Vanadium

Le vanadium est un élément chimique, de symbole V et de numéro atomique 23.


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Élément chimique - Produit chimique - Matériau - Métal de transition - Métal - Oligo-élément

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Vanadium
TitaneVanadiumChrome
  Structure cristalline cubique à corps centré

23
V
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
V
Nb
Table complèteTable étendue
Informations générales
Nom, Symbole, Numéro Vanadium, V, 23
Série chimique métaux de transition
Groupe, Période, Bloc 5, 4, d
Masse volumique 6, 0 g·cm-3 (18, 7 °C) [1]
Dureté 7
Couleur Blanc argenté
N° CAS 7440-62-2
N° EINECS 231-171-1
Propriétés atomiques
Masse atomique 50, 9415 ± 0, 0001 u[1]
Rayon atomique (calc) 135 pm (171 pm)
Rayon de covalence 1, 53 ± 0, 08 Å [2]
Configuration électronique [Ar] 3d3 4s2
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 11, 2
État (s) d'oxydation 5, 3
Oxyde Amphotère
Structure cristalline Cubique centré
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 1 910 °C [1]
Point d'ébullition 3 407 °C [1]
Énergie de fusion 20, 9 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 452 kJ·mol-1
Volume molaire 8, 32×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 3, 06 Pa à 1 659, 85 °C
Vitesse du son 4 560 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1, 63
Chaleur massique 490 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 4, 89×106 S·m-1
Conductivité thermique 30, 7 W·m-1·K-1
Énergies d'ionisation
1re : 6, 74619 eV [1] 2e : 14, 618 eV [1]
3e : 29, 311 eV [1] 4e : 46, 709 eV [1]
5e : 65, 2817 eV [1] 6e : 128, 13 eV [1]
7e : 150, 6 eV [1] 8e : 173, 4 eV [1]
9e : 205, 8 eV [1] 10e : 230, 5 eV [1]
11e : 255, 7 eV [1] 12e : 308, 1 eV [1]
13e : 336, 277 eV [1] 14e : 896, 0 eV [1]
15e : 976 eV [1] 16e : 1 060 eV [1]
17e : 1 168 eV [1] 18e : 1 260 eV [1]
19e : 1 355 eV [1] 20e : 1 486 eV [1]
21e : 1 569, 6 eV [1] 22e : 6 851, 3 eV [1]
23e : 7 246, 12 eV [1]
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
48V {syn. } 15, 9735 j ε 4, 012 48Ti
49V {syn. } 330 j ε 0, 602 49Ti
50V 0, 25 % 150×1015 a ε
—-—
β-
2, 208
—-—
1, 037
50Ti
—-—
50Cr
51V 99, 75 % stable avec 28 neutrons
Précautions
SIMDUT[3]
Produit non classifié
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le vanadium est un élément chimique, de symbole V et de numéro atomique 23.

C'est un métal rare, mou et ductile qu'on trouve dans certains minerais. Il est essentiellement utilisé dans les alliages.

Caractéristiques notables

Vanadium

Le vanadium est un métal blanc, brillant, mou et ductile. Il possède une bonne résistance à la corrosion par les composés alcalins, ainsi qu'aux acides chlorhydrique et sulfurique. Il s'oxyde rapidement à à peu près 933 K. Le vanadium possède une bonne force structurelle ainsi qu'une faible section efficace d'interaction avec les neutrons de fission, ce qui le rend utile dans les applications nucléaires. C'est un métal qui présente à la fois des caractéristiques acide et basique.

Les états d'oxydation communs du vanadium sont +2, +3, +4 et +5. Une expérience populaire faite en réduisant du vanadate d'ammonium avec du zinc métallique sert à démontrer par calorimétrie les quatre états d'oxydation du vanadium. Un état d'oxydation +1 existe mais est plus rarement rencontré.

Utilisations

Environ 80% du vanadium produit est utilisé dans le ferro-vanadium et comme additif dans l'acier. Autres utilisations :

Histoire

Le nom vanadium vient de Vanadis, «Dís des Vanir», autre nom de Freyja, déesse scandinave de la beauté, car ce dernier présente des composés chimiques particulièrement colorés. Il a été découvert par Andrés Manuel del Río un minéralogiste espagnol à Mexico en 1801. Il le baptisa alors «plomb brun» (maintenant nommé vanadinite). Lors de ses expériences, il découvrit que cette couleur provenait de traces de chrome, et renomma alors l'élément panchromium. Il le rebaptisa encore une fois plus tard érythronium, car la majorité des sels devenaient rouges quand ils étaient chauffés. Le chimiste français Hippolyte-Victor Collet-Descotils déclara tandis que le nouvel élément de del Rio n'était que du chrome impur, et le Baron Alexander von Humboldt, ami de del Rio, fut du même avis. Del Rio se rangea lui-même à leurs conclusions.

