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Vanadio

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Nombre, símbolo, Z:	Vanadio, V, 23
Serie química:	Metales de transición
Grupo, periodo, bloque:	5, 4 , d
Configuración electrónica:	[Ar] 3d³ 4s²

Propiedades atómicas

Masa atómica:

50,9415 uma

Radio atómico:

171 pm

- Medio †

135 pm

- Covalente

125 pm

- De Van der Waals

Sin datos

Nº de oxidación (óxido):

5, 3 (anfótero)

Electronegatividad:

1,63 (Pauling)

Potencial de ionización:

650,9 kJ/mol

- 2.º = 1414
- 3.º = 2830

- 4.º = 4507

- 5.º = 6298,7

† Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico.

Propiedades físicas
Estado:	Sólido
Estructura cristalina:	Cúbica centrada en el cuerpo
Color:	Metálico, gris plateado
Densidad:	6110 (kg/m³)
Dureza:	7,0 (Mohs)
Conductividad eléctrica:	4,89×10⁶ S/m
Conductividad térmica:	30,7 W/(m·K)
Calor específico:	490 J/kg·K
Punto de fusión:	2175 K
Entalpía de fusión:	20,9 kJ/mol
Punto de ebullición:	3682 K
Entalpía de vaporización:	0,452 kJ/mol
Presión de vapor:	3,06 Pa a 2175 K
Velocidad del sonido:	4560 m/s a 293,15 K

Isótopos más estables

Iso.	AN (%)	Vida media	MD	ED (MeV)	PD
⁴⁸V	Sintético	15,9735 d	ε	4,012	⁴⁸Ti
⁴⁹V	Sintético	330 d	ε	0,602	⁴⁹Ti
⁵⁰V	Sintético	1,4E17 a	ε	2,208	⁵⁰Ti
⁵⁰V	Sintético	1,4E17 a	β^-	1,037	⁵⁰Cr
⁵¹V	100	El V es estable con 28 neutrones

Valores en el SI y en condiciones normales (0 ºC y 1 atm), salvo indicación en contra.

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. Se emplea principalmente en catalizadores y aleado en aceros. El nombre procede de la diosa de la belleza Vanadis en la mitología escandinava.

Características principales

El vanadio es un metal de transición blanco, dúctil y brillante. Este metal 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 químico 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.

Aplicaciones

Aproximadamente el 80% del vanadio producido se emplea como ferrovanadio o como aditivo en aceros.

Se emplea en acero inoxidable usado en instrumentos quirúrjicos 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 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 cerámicas.

Papel biológico

El vanadio es un elemento esencial en algunos organismos. En humanos no está demostrada su esencialidad aunque existen compuestos de vanadio que imitan y potencian la actividad de la insulina.

Se encuentra en algunos enzimas en distintos seres vivos. Por ejemplo, en las haloperoxidasas (generalmente bromoperoxidasas) de algunas algas, que reducen peróxidos y a la vez halogenan un sustrato orgánico.

Las ascidias (unos organismos marinos de la familia de los tunicados) almacenan altas concentraciones de vanadio, alrededor de un millón de veces más altas que el agua que les rodea, encontrándose en una molécula llamada hemovanadina. En estos organismos el vanadio se almacena en unas células llamadas vanadocitos.

También acumula altas concentraciones de vanadio el hongo Amanita muscaria. Se forma un complejo con un ligando ionóforo llamado amavadina.

Historia

El vanadio (de la diosa de la belleza en la mitología escandinava Vanadis debido a los colores de sus compuestos), fue descubierto en un principio por el mineralogista español Andrés Manuel del Río, en México, en 1801, en un mineral de plomo. Primero lo denominó pancromo, debido a que los colores eran parecidos a los del cromo, y luego eritronio debido al color de sus sales que se volvían rojas al calentarlas.

Sin embargo, el químico francés Hippolyte Victor Collet-Descotils cuestionó este descubrimiento diciendo que realmente se trataba de cromo impuro. Esto provocó que Andrés Manuel del Río se retractara de su descubrimiento.

