釩

　　一種化學元素，化學符號 V，原子序數23，原子量50.9415，屬週期系VB族。

　　發現　1801年，西班牙礦物學傢A.M.del裏奧在釩鉛礦中發現一種新元素，命名為erythronium。當時，裏奧無法區別釩和鉻，經幾年的試驗，他宣稱他所研究的礦石隻是堿式鉻酸鉛。1830年，瑞典化學傢N.G.塞夫斯特穆在冶煉泰貝格的鐵礦時，發現在鍛鐵、爐渣和礦石中都含有一種新的元素，並以斯堪的納納維亞女神Vanadis之名將其命名為vanadium。以表示釩的化合物在溶液中所呈現的美麗顏色。同年，德意志F.維勒重新研究瞭裡奧所用的釩鉛礦，發現erythronium就是釩。1927年，美國化學傢J.W.馬登和M.N.裡奇在900～950℃時加熱五氧化二釩、金屬鈣和氯化鈣的混合物，制得純度為99.7％的金屬釩。

　　存在　釩在地殼中的含量在0.02％～0.03％之間，占第22位。釩廣泛分佈於許多種礦藏中，已知的含釩礦超過65種，最重要的釩礦有：綠硫釩礦VS₂或V₂S₅、釩雲母 K₂(Mg，Fe)(Al，V)₄Si₁₂O³²·4H₂O、釩鉛礦PbCl₂·3Pb₃(VO₄)₂和釩鉀鈾礦K₂O·2U₂O₃·V₂O₅·3H₂O。釩還常存在於鐵礦、鋁礦、煤和石油中，在太陽、恒星和隕石中已發現釩，在一些釩起著重要作用的動植物體內也能找到釩。自然界存在兩種釩的穩定同位素：釩50、釩51，其中釩51的含量為99.76％。

　　物理性質　金屬釩有淡灰色光澤，不易變暗，有韌性；熔點1890±10℃，沸點3380℃，密度5.96克/厘米³。金屬釩為體心立方晶格；在氫氣中加熱會變脆，在真空中加熱能恢復韌性。釩能與鋁、鈷、銅、鐵、錳、鉬、鎳、鈀、錫、矽等元素形成合金。

　　化學性質　釩的電子構型為(Ar)3d³4s²，氧化態有+2、+3、+4、+5、0、±1。常溫下，金屬釩對鹽水、空氣、稀硫酸、鹽酸和堿溶液都有較好的抗蝕性。釩容易溶於濃硫酸、濃硝酸和氫氟酸。釩與堿熔融可生成釩酸鹽和氫氣。

　　高溫下，釩能與多數非金屬直接化合。例如，釩與氧、氮、碳、硫等單質共熱，能生成氧化物VO、V₂O₃、VO₂、V₂O₅；氮化物VN；碳化物VC、V₄C₃和硫化物VS₂、V₂S₅。

　　釩的水溶液化學比較復雜。氫氧化釩在水溶液中的酸堿性隨氧化態的不同而異。通常，+2、+3價釩的氫氧化物呈堿性；+4、+5價釩的氫氧化物呈兩性，其中＋4價釩的堿性強於酸性，而＋5價釩的酸性強於堿性。+5價釩在不同酸度的水溶液中形成各種不同組成的釩酸鹽。在酸性溶液中，五價釩易被碘離子、亞鐵鹽、二氧化硫和汞等中等程度的還原劑還原為四價釩VO²⁺；鐵、鎂、亞錫等強還原劑可進一步將 VO²⁺還原為三價釩V³⁺；而鋅、鈣等可把V³⁺還原為二價釩V²⁺。釩還能與氫形成組成為VH_0.94的非整比氫化物。

　　制法　釩礦的處理方法有以下三種：①酸法，用硫酸或鹽酸處理礦石，使釩變成可溶性的(VO₂)₂SO₄或VO₂Cl。②堿法，用苛性堿或碳酸鈉與礦石一起熔融，使釩變成水溶性的釩酸鹽NaVO₃或Na₃VO₄。當礦石中含鈣時，必須用碳酸鈉處理，使鈣形成溶解度很小的碳酸鈣，避免生成難溶的釩酸鈣Ca(VO₃)₂。③氯化物焙燒法，用食鹽與礦石一起在空氣中焙燒，使五氧化二釩變為可溶於水的NaVO₃。

　　用碳、矽、鋁等元素還原五氧化二釩可以制取金屬釩。用鋁熱法生產的金屬釩，純度可達98％。此外，也常用矽鐵做還原劑生產金屬釩，同時加生石灰使二氧化矽變為矽酸鹽：

2V₂O₅+5Si─→4V+5SiO₂

SiO₂+CaO─→CaSiO₃

　　金屬釩非常容易與氧、碳、氫、氮等元素化合，也容易與某些產物形成固溶體，使純金屬釩的制備十分困難。常用的純金屬冶煉方法有氯化物還原、氧化物還原和碘化物熱分解三種：①在惰性氣氛中用金屬鈉、鎂、氫化鈉或氫氣還原四氯化釩VCl₄，可制得較純的金屬。在680～700℃時用氫在氬氣氛中還原四氯化釩，可得純度為99.95％的金屬釩。用這種方法時，必須將VCl₄中的少量VOCl₃除去，因為氧原子會嵌入金屬晶格中而影響延展性。②用稀土金屬（見稀土元素）混合物或鈣還原釩的氧化物(V₂O₃或V₂O₅)，也可制取較純的金屬釩。③加熱分解釩的碘化物VI，可制取最純的釩。此外，通過電解精煉也能制取高純度的金屬釩。用作合金材料的釩鐵常用鋁熱法還原釩酸亞鐵來制取。

　　應用　金屬釩主要用於制造合金鋼。釩不僅是一種合金成分，也是一種除氧劑。鋼中加釩可以使釩部分溶入鐵素體而提高強度和耐久性。釩鋼中釩的一般含量為0.15％～0.25％，廣泛用作結構鋼、彈簧鋼、工具鋼、裝甲鋼和鋼軌。釩還能改善鑄鐵性能，使成為耐磨鑄鐵。

　　五氧化二釩和釩酸鹽在化學工業中廣泛用作催化劑；還可用於制造彩色玻璃和陶瓷，以及油漆和墨水的催幹劑。