En 1831, un suédois du nom de Nils Gabriel Sefström, redécouvrit le vanadium dans de nouveaux oxydes qu'il trouva en œuvrant sur des minerais de fer. Plus tard la même année Friedrich Wöhler confirma les travaux de del Rio.

Le vanadium métallique fut isolé par Henry Enfield Roscœ en 1867. Ce dernier réduisit du chlorure de vanadium (VCl3) avec du dihydrogène.

Rôle biologique

À faible dose, le vanadium est un oligoélément, composant essentiel de certaines enzymes. Les rats et les poulets en ont besoin d'une quantité illimitétésimale pour éviter des déficiences dans la croissance et la reproduction. Le vanadium est à l'étude pour le traitement du diabète. On sait déjà qu'il possède des propriétés insulino-sensibilisante bien supérieure au sulfonyl-urée ainsi qu'à la metformine, avec des effets indésirables connus minimes. Comme élément naturel, il n'est pas brevetable.

Contamination environnementale, présence dans l'environnement

Le vanadium est particulièrement faiblement présent en solution dans l'océan (de 1 à 3 μg/L)  ; par exemple 1, 22 μg/L en moyenne dans l'eau du fond du Golfe du Saint-Laurent et 1, 19 μg/L en Atlantique Nord ou de 1, 2 à 1, 8 μg/L en mer des Sargasses, 1, 53 à 2, 03 μg/L dans le Pacifique. Il a rarement été mesuré sur la frange littorale, mais quelques études ont trouvé des taux variant de 0, 61 μg. l-1 à 7, 1 μg. l-1 sur le littoral de la Mer Noire[5].

Dans l'air ou dans l'eau, il provient principalement des émissions volcaniques, de l'érosion des sols et roches ou de sources anthropiques telles que les effluents des usines produisant l'oxyde de titane qui en contiennent énormément (Ex : 317 t/an apporté par la Seine en Baie de Seine). Dans le monde, les fleuves en introduiraient ainsi 312 000 t/an dans l'océan[5].

La pollution de l'air par la combustion d'hydrocarbures en est une autre source (le pétrole brut Koweïtien ou d'Arabie saoudite en renferme de 29 à 60 mg par kg de pétrole, soit un apport de 12 000 à 24 000 t/an dont 10 à 15 % rejoignent la mer via les pluies. 53 % de tout le vanadium de l'air serait ainsi d'origine anthropique[5].

Écotoxicologie

Le vanadium peut inhiber certaines réactions enzymatiques. La dose létale sur 9 jours pour la moule a été évaluée à 65 mg/Litre [5]. De nombreux organismes marins le concentrent (Les Tunicates (Urochordés) ont une concentration interne de vanadium jusqu'à un million de fois supérieure à celle de l'eau où ils vivent), mais fréquemment en l'inertant (seule une faible partie est assimilée, le reste étant fixé ou métabolisé et excrété).

Occurrence

On ne trouve pas de vanadium libre dans la nature, mais on le trouve sous forme liée dans au moins 65 minéraux comme la patronite (VS4), la vanadinite (Pb5 (VO4) 3Cl), et la carnotite (K2 (UO2) 2 (VO4) 2. 3H2O)  ; quelquefois dans la tanzanite. Le vanadium est aussi présent dans la bauxite, mais aussi dans les roches carbonnées comme le pétrole, le charbon, le bitume.

Le spectre du vanadium a aussi été détecté dans la lumière du Soleil mais aussi dans celle de certaines étoiles.

Isotopes

Le vanadium dans la nature est constitué de 2 isotopes : l'isotope 50 à 0, 24 %, particulièrement faiblement radioactif dû à sa demie-vie extrèmement longue ; et l'isotope 51 à 99, 76 %.

Notes et références

  1. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)  
  2. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, «Covalent radii revisited», dans Dalton Transactions, 2008, p.  2832 - 2838 lien DOI ] 
  3. «Vanadium élémentaire» dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  4. Australian Island Using Flow Batteries To Store Wind Power : MetaEfficient
  5. Surveillance du milieu marin, travaux du Réseau National d'Observation de la Qualité du Milieu Marin Ifremer, Le RNO : programmes actuels - L'argent, le cobalt, le nickel et le vanadium dans les mollusques du littoral français - Les carottes sédimentaires, mémoire de la contamination, Bulletin Ifremer, 2002


  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 09/12/2010.
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