NIEN LUAN VẬT LÝ THUẬT TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN TỐ LITI VÀ COBAN, ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG TRONG ĐỜI SỐNG.

NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG MỞ ĐẦU Trong tự nhiên, nguyên tố có mặt khắp nơi tạo vạn vật Đến thời điểm tại, nhắc tới nguyên tố hóa học, số lượng xác nhà khoa học cho biết 118 với 98 nguyên tố có tự nhiên hàng chục nguyên tố hình thành từ phóng xạ thí nghiệm Q trình khám phá nguyên tố hấp dẫn nhà khoa học nhiều lĩnh vực (Vật lý, Hóa học,…) tính chất ứng dụng độc đáo Tất mang người đến với kỷ nguyên – kỷ nguyên khám phá phát triển khoa học Hiện nay, nguyên tố nhóm VB nhắc đến vanadi, góp phần vào công phát triển Với nhiều người ngun tố xa lạ nhà khoa học quen thuộc đặc tính mà ngun tố mang lại Trong niên luận này, em tập trung trình bày “Vanadi, hợp chất vanadi ứng dụng chúng” để thấy rõ tiềm mà nguyên tố kim loại mang lại Chân thành cảm ơn cô giúp đỡ tạo điều kiện để em hồn thành niên luận hiểu rõ vanadi Trân trọng! Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG MỤC LỤC MỞ ĐẦU DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH NỘI DUNG I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN TỐ VANADI Giới thiệu Đồng vị Tính chất đặc trưng II MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA VANADI Vanadi pentoxit (V2O5) Vanadi dioxit VO2 III KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT VANADI 10 Trữ lượng vanadi hợp chất tự nhiên 10 Sản xuất vanadi 11 IV VANADI VÀ HỢP CHẤT – VAI TRÒ VÀ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG 13 Vanadi 13 Hợp chất vanadi 15 V VANADI VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG XẤU CẦN BIẾT 17 LỜI KẾT 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Một số thông số vanadi…………………………………………………6 Bảng 2: Một số thông số VO2………………………………………………… Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Andrés Manuel del Río (1764-1849)………………… ….………………….… Hình 2: Vanadi thực tế………………………………… ……………………… Hình 3: Ngun tố vanadi bảng tuần hồn hóa học……………………….……… Hình 4: Phức chất vanadi (R=t-butyl)…………………………………………………7 Hình 5: Bột V2O5………………………………………….………………………………7 Hình 6: Trạng thái oxi hóa từ trái sang +2, +3, +4, +5…………………………………….7 Hình 7: Cấu trúc rutile…………………………………………………………………….9 Hình 8: Các dạng cấu trúc VO2 10 Hình 9: Các loại quặng vanadi hợp chất tự nhiên ……………………… 11 Hình 10: Quy trình tách, chiết vanadi từ hỗn hợp dung dịch…………… ………………12 Hình 11: Khống chất carnotite………………………………………….………………12 Hình 12: Vanadi nguyên tố quan trọng thể sống………….……………….13 Hình 13: Nấm amanita muscaria………………………………………….………… …13 Hình 14: Ti 6Al-4V…………………………………………………………………… 14 Hình 15: Vanadi dùng cơng nghiệp để biến tính thép……………… …………….14 Hình 16: Sơ đồ pin vanadi………………………………………………… ………… 15 Hình 17: Pin vanadi oxi hóa khử…………………………………………… ………… 16 Hình 18: Màng VO2 “chọn lọc quang phổ” – cho ánh sáng nhìn thấy truyền qua… 16 Hình 19: Vanadi pentoxit……………………………………………….……………….18 Hình 20: Hệ thống đánh lửa ion hóa động diesel……………….