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relat. Atommasse in amu: |
50,9415 |
23 |
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2175K (1902°C) |
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3682K (3409°C) |
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5, 3 |
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silbrig grau metallisch |
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Dichte (g/cm3): |
6,110 |
7.0 |
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kubisch |
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1.63 (Pauling) |
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Atomradius: |
135 (171) pm |
[Ar] 3d3 4s2 |
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Vanadium ist ein metallisches Element der 5. Nebengruppe des Periodensystems. Als anisotopes Element besteht Vanadium zu 99,75% aus dem Isotop 51V. Das natürliche Isotop 50V ist radioaktiv und besitzt eine Halbwertszeit von >3,9*1017 Jahren. Man kennt außerdem künstliche Isotope (44V bis 55V) mit Halbwertszeiten zwischen 0,09 Sekunden und 330 Tagen. In seinen meist farbigen Verbindungen besitzt Vanadium die Oxidationsstufen +5, +4, +3 und +2. Die anorganischen Vanadium(V)-Verbindungen sind am beständigsten und wichtigsten. Vanadium ist ein stahlgraues, bläulich schimmerndes Metall, es ist duktil und lässt sich in kaltem Zustand schmieden und walzen. Verunreinigungen mit den Elementen Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenstoff bewirken jedoch eine Verminderung der Dehnbarkeit und eine Erhöhung der Härte. Bei Temperaturen unter 250°C ist Vanadium an der Luft beständig und wird von nichtoxidierenden Säuren und verdünnten Alkali-Laugen bei Raumtemperatur nicht angegriffen. Es löst sich jedoch in heißer Salpetersäure, konz. Schwefelsäure und Königswasser. Mit Eisen, Nickel, Cobalt, Kupfer, Aluminium, Zinn, Platin u.a. Metallen lässt sich das Metall leicht legieren.
Vanadium ist für Pflanzen und Tiere ein essentielles Spurenelement, das z.B. die Chlorophyll-Synthese stimuliert und das Wachstum von Jungtieren fördert. Zu den Vanadium-Verbindungen, denen therapeutische Bedeutung beigemessen wird, gehören die Peroxovanadat(V)-Komplexe, die sich als Cytostatika bei bestimmten Leukämie-Formen erwiesen haben.
Der menschliche Organismus enthält 20 mg Vanadium die hauptsächlich in Leber, Milz, Nieren, Hoden und Schilddrüsen deponiert sind, wobei fast alles Vanadium im Zellkern und den Mitochondrien lokalisiert ist. Als optimale Versorgung werden 1–2 mg Vanadium pro Tag angenommen, die in der Durchschnittsernährung auch enthalten sind (0,5–4 mg/100 g) z.B. in Linolsäure-reichen Ölen. In unphysiologischen Konzentrationen gelten Vanadium-Verbindungen als für den Menschen giftig und schleimhautreizend. Bei längerer Einwirkung kann sich die Zunge grünschwarz verfärben, Asthma, Übelkeit und Krämpfe können auftreten, gegebenenfalls auch Bewußtlosigkeit.
Der Anteil des Vanadium an der obersten Erdkruste wird auf 0,014% geschätzt. Damit steht es in der Häufigkeitsliste der Elemente in der Nähe von Nickel und Zink. Die wichtigsten Vanadium-Mineralien sind Roscoelith, Carnotit, Patronit, Vanadinit und Descloizit. Sie sind heute für die Vanadium-Gewinnung jedoch unbedeutend. Wichtigster Rohstoff sind Titanomagnetit-Erze mit Vanadium-Gehalten zwischen 0,3 und 0,8%, bei deren Verhüttung zu Roheisen eine Schlacke mit ca. 20% V2O3 anfällt.
Wegen der geringen Konzentration des Vanadiums in allen Ausgangsstoffen kommt bei der Gewinnung den Anreicherungsverfahren über Alkalivanadate (aus Röstprozessen oder Alkalischmelzen) besondere Bedeutung zu. Das Endprodukt all dieser Verfahren ist V2O5, aus dem durch Reduktion mit Aluminium unter Kohle-Zusatz oder mit Calcium unter Iod- oder Schwefel-Zusatz in Magnesia-Tiegeln und Umschmelzen des Regulus im Elektronenstrahlofen Vanadium erhalten wird. Reinstes Vanadium entsteht, wenn man in einer luftleeren Quarzglasapparatur Vanadiumiodid auf 900–1000°C erhitzt und das Metall auf einem glühenden Wolfram-Draht niederschlägt.
Mit 86 % des Vanadium-Verbrauchs ist die Stahlindustrie der wichtigste Abnehmer, gefolgt von der Nichteisen-Metallurgie (ca. 9%) und der Chemie (ca. 3%). Reines Vanadium hat nur geringe technische Bedeutung. Wichtig ist vielmehr das Ferrovanadium, v.a. als Legierungs-Zusatz für Stähle (Vanadium-Stähle). Baustähle enthalten <0,2% und Werkzeugstähle bis 0,5%. Vanadium-Legierung gewinnen als Hüllwerkstoff für Kernbrennstoffe zunehmend an Bedeutung.
Der Name Vanadium (von Vanadis, einem Beinamen der germanischen zauberkundigen Göttin der Schönheit und Liebe Freya) wurde 1831 von einem schwedischen Chemiker vorgeschlagen, der das Element wiederentdeckte, nachdem das 1801 erstmals beschriebene Element "Erythronium" (fälschlich) für unreines Chrom erklärt worden war. Der Name Vanadium soll möglicherweise an die schönen Farben einiger Vanadium-Verbindungen erinnern. Die erste Isolierung in nahezu reiner Form gelang 1867. Während in anderen Sprachen der Elementname Vanadium von Anfang an verbindlich war, durfte Vanadium im Deutschen bis 1975 Vanadin genannt werden.
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