形成V（H2O）6离子。三价钒卤化物的热稳定性较差。四价钒卤化物的稳定性差，其中四氯化钒相对说比较稳定。五价钒的卤化物中仅VF5被确认。VF5是白色固体，在19.5℃融化成淡黄色液体，是强氧化剂和氟化剂。五价钒的卤氧化物较多，VOCl3、VOBr、VO2F、VO2Cl。3、5、碳化钒钒--碳系中只有V2C和VC两个中间相在1320℃以上的温度下稳定，两种碳化钒均系非化学计量化合物，其物理性能均与其实际组成有依赖关系。