……………… 18 Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG NỘI DUNG I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN TỐ VANADI Giới thiệu Vanadi nhà hóa học người Mexico, Andrés Manuel del Río phát năm 1801 Ơng gửi mẫu quặng vanadi thư mô tả tới Institute de France, Pháp để phân tích xác nhận Lá thư ông không may bị vụ đắm tàu Viện nhận mẫu mà Rio đặt tên erythronium, giống crom Rio tin thư từ Paris phủ nhận khám phá Hình 2: Vanadi thực tế Hình 1: Andrés Manuel del Río (1764-1849) Vào năm 1830, Vanadi Nils Gabriel Sefstrưm, nhà hố học người Thụy Điển, khám phá lại phân tích mẫu sắt từ mỏ Thụy Điển Ông lấy theo tên vị thần, Vanadis, màu sắc sặc sỡ Vanadi bị khử lần Henry Enfield Roscoe, nhà hóa học người Anh, vào năm 1867 cách kết hợp vanadi trichloride (VCl3) với khí hydro (H2) 60 năm sau, vanadi với độ tinh khiết cao (99.399.8%) sản xuất Đồng vị Đồng vị hai hay nhiều dạng nguyên tố Các đồng vị khác số khối Vanadi tự nhiên tồn hai đồng vị 50V (0.24%) 51V (99.76%) 50V đồng vị phóng xạ, chu kỳ bán rã 1.5×1017 năm 51V đồng vị bền, có spin hạt nhân  7⁄2 Đến nay, có 24 đồng vị nhân tạo với số khối từ 40 đến 65 Đồng vị bền số 49 V, có chu kỳ bán rã 330 ngày 48V 16,0 ngày Tất đồng vị phóng xạ lại có chu kỳ bán rã nhỏ giờ, đa số có chu kỳ bán rã nhỏ 10 giây Tính chất đặc trưng Vanadi ký hiệu V, số thứ tự nguyên tử 23, nguyên tử lượng 50,9415 đvC, có số oxi hóa thường gặp +2,+3,+4,+5 Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG Vanadi nguyên tố thuộc phân nhóm VB, chu kỳ bảng hệ thống tuần hồn, có cấu hình lớp electron ngồi cùng: 3d34s2 Vanadi đặc biệt hoạt động kim loại số trường hợp, phi kim trường hợp khác Kim loại định nghĩa nguyên tố có bề mặt sáng bóng, chất dẫn nhiệt điện tốt, nấu chảy, ép thành mỏng, kéo thành dây mỏng Các phi kim thường khơng có đặc tính Hình 3: Ngun tố vanadi bảng tuần hồn hóa học Về mặt lý học, vanadi thể tính chất nhóm kim loại chuyển tiếp, có trạng thái vật chất thể rắn Đây kim loại có tính thuận từ có electron độc thân; hiếm, mềm, màu trắng xám, dễ kéo sợi Nó có khả chống ăn mòn tốt, khơng bị oxy hóa khơng khí nhiệt độ phòng, khơng hòa tan nước, bền chất kiềm không phản ứng với số axit, axit hydrocloric(HCl) axit sulfuric(H2SO4) nguội phản ứng với axit nóng, chẳng hạn axit sulfuric (H2SO4) nóng, axid nitric (HNO3) Nó bị oxy hóa khơng khí 933K (660°C, 1220°F), lớp oxit tạo thành nhiệt độ phòng Bảng 1: Một số thơng số vanadi Khối lượng riêng 6110kg/m3 Độ cứng 6.7 Bán kính nguyên tử 179pm(Van der Waals) Nhiệt độ nóng chảy 19100C Nhiệt độ sôi 34070C Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm khối Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG Ngồi tính chất chung kim loại, vandi phân lớp d chưa đầy đủ electron nên có số tính chất khác với kim loại thuộc phân nhóm chính:  Nhiều trạng thái oxi hóa Trong nguyên tố chuyển tiếp, electron hóa trị phân lớp ns (n-1)d có nhiều lượng xấp xỉ nên chúng sử dụng electron tham gia liên kết Trong đó, kim loại điển hình thường có số oxi hóa thay đổi Ví dụ: Các trạng thái oxi