Vanadium
Vanadium ist ein stahlgraues Schwermetall der 5. Nebengruppe. Neben der häufig in Verbindungen anzutreffenden Oxidationsstufe V tritt das Element auch in niederen Oxidationsstufen z. B. II in [V(H2O)6]2 +-Verbindungen (violett) oder III in [V(H2O)6]3 +-Verbindungen (grün) auf. Meist wird aus den Vanadiumerzen z. B. Vanadinit, Pb5(PO4)3Cl, Ferrovanadium gewonnen, das zur Stahlveredelung (Vanadinstahl) eingesetzt wird. Vanadiumoxide finden als Katalysatoren z. B. bei der Herstellung von Schwefelsäure Verwendung.
Eigenschaften des Elements
| Einordnung in das Periodensystem der Elemente und Eigenschaften | Atombau |
| Ordnungszahl: 23 | 23 Protonen 23 Elektronen |
| 4. Periode | 4 besetzte Elektronenschalen |
| V. Nebengruppe | 5 Außenelektronen |
| Elektronenkonfiguration im Grundzustand | Ar 4s23d3 |
| Elektronegativität | 1,6 |
| Ionisierungsenergie in eV | 6,74 |
| häufigste Oxidationszahlen | V, III |
| Atommasse des Elements in u | 50,94 |
| Atomradius in 10- 1 0m | 1,321 |
| Ionenradius in 10- 1 0m | 0,59 (+5) |
| Aggregatzustand im Normalzustand | fest |
Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur
Dichte in  bei 25 °C | 5,8 |
| Härte nach Mohs und Brinell | 5,0; 74,2 · 107 |
Schallgeschwindigkeit in  | 4560 |
| Schmelztemperatur in °C | 1900 |
spezifische Schmelzwärme in  | 345,5 |
| Siedetemperatur in °C | 3450 |
| spezifische Verdampfungswärme in | 9010,6 |
Standardentropie S0 in  | 29 |
Wärmeleitfähigkeit in  bei 27 °C | 30,7 |
spezifische Wärmekapazität in | 0,489 |
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3  | |
spez. elektrischer Widerstand in  | 0,2485 |
| Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe) | 0,014 |
Zentrifuge für medizinische Zwecke aus einer Vanadium-Legierung
Isotope des Elements
Natürliches Vanadium kommt in der Natur vorwiegend in Form eines stabilen Isotops (51) vor. Daneben existiert in der Natur ein radioaktives, langlebiges Isotop (50). Alle 17 weiteren Isotope des Vanadiums wurden künstlich hergestellt. In der Tabelle sind exemplarisch nur zwei weitere aufgeführt.
| Ordnungszahl Z | Massenzahl A | Atommasse in u | Häufigkeit in % | Art der Strahlung und Energie in MeV | Halbwertszeit |
| 23 | 48 | 47,952 259 | künstlich | β  : 0,7 | 16,1 d |
| 50 | 49,947 164 | 0,26% | β  : k. A. | 5 · 101 4 a | |
| 51 | 50,943 961 | 99,74% | |||
| 52 | 51,944 780 | künstlich | β : 2,5 | 3,77 min. |
Weitere Eigenschaften
Vanadium ist ein stahlgraues Schwermetall. In kaltem Zustand ist es gut schmied-, walz- und ziehbar. Normalerweise ist das Metall etwas verunreinigt und dadurch sehr hart und spröde. Bei Normaltemperatur ist es paramagnetisch, hat eine mittlere Schmelz- und Siedetemperatur und kristallisiert im kubisch-raumzentrierten Gitter. Vanadium gehört zur sogenannten Vanadiumgruppe (5. Nebengruppe) und bildet als typisches Übergangsmetall in seinen Verbindungen fast alle Oxidationsstufen von -III bis V. Die wichtigsten und beständigsten sind die Stufen III, IV und V. Vanadium ist aufgrund des negativen Normalpotenzials ein unedles Metall. Es ist bei Raumtemperatur an Luft beständig, weil sich sofort ein Oxidfilm bildet, der die Oberfläche über einen langen Zeitraum blank hält. Infolge der Passivierung wird Vanadium bei Raumtemperatur nicht von nichtoxidierenden Säuren angegriffen, dagegen löst es sich in oxidierenden Säuren, wie z. B. in heißer Salpetersäure, konzentrierter Schwefelsäure und Königswasser. Mit Metallen bildet Vanadium leicht Legierungen.
