Element 5. skupine

Skupina 5 v periodnem sistemu
Vodik Helij
Litij Berilij Bor (element) Ogljik Dušik Kisik Fluor Neon
Natrij Magnezij Aluminij Silicij Fosfor Žveplo Klor Argon
Kalij Kalcij Skandij Titan (element) Vanadij Krom Mangan Železo Kobalt Nikelj Baker Cink Galij Germanij Arzen Selen Brom Kripton
Rubidij Stroncij Itrij Cirkonij Niobij Molibden Tehnecij Rutenij Rodij Paladij Srebro Kadmij indij Kositer Antimon Telur Jod Ksenon
Cezij Barij Lantan Cerij Prazeodim Neodim Prometij Samarij Evropij Gadolinij Terbij Disprozij Holmij Erbij Tulij Iterbij Lutecij Hafnij Tantal Volfram Renij Osmij Iridij Platina Zlato Živo srebro Talij Svinec Bizmut Polonij Astat Radon
Francij Radij Aktinij Torij Protaktinij Uran (element) Neptunij Plutonij Americij Kirij Berkelij Kalifornij Ajnštajnij Fermij Mendelevij Nobelij Lavrencij Raderfordij Dubnij Siborgij Borij Hasij Majtnerij Darmštatij Rentgenij Kopernicij Nihonij Flerovij Moskovij Livermorij Tenes Oganeson
skupina 4 ←    → skupina 6
IUPAC ime skupine 5
Ime po elementu vanadijeva skupinap
CAS številka skupine
(ZDA, vzorec A-B-A)
 VB
stara IUPAC številka
(Evropa, vzorec A-B)
 VA
↓ Perioda
4
Slika: Vanadijevi kristali
Vanadij (V)
23 Prehodna kovina
5
Slika: Niobijevi kristali
Niobij (Nb)
41 Prehodna kovina
6
Slika: Tantalov kristal
Tantal (Ta)
73 Prehodna kovina
7 Dubnij (Db)
105 Prehodna kovina
prvobitni
sintetični element
p · p · u · z

V 5. ali vanadijevo skupino periodnega sistema elementov spadajo elementi vanadij (V), niobij (Nb), tantal (Ta) in dubnij (Db), katerega so ga prvič sintetizirali leta 1967.

Elementi imajo podobne elektronske konfiguracije, predvsem na zunanji elektronski ovojnici, ki jim dajejo podobne lastnosti. Vsi elementi so kovine, ki imajo v spojinah oksidacijska stanja +5 in +3.

Z Element Št. elektronov/orbitala
23 Vanadij 2, 8, 11, 2
41 Niobij 2, 8, 18, 12, 1
73 Tantal 2, 8, 18, 32, 11, 2
105 Dubnij 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2

Niobij kljub podobni konfiguraciji ne sledi splošnim trendom. Dubnij v naravi ni obstojen in se lahko proizvede samo sintetsko.

Zgodovina

Odkritje prvih treh elementov vanadijeve skupine na začetku 18. stoletja so zaradi njihove podobnosti povzročila veliko negotovosti in zmede. Leta 1801 je A.M. del Rio trdil, da je v svinčevi rudi iz Mehike odkril do takrat nepoznan element z vrstnim številom 23 in ga zaradi rdeče barve njegovih soli imenoval eritronij. Štiri leta kasneje so njegovo odkritje zaradi (netočne) trditve francoskega kemika H.V. Collett-Desotilsa, da gre za svinčev kromat, na žalost ovrgli. Element je šele leta 1830 ponovno odkril N.G. Sefström v vzorcu železa, po poreklu iz Švedske. Element je zaradi bogate palete barv njegovih soli imenoval vanadij po skandinavski boginje lepote Vanadis (Freya).

Leta 1801 se je začela tudi zgodovina tantala, ko je C. Hatchett preučeval nek mineral iz Kolumbije. Iz minerala so izolirali oksid do takrat nepoznanega elementa, katerega je imenoval kolumbij. Medtem je na Švedskem A.G. Ekeberg preučeval neke minerale iz Finske in objavil, da je odkril nov element in ga imenoval tantal, s čimer je namigoval na (Tantalove) muke, ki jih je imel pri raztapljanju njegovih mineralov v kislinah. Kemiki so bili dolgo časa prepričani, da sta tantal in kulumbij isti element, dokler ni leta 1844 H. Rose dokazal, da gre za različna elementa. Kolumbij so po Tantalovi hčerki Niobi preimenovali v niobij. IUPAC je leta 1950 zanj predpisal ime niobij, v ZDA pa se kljub temu včasih uporablja tudi staro ime kolumbij.[1]

Fizikalne lastnosti

Nekatere fizikalne lastnosti elementov 5. skupine so prikazane v naslednji preglednici:

Lastnosti kovin iz vanadijeve skupine[2][3][4]
Ime Vanadij Niobij Tantal Dubnij
Tališče 2183 K (1910 °C) 2750 K (2477 °C) 3290 K (3017 °C) ?
Vrelišče 3680 K (3407 °C) 5017 K (4744 °C) 5731 K (5458 °C) ?
Gostota 6,11 g·cm−3 8,57 g·cm−3 16,65 g·cm−3 ?
Videz jekleno siv kovinski z
modrim sijajem		 siv kovinski siv kovinski ?
Atomski polmer 135 pm 145 pm 145 pm ?

Nahajališča

Razširjenost kovin vanadijeve skupine v zemeljski skorji pada od vanadija preko niobija do tantala. Predpostavlja se, de je vanadija približno 0,0136% skupne mase zemeljske skorje, kar ga uvršča na 19. mesto med cirkonij (0,0162%) in klor (0,0126%). Med prehodnimi kovinami se uvršča na 5. mesto za železom, titanom, manganom in cirkonijem. Poznanih je več kot 60 vanadijevih mineralov, vendar so njihova nahajališča tako siromašna, da se večina vanadija proizvede kot stranski proizvod pri pridobivanju drugih kovin.[5]

Vsebnost niobija in tantala v zemeljski skorji je 0,002% oziroma 0,0001%, tako da se niobij lahko primerja z dušikom (0,0019%) in litijem (0,0018%), medtem ko se lahko tantal primerja z arzenom (0,00018%) in germanijem (0,00015%). Noibij in tantal se pogosto nahajata skupaj v mineralu kolumbitu (Fe,Mn)M2O6 (M = Nb, Ta), ki je bil vse do leta 1950 glavni vir obeh elementov. Po letu 1950 so v Braziliji odkrili bogata nahajališča piroklora, ki vsebuje skoraj 2,5% niobija kot (NaCaNb2O6F).

Največji proizvajalec niobija je trenutno Brazilija, največji proizvajalci tantala pa so Avstralija, Kanada in države jugovzhodne Azije.

Biološka nahajališča

Od elementov iz 5. skupine je v kemiji živih organizmov pomemben samo vanadij. Vezan je v nekaterih encimih višje razvitih organizmov in sodeluje v biokemiji nekaterih morskih plaščarjev.

Sklici

  1. ↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemistry of the Elements, 2. izdanje, School of Chemistry, University Leeds, UK, 1997, str. 976-977
  2. ↑ Webelements (Vanadium)
  3. ↑ Webelements (Niob)
  4. ↑ Webelements (Tantal)
  5. ↑ C. K. Gupta, N. Krishnamurthy: Extractive Metalurgy of Vanadium, Elsevier, Amsterdam, 1992, str. 689