hóa V: +5,+4,+3,+2,+1,-1  Tạo phức chất Vanadi có khả tạo phức chất bền có orbital trống, tham gia tạo liên kết phối trí với phối tử để tạo thành phức chất Hình 4: Phức chất vanadi (R=t-butyl)  Đơn chất hợp chất thường có hoạt tính xúc tác Vanadi có khả tạo thành hợp chất trung gian với chất phản ứng làm giảm lượng hoạt hóa chất nên phản ứng xảy với tốc độ nhanh Ngồi ra, vanadi có vai trò chất hấp phụ bề mặt có diện tích bề mặt lớn Ví dụ: V2O5 chất xúc tác sản xuất H2SO4  Hợp chất thường có màu Do hiệu số lượng electron khơng lớn độ dài sóng hấp thụ vanadi nằm vùng khả kiến nên hợp chất chúng thường có màu Tất trạng thái oxi hóa từ -1 đến +5 biết đến hóa học vô cho nhiều màu sắc đẹp liên quan đến chuyển pha hợp chất vanadi Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 Hình 5: Bột V2O5 Hình 6: Trạng thái oxi hóa từ trái sang +2, +3, +4, +5 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG II MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA VANADI Vanadi pentoxit (V2O5) a) Tính chất vật lí V2O5 chất rắn màu nâu/vàng nhiên vừa kết tủa dung dịch nước, màu màu cam đậm Do trạng thái oxy hóa cao, vừa oxit lưỡng tính vừa chất oxi hóa b) Tính chất hóa học Khử axit yếu Khi đốt nóng hỗn hợp vanadi pentoxit (V2O5) vanadi (III) oxit (V2O3), phản ứng hóa hợp xảy tạo thành vanadi (IV) oxit, dạng chất rắn màu xanh đậm: V2O5 + V2O3 → VO2 Q trình khử bị ảnh hưởng oxalic axit (C2H2O4), cacbon monoxit (CO), lưu huỳnh dioxit (SO2) Các trình khử khí hydro (H2) CO dư tạo thành hỗn hợp oxit V4O7 V5O9 trước tạo thành V2O3 màu đen Phản ứng axit-bazơ V2O5 oxit lưỡng tính Khơng giống hầu hết oxit kim loại, hòa tan nước để tạo dung dịch axit màu vàng nhạt Vì vậy, V2O5 phản ứng với axit mạnh để tạo dung dịch có chứa muối màu vàng nhạt V2O5 + HNO3 → VO2(NO3) + H2O V2O5 phản ứng với kiềm mạnh để hình thành polyoxovanadate, có cấu trúc phức tạp phụ thuộc vào độ pH Nếu dung dịch natri hydroxit (NaOH) dư, sản phẩm muối không màu, sodium orthovanadat, Na3VO4 V2O5 + 6NaOH → 2Na3VO4 + 3H2O Nếu axit đưa từ từ vào dung dịch Na3VO4, màu sắc đậm dần từ màu da cam sang màu đỏ, sau V2O5 ngậm nước màu nâu kết tủa khoảng pH=2 Những dung 4− dịch chủ yếu chứa ion HVO2− V2 O7 vào khoảng pH = pH = 13 4− pH = ion lạ V4 O12 HV10 O5− 28 (decavanadate) chiếm ưu Khi dùng dung dịch thionyl chloride (SOCl2), chuyển thành chất lỏng bay vanadi oxychlorit, VOCl3 V2O5 + 3SOCl2 → 2VOCl3 + 3SO2 Phản ứng oxi hóa khử Hydrochloric axit (HCl) hydrobromic axit (HBr) bị khử thành halogen tương ứng: V2O5 + 6HCl + 7H2O → 2[VO(H2O)5]2+ + 4Cl− + Cl2 Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG Vanadi dioxit VO2 a) Tính chất Vanadi(IV) dioxit hợp chất vơ lưỡng tính dạng rắn màu xanh đậm, hòa tan axit khơng có tính oxi hóa mạnh tạo thành vanadyl ion [VO]2+ màu xanh, dung dịch kiềm tạo thành ion [V4O9]2− màu nâu pH cao cho ion [VO4]4− VO2 có nhiệt độ chuyển pha gần với nhiệt độ phòng (~66 °C) Các tính chất điện trở suất, khả chắn ánh sáng tăng lên nhiều lần, nhờ mà VO2 sử dụng rộng rãi lớp phủ bề mặt, cảm biến hay thiết