Entdeckung
ANDRÉS MANUEL del RIO (1765-1849), ein mexikanischer Mineraloge, entdeckte 1801 Vanadium in einem Bleierz. DEL RIO nannte das neue Element Panchrom, später Erythronium. Erst 30 Jahre später wurde das Metall vom schwedischen Chemiker NIELS GABRIEL SEFSTRÖM (1787-1845) in Falum wiederentdeckt. SEFSTRÖM nannte es Vanadin, von Vanadis, einem Beinamen der nordischen Göttin Freya. Unreines Vanadium wurde 1867 von Sir HENRY ROSCOE (1833-1915) in Manchester isoliert. Reines, 99,8 %iges Vanadium erhielten 1927 die Amerikaner J.W. MARDEN und N.M. RICH durch Reduktion von Vanadium(V)-oxid mit Calcium.
Vorkommen/Herstellung
Vanadium kommt auf der Erde relativ häufig vor und steht in Bezug auf seine Häufigkeit an 23. Stelle. In der Natur tritt Vanadium nicht elementar auf. In zahlreichen Eisen-, Kupfer-, Zink- und Titanerzen findet man Vanadium in sehr geringen Mengen. Außerdem ist es in bestimmten Erdölsorten aus Venezuela und Kanada sowie in verschiedenen Kohlen und Asphaltiten enthalten. Daher kommt es in großen Mengen in Flugaschen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe vor. Abbauwürdige Vanadium-Mengen findet man in der Republik Südafrika, der GUS, den USA und der V. R. China. Die größten Vanadium-Mengen fallen jedoch als Sekundärprodukt in der Schlacke der Eisen- und Stahlherstellung sowie bei der Verhüttung vanadiumhaltiger Titan- und Uranerze an. Ausgangsmaterial für die technische Herstellung von Vanadium ist das Vanadium(V)-oxid, das man durch Rösten und Laugen der Vanadiumerze oder vanadiumhaltiger Schlacken erhält. Die Herstellung des Metalls erfolgt durch aluminothermische Reduktion des Vanadium(V)-oxids. Dabei erhält man eine Vanadium-Aluminium-Legierung, aus der Aluminium bei 1 700 °C abdestilliert wird. Man reduziert heute Vanadium(V)-oxid mit dem billigeren Calcium bei niedrigerer Temperatur. Die Herstellung von reinem Vanadium erfolgt durch elektrolytische Reduktion. Hochreines Vanadium erhält man durch das Van-Arkel-de-Boer-Verfahren durch Zersetzung von Vanadiumiodid bei 900-1 000 °C.
Verwendung
Die größte Bedeutung hat Vanadium als Legierungsbestandteil von Stählen, z. B. Baustähle, Werkzeugstähle. Diese sind durch große Härte, Zähigkeit und Stoßfestigkeit gekennzeichnet. Dabei spielt Ferrovanadium eine große Rolle. Vanadium ist auch ein wichtiger Bestandteil für Hochtemperatur-Legierungen sowie in Form von FeVCo Bestandteil für Magnetstähle. Legierungen des Vanadiums finden in der Reaktorindustrie zunehmend Verwendung für Brennstabhüllen. In der Supraleitertechnik wird Vanadium immer wichtiger.
Wichtige Verbindungen
Oxide mit Vanadium in den Oxidationsstufen III bis IV, Vanadyl-Phosphate, Vanadyl-Sulfate, Halogenide
Bau
Vanadium kristallisiert in einem kubisch-raumzentrierten Metallgitter.