En 1830, el sueco Nils Gabriel Sefström lo redescubrió en un óxido que encontró mientras trabajaba en unas menas de hierro y le dio el nombre que hoy se conoce. Después, en 1831, Friedrich Wöhler concluyó que se trataba del mismo elemento descubierto en 1801.

En 1967 Henry Enfield Roscoe preparó, finalmente, vanadio metálico mediante la reducción de tricloruro de vanadio, VCl₃ con hidrógeno.

Compuestos

Presenta variados estados de oxidación, con distintos colores. Mediante un experimiento sencillo se puede apreciar: partiendo de vanadato de amonio (NH₄VO₄), y empleando zinc metálico en medio ácido, se produce la serie de reacciones siguiente:

VO₄^3- (incoloro) → [VO(OH₂)₅]²⁺ (azul) → [V(OH₂)₆]³⁺ (verde) → [V(OH₂)₆]²⁺ (violeta)

Pentóxido de vanadio

El pentóxido de vanadio, V₂O₅, que se suele obtener como un sólido pulverulento de color naranja, es un agente oxidante, y se emplea como catalizador y como colorante.
La unidad vanadilo, VO²⁺, en donde el vanadio está en estado de oxidación +4, siendo el enlace V-O doble, se puede encontrar en distintos complejos de vanadio, generalmente con cuatro ligandos más, formando una pirámide de base cuadrada. Pueden presentar un ligando más en posición trans al ligando oxo, pero esta posición es bastante lábil. Generalmente los complejos de este tipo son azules. En el estado de oxidación +5, también forma complejos con ligandos oxo.

Abundancia y obtención

El vanadio no se encuentra nunca en estado nativo, pero está presente en unos 65 minerales diferentes, entre los que destacan la patronita, VS₄, vanadinita, Pb₅(VO₄)₃Cl, y la carnotita, K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O. También se encuentra en la bauxita, así como en depósitos que contienen carbono, como por ejemplo en carbón, petróleos, crudo y alquitrán. Se extrae del petróleo empleando porfirinas. Además, se obtiene pentóxido de vanadio, V₂O₅, recuperándolo de la combustión del vanadio.

Los vanadatos se disuelven mediante una fusión alcalina. En medio ácido y tras otros procesos se obtiene el V₂O₅, que se reduce parcialmente con carbono, y luego con calcio en atmósfera de argón para obtener vanadio metálico.

En el caso de que no se parta de un mineral que contenga el vanadato, sino un sulfuro, éste se oxida para obtener el vanadato y se realiza el mismo procedimiento para obtener vanadio.

Si se quiere obtener vanadio más puro, se emplea el método Van Arkel-de Boer (formación de un compuesto volátil y su posterior descomposición).

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 una vida media de 1,4 x 10¹⁷ años, el vanadio-49, de 330 días, y el vanadio-48, de 15,9735 días. El resto tienen vidas medias de menos de una hora, siendo la mayoría de menos de diez segundos. Además, este elemento tiene un metaestado.

La masa atómica de los isótopos de vanadio va desde 43,981 uma (vanadio-43) hasta 59,959 uma (vanadio-59). El principal modo de desintegración de los isótopos más ligeros que el estable (V-51) es la captura electrónica que da lugar a isótopos de titanio, mientras que los isótopos más pesados que el V-51 se desintegran mediante emisión beta en isótopos de cromo.

Precauciones

El polvo metálico es pirofórico, y los compuestos de vanadio deberían de ser considerados como altamente tóxicos. Su inhalación puede causar cáncer de pulmón.

La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional estadounidense (OSHA) ha establecido un límite de exposición para el polvo de pentóxido de vanadio de 0,05 mg/m³, y de 0,1 mg/m³ para el gas de pentóxido de vanadio en el aire del lugar de trabajo para una jornada de 8 horas, 40 horas a la semana.

El Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional estadounidense (NIOSH) recomienda que debe considerarse peligroso para la salud y la vida un nivel de 35 mg/m³ de vanadio. Este nivel se corresponde al cual puede causar problemas permanentes de salud o muerte.