bị nhớ Bảng 2: Một số thông số VO2 Khối lượng mol Nhiệt độ nóng chảy 82.94 g/mol 1967 °C Khối lượng riêng Cấu trúc tinh thể 4.571 g/cm (đơn tà) Rutile 4.653 g/cm3 (tứ giác) Ở nhiệt độ chuyển đổi từ pha rutile đến đơn tà, VO2 cho thấy thay đổi cấu trúc điện tử từ kim loại sang bán dẫn: pha rutile kim loại pha đơn tà bán dẫn Ở nhiệt độ phòng, VO2 có cấu trúc rutile với khoảng cách cặp nguyên tử V-V ngắn phản ánh liên kết kim loại-kim loại Khi nhiệt độ 68°C cấu trúc thay đổi thành dạng rutile không biến dạng liên kết kim loại-kim loại bị phá vỡ dẫn đến khả dẫn điện cảm từ tăng electron liên kết Hình 7: Cấu trúc rutile “giải phóng” VO2 thể tính chất khác thay đổi nhiệt độ Khi đun nóng từ nhiệt độ phòng lên 80°C, xạ nhiệt vật liệu tăng dần 75°C, sau giảm đột ngột Ở nhiệt độ phòng, VO2 gần suốt ánh sáng hồng ngoại Và nhiệt độ tăng lên phản chiếu thay đổi Ở nhiệt độ trung gian, hoạt động chất điện mơi có khả hấp thụ cao Màng mỏng oxit vanadi phản chiếu cao sapphire hấp thụ phản xạ phụ thuộc vào nhiệt độ(cụ thể với bước sóng hồng ngoại) Độ phát xạ thay đổi đáng kể thay đổi nhiệt độ Khi vanadi oxit chuyển pha nhiệt độ tăng lên, phát xạ giảm - làm cho nhiệt độ camera hồng ngoại thấp so với thực tế Việc thay đổi thành oxit indi-thiết điều chỉnh lớp phủ vanadi oxit phương pháp pha tạp, kéo căng,…sẽ làm thay đổi bước sóng khoảng nhiệt độ hiệu ứng Các cấu trúc nano xuất vùng chuyển pha vật liệu ngăn chặn xạ nhiệt nhiệt độ tăng lên Pha tạp lớp phủ với vonfram(W) làm giảm phạm vi nhiệt độ hiệu ứng đến nhiệt độ phòng Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG Hình 8: Các dạng cấu trúc VO2 III KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT VANADI Trữ lượng vanadi hợp chất tự nhiên Vanadi nguyên tố phổ biến thứ 20 vỏ Trái đất Cùng với carnotite (K2(UO2)2(VO4)2·3H2O) roscoelite (K(V3+, Al, Mg)2AlSi3O10(OH)2), vanadinite (Pb5(VO4)3Cl) ba dạng quặng công nghiệp nguyên tố vanadi Vanadinite thường sử dụng làm nguồn cung cấp chì Ngồi ra, vanadi tìm thấy khoáng vật phosphat, quặng sắt hay nguồn dầu thơ Một lượng nhỏ vanadi có thiên thạch Nhiều loại quặng vanadi biết đến chưa khai thác kim loại khác, khai thác sản phẩm phụ quặng khác Nguồn vanadi lớn Nam Phi Nga Ngồi ra, cát atphan thuộc Alberta phía Tây Canada có trữ lượng lớn vanadi chưa khai thác Quặng shcherbinaite dạng khoáng vật hợp chất V2O5,hầu tìm thấy quanh miệng núi lửa Bên cạnh V2O5 tìm thấy khoáng navajoite, V2O5.3H2O Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 10 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG a) c) b) d) e) Hình 9: Các loại quặng vanadi hợp chất tự nhiên: a) Quặng carnotite (K2(UO2)2.1-3H2O b) Quặng vanadinite (Pb5(VO4)3Cl c) Quặng sắt chứa vanadi d) Quặng Navajoite e) Shcherbinaite Sản xuất vanadi a) Trong phòng thí nghiệm Những năm gần đây, với phát triển ngành công nghiệp đại ngành kỹ thuật mới, đòi hỏi vật liệu có độ tinh khiết cao, phương pháp xác Hình 2606: Quy trình tách, chiết vanadi từ hỗn hợp dung dịchHình 2607: Các loại định vết nguyên tốquặng (vi lượng) khẳng trò tự