Ванадий (V) — переходный металл пятой группы периодической системы. Он характеризуется средней твёрдостью, высокой пластичностью и металлическим блеском. Атомная масса составляет 50,94, атомный радиус — около 134 пм, температура плавления — 1910 °C, кипения — 3407 °C. Металл устойчив к атмосферной коррозии благодаря образованию плотной пассивной плёнки оксида. В химических реакциях проявляет переменную валентность, преимущественно +2, +3, +4 и +5, что определяет богатое разнообразие соединений ванадия.
Ванадий — серебристо-белый металл с высокой прочностью и твердостью. Обладает магнитными свойствами в зависимости от валентного состояния. В чистом виде малореактивен при комнатной температуре, но активен при нагревании и в присутствии кислорода, галогенов или кислот. Легирует сплавы, улучшая их механические свойства, особенно в стали (повышает износостойкость и прочность).
Ванадий проявляет типичные свойства переходного элемента:
Валентные состояния:
Реакция с кислородом: при нагревании образует оксид V₂O₅ — жёлто-оранжевый порошок с выраженной окислительной способностью.
Взаимодействие с кислотами и основаниями: растворяется в разбавленных кислотах с образованием соответствующих солей; в щелочной среде образует ванадаты.
Комплексообразование: активно формирует координационные соединения с аммиаком, цианид- и тио-ионами.
Ванадий образует стабильные комплексы с β-дикетонами, уксусной и лимонной кислотами. Эти соединения используются в органическом синтезе и в качестве катализаторов окислительных реакций.
Ванадий присутствует в микроэлементах растений и некоторых морских организмов. Он участвует в ферментативных процессах (например, ванадоцитохром), стимулирует рост растений в микроколичествах. Однако высокие концентрации соединений ванадия токсичны для человека и животных, вызывая раздражение дыхательных путей, поражение печени и почек.
Ванадий в металле имеет кубическую гранецентрированную решётку. Оксиды обладают различными кристаллическими структурами: V₂O₅ — слоистая орторомбическая, VO₂ — тетрагональная при высоких температурах и моноклинная при низких. Галогениды формируют ионные или молекулярные кристаллы в зависимости от валентности металла.
Соединения ванадия отличаются разнообразием термодинамических свойств. Оксиды V₂O₅ и VO₂ стабильно окисляют органические и неорганические вещества при высоких температурах. Комплексные ионы ванадия обладают заметной стабильностью в водных растворах, но быстро восстанавливаются в восстановительных средах, что используется в аналитической химии и промышленной катализе.
Соединения ванадия применяются для качественного и количественного анализа:
Ванадий и его соединения играют ключевую роль в современной неорганической химии, металлургии, катализе и материаловедении, демонстрируя богатую химию переходного элемента с множеством практических применений.