5. Grup Elementleri
| periyodik tablodaki 5. grup | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ↓ periyot | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | Vanadyum (V) 23 Geçiş metali | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5 | Niobyum (Nb) 41 Geçiş metali | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 6 | Tantal (Ta) 73 Geçiş metali | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 7 | Dubnium (Db) 105 Geçiş metali | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Acıklama
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grup 5 (IUPAC stiline göre) periyodik tablodaki bir grup elementtir. Grup 5 üyeleri, vanadyum (V), niyobyum (Nb), tantal (Ta) ve dubnium (Db) içerir. Bu grup periyodik tablonun d-blokunda yer almaktadır. Grubun kendisi önemsiz bir isim edinmedi; geçiş metallerinin daha geniş bir grubuna aittir.
Çakmak üçlü Grup 5 elementi doğal olarak oluşur ve benzer özellikleri paylaşır; üçü de standart koşullar altında sert refrakter metallerdir. Dördüncü element dubnium, laboratuarlarda sentezlendi, ancak doğada