củanhiên: Cụ thể chiết tách vanadi hợpđịnh chấtvai kim loại làhhhhhhhhhhhhhhhhhhh) ứng cử viên tiềm với nhiều được2)2nghiên cứu Quặngphương carnotitepháp (K2(UO 1-3H2O iiiiiiiiiiiiiiiiiii) Quặng vanadinit (VO 3Cl Dưới trình bày quy trình chiết kim loại vanadi(Pb từ5đề tài4)nghiên cứu em tiến jjjjjjjjjjjjjjjjjjj) Quặng sắt chứa vanadi hành: kkkkkkkkkkkkkkkkkkk) Navajoite lllllllllllllllllll) Chcherbinaite Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 Hình 2608: Quy trình tách, chiết vanadi từ hỗn hợp dung dịch 11 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG Hình 10: Quy trình tách, chiết vanadi từ hỗn hợp dung dịch b) Trong công nghiệp Quy trình phổ biến để tách vanadi nung quặng vanadinite (Pb5(VO4)3Cl) với natri clorua (NaCl) natri cacbonat (Na2CO3) khoảng 850°C để tạo natri vanadate (NaVO3) Chất hòa tan nước sau xử lý ammoni clorua (NH4Cl) tạo kết tủa ammoni metavanadat (NH4VO3) màu vàng Sau đó, hợp chất nung chảy thành vanadi pentoxit (V2O5) dạng thô Khử vanadi pentoxit (V2O5) với canxi (Ca) tạo vanadi tinh khiết Pb5(VO4)3Cl+ 8NaCl+12 O2 NaVO3 + NH4Cl 2NH4VO3 V2O5 +Ca  3NaVO3 +9ClO3 +5PbNa  NH4VO3 +NaCl  V2O5 +2NH3+ H2O  V + CaO Trong thương mại, việc sản xuất vanadi từ dầu mỏ hứa hẹn nguồn cung tiềm Vanadi sản xuất với độ tinh khiết cao cách khử vanadi trichlorit (VCl3) magie(Mg) với hỗn hợp magie-natri: 2VCl3 +3Mg  2V + MgCl2 Ngoài ra, vanadi lấy từ khoáng chất carnotite (K2(UO2)2VO4 · 1-3H2O) cách nung nóng quặng có cacbon (C) clo (Cl2) để sản xuất vanadi trichlorit (VCl3) Vanadi trichlorit sau nung nóng với magie (Mg) mơi trường argon (Ar) Hình 11: Khống chất carnotite Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 12 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG IV VANADI VÀ HỢP CHẤT – VAI TRÒ VÀ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG Vanadi Vanadi nguyên tố thiết yếu, tồn thể sống với lượng nhỏ Tổng lượng vanadi thể người nhỏ milligram Nó tìm thấy thận, tinh hoàn, xương với chức cụ thể chưa xác định Chỉ cần 40 microgram ngày đủ đáp ứng cho nhu cầu hoạt động người Người ta tin rằng, vanadi điều hòa enzim điều khiển lượng natri thể, thử nghiệm chuột gà cho thấy vanadi kích thích tăng trưởng, có lẽ điều tương tự xảy với người Vanadi có mặt đa số loại đất nhiều loại xanh nấm hấp thu; đặc biệt, Hình 12: Vanadi nguyên tố quan trọng thể sống nấm tích tụ lượng lớn vanadi, loài giun biển Vanadi tìm thấy tảo, thực vật, động vật khơng xương sống, cá nhiều lồi khác Ở trai cua, vanadi có nồng độ cao, cao 105 đến 106 lần so với nồng độ nước biển Một số loài hải triều chứa vanadi nhiều gấp triệu lần so với mơi trường nước xung quanh, hay lồi nấm amanita muscaria chứa vanadi (IV) Trong trường hợp trên, lý vanadi tồn chưa làm sáng tỏ Sự suy giảm phát triển thiếu vanadi nghiên cứu chuột, gà cừu điều kiện nhân Vì thế, việc thiếu nguyên tố vanadi ảnh hưởng đến sức khỏe động vật điều kiện tự nhiên chưa Hình 13: Nấm amanita muscaria nghiên cứu  Ứng dụng công nghiệp Lượng vanadi dùng công nghiệp với quy mô lớn để gia cố khung xe Ford Model T cách kỷ trước sử dụng để gia cố thép ngày vanadi kim loại chuyển tiếp nhẹ, khơng góp phần làm giảm trọng lượng cho thép mà tăng độ bền khả chịu nhiệt cho vật liệu Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 13 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG Cho đến nay, ứng dụng quan trọng vanadi sản xuất hợp kim Gần 80% vanadi sử dụng để sản xuất hợp kim ferro vanadi với lượng vanadi nhỏ (1% đến 6%) cách kết hợp sắt vanadi Vanadi sử dụng chất làm cứng, gia cường chống ăn mòn cho thép thép hợp kim thấp (HSLA), thép dụng cụ, sản phẩm có chứa sắt khác Một lợi ích việc bổ sung ferro vanadi vào hợp kim vanadi bền với kiềm axit sulfuric (H2SO4) axit clohydric (HCl), giúp sản phẩm thép bị ăn mòn Hình 14: Ti 6Al-4V Ferro vanadi sử dụng để giảm trọng lượng đồng thời tăng độ bền kéo vật liệu Đây nguyên liệu sản xuất dụng cụ dùng để cắt nghiền mũi khoan, lưỡi bào, lưỡi đục, trục khuỷu, bánh cho ô tô, phận động phản lực, lò xo Nhìn chung, khoảng phần ba hợp kim ferro vanadi dùng xây dựng, cơng nghiệp nặng; vận chuyển, máy móc… Ngoài ra, lớp vanadi mỏng sử dụng để liên kết titan với thép Ở trạng thái kim loại, vanadi gia cố cho thép không rỉ số hợp kim siêu dẫn; trạng thái ion, sử mặt quang phổ để dò vị trí hoạt động enzim chất xúc tác tự nhiên phòng thí nghiệm Nhờ khả chống ăn mòn cao chất kiềm, axit nước biển, vanadi sử dụng để sản xuất ống dẫn đặc Hình 15: Vanadi dùng biệt cho ngành cơng nghiệp hóa chất Vanadi thành cơng nghiệp để biến tính thép phần quan trọng hỗn hợp chất xúc tác sử dụng phản ứng hóa học q trình oxy hóa propan (C3H8) propylen (C3H6) thành acrolein (C3H4O), axit acrylic (C3H4O2), propylen (C3H6) thành acrylonitril (C3H3N) Trong y học, nguyên tố vanadi thành phần thiết yếu số enzim, cụ thể vanadi nitrogenase dùng cho vi sinh vật cố định đạm Vanadi nguyên tố vi lượng mà hấp thụ Bên cạnh đó, khả hấp thụ neutron thấp, khơng biến dạng nhiệt độ cao nên vanadi dùng ứng dụng hạt nhân Hợp kim phổ biến dùng ống liền mạch titan 3/2.5 chứa 2,5% vanadi Ngoài ra, hợp kim đặc biệt, siêu nhẹ, siêu linh hoạt, Ti 6Al-4V(với 6% nhôm 4% vanadi), với khả chống ăn mòn tuyệt vời dùng công nghiệp vũ trụ hay sinh học Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 14 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG Một số hợp kim vanadi có tính siêu dẫn V3Si, phát năm 1952 Vanadigalli sử dụng nam châm siêu dẫn (17,5 teslas 175,000 gauss) Cấu trúc pha siêu dẫn V3Ga tương tự với cấu trúc Nb3Sn Nb3Ti Với lượng nhỏ, 40 đến 270 ppm vanadi thép Wootz Damascus, cải thiện đáng kể tính sản phẩm Hợp chất vanadi  Vanadi pentoxit (V2O5) Vanadi pentoxit (V2O5) hợp chất quan trọng vanadi, dùng nhiều công nghiệp luyện kim Bên cạnh đó, sử dụng làm chất gắn kết, thuốc nhuộm cho vải, gốm sứ, thủy tinh để có màu xanh lam Vanadi pentoxit chất xúc tác công nghiệp sử dụng rộng rãi số phản ứng hóa học sản xuất axit sulfuric(H2SO4) chất oxy hoá sản xuất maleic anhydride(C4H2O3) oxi hóa butan(C4H10) với xúc tác V2O5 khơng khí: 𝑉2 𝑂5 C4H10 + 4O2 → C2H2(CO)2O + H2O Maleic anhydride (C4H2O3) sử dụng để sản xuất nhựa polyester nhựa alkyd Một ứng dụng mới, tiềm vanadi pentoxit (V2O5) sản xuất pin tạo điện nhiều so với pin chì xe thân thiện môi trường Một số nhà sản xuất cho tương lai, xe chạy điện thay xăng trở nên phổ biến ngành vận tải giới Các tài xế cho xe vào trạm nạp pin pin "bơm ra", thay vài phút Pin vanadi oxi hóa khử, loại pin sạc dòng có tế bào điện hóa gồm ion vanadi nước trạng thái oxi hoá khác Loại pin lần đề xuất vào năm 1930 thương mại hóa từ năm 1980 Các tế bào sử dụng ion oxi hóa +5 +2 bước đầu dùng lưu trữ lượng nhỏ (0.1-100 MW, 0.1-100 GJ) (tính đến năm 2016) Các nhà Hình 16: Sơ đồ pin Vanadi khoa học làm việc thời gian dài để cải tiến chất lượng nhiên pin truyền thống có kích thước lớn nặng tích hợp Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 15 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG nhiều chức nên dùng thiết bị chuyên dụng thiết bị không gian Hình 17: Pin vanadi oxi hóa khử  Vanadi dioxit (VO2) Các ứng dụng phổ biến bao gồm chuyển đổi nhiệt thất thoát động chuyển thành điện cửa sổ chuyển đổi giúp làm mát tòa nhà Khả dẫn nhiệt VO2 thay đổi trộn với vật liệu khác Ở nhiệt độ thấp đóng vai trò chất cách nhiệt lại dẫn nhiệt nhiệt độ cao Vật liệu pha tạp vanadi nghiên cứu để sử dụng lớp phủ cửa sổ thơng minh “chọn lọc quang phổ” để ngăn truyền hồng ngoại nhiệt tòa nhà Thay đổi lượng vanadi cho phép điều chỉnh nhiệt độ chuyển pha Lớp Hình 18: Màng VO2 “chọn lọc quang phổ” – cho ánh sáng nhìn thấy truyền qua phủ có màu vàng-xanh nhạt Các ứng dụng tiềm tính chất nhiệt bao gồm ngụy trang bị động, beacon nhiệt, thông tin liên lạc làm nhanh chậm trình làm lạnh nhiều cơng trình từ nhà đến vệ tinh.Vanadi dioxit hoạt động màng trập ánh sáng tốc độ cao, biến điệu quang học, biến điệu hồng ngoại cho hệ thống dẫn đường tên lửa, camera, lưu trữ liệu ứng dụng khác Khả chuyển pha theo nhiệt độ xảy 68°C khoảng thời gian ngắn khoảng 100fs Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 16 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG Quá trình chuyển pha từ chất cách điện sang kim loại VO2 điều chỉnh mức độ nano thông qua đầu hiển vi lực nguyên tử có tiềm cho lưu trữ thơng tin máy tính  Một số hợp chất khác Vanadyl sulfate (VOSO4) thực phẩm chức nghiên cứu phương tiện để nhận biết insulin cải thiện kiểm soát đường huyết người bị tiểu đường Cơ chế lần thử nghiệm Pháp bệnh nhân đái tháo đường công bố năm 1899 La Presse Médicale Vanadi khơng hoạt động khơng có insulin Những nỗ lực đáng kể 25 năm qua, kể từ John McNeill thuộc Đại học British Columbia cho thấy vanadate có hiệu chuột bị đái tháo đường, dẫn đến số hợp chất vanadi kiểm tra lâm sàng người chất tiềm để điều trị bệnh tiểu đường Tuy nhiên, thử nghiệm vướng phải tranh cãi lượng vanadi sử dụng vượt xa giới hạn an tồn (30 đến 150 mg) Vì vậy, bị kết luận "khơng có chứng cụ thể việc bổ sung vanadi ăn uống cải thiện kiểm soát đường huyết đái tháo đường tuýp Không khuyến cáo việc sử dụng vanadi thường xun cho mục đích này" Vanadi có ảnh hưởng lớn đến phát triển tế bào, trình oxi hóa khử, chức enzim, phổ biến nhu cầu tăng phòng gym Anion vanadate sử dụng đầu dò enzim để chuyển phosphate tế bào Không ngạc nhiên vanadi cho thấy nhiều tính chất sinh học thú vị từ chế V VANADI VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG XẤU CẦN BIẾT Trong tự nhiên, vật tồn song song ưu khuyết điểm Nguyên tố vanadi hợp chất kim loại Vừa qua, Viện Khoa học An toàn Vệ sinh Lao động Quốc gia khuyến cáo 35 mg/m3 vanadi xem nguy hiểm cho sức khoẻ sống, nghĩa gây di chứng lâu dài tử vong Hợp chất vanadi hít phải gây ảnh hưởng với hệ hô hấp Các tổn thương máu, gan, thần kinh, quan khác sau tiếp xúc đường miệng hít vào thực chuột Có thể làm thay đổi DNA động vật số trường hợp Vanadi gây ức chế số enzim định động vật, có ảnh hưởng đến hệ thần kinh Thêm vào đó, vanadi gây rối loạn hô hấp, tê liệt tác động tiêu cực lên gan thận Mức độ ảnh hưởng tiếp xúc vanadi phụ thuộc vào mức oxi hóa Nguyên tố vanadi bị oxi hóa thành vanadi pentoxit (V2O5), độc nguyên tố thành phần Tiếp xúc lâu dài với bụi khói vanadi pentoxit gây kích ứng nghiêm trọng cho mắt, da, đường hơ hấp, viêm phế quản gây ngộ độc V2O5 báo cáo gây ung thư chuột, gây hại cho hệ sinh sản đực, tích tụ thai Hình 19: Vanadi pentaoxit Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 17 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG Ngoài ra, vanadi nhiên liệu diesel tác nhân gây ăn mòn nhiệt độ cao Trong q trình đốt cháy, vanadi bị oxi hố phản ứng với natri (Na) lưu huỳnh (S), tạo hợp chất vanadate với điểm nóng chảy 530°C, làm cho thép dễ bị ăn mòn Các hợp chất vanadi rắn làm hỏng phận động Hình 20: Hệ thống đánh lửa ion hóa động Diesel Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 18 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG LỜI KẾT Kim loại vanadi hợp chất với tính chất độc đáo vừa hoạt động kim loại, vừa hoạt động phi kim; có nhiều số oxi hóa nên linh hoạt phản ứng; sử dụng ngày nhiều lĩnh vực Bên cạnh đó, vanadi hạn chế độc tính hay việc khai thác từ quặng mỏ có ảnh hưởng đến mơi trường Tuy nhiên, người ta tạm thời bỏ qua hạn chế để tiếp tục nghiên cứu sử dụng Hy vọng rằng, niên luận cung cấp nhiều thông tin vanadi tảng cho nghiên cứu tương lai, giúp tìm thêm nhiều đặc tính cách khắc phục nhược điểm vanadi Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 19 NIÊN LUẬN KỸ THUẬT | VANADI, HỢP CHẤT VANADI VÀ ỨNG DỤNG TÀI LIỆU THAM KHẢO Các trang web: http://www.chemistryexplained.com/elements/T-Z/Vanadium.html#ixzz4yHDQxBcq https://education.jlab.org/itselemental/ele023.html https://www.lenntech.com/periodic/elements/v.htm https://en.wikipedia.org/wiki/Vanadinite http://www.rsc.org/periodic-table/element/23/vanadium https://www.lenntech.com/periodic/elements/v.htm#ixzz4yDvVH2Ef http://periodic.lanl.gov/23.shtml http://www.chemistryexplained.com/elements/TZ/Vanadium.html#ixzz4yHDkvie http://www.rsc.org/periodic-table/element/23/vanadium https://www.lenntech.com/periodic/elements/v.htm#ixzz4yDw3R2rk Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Quỳnh Giao I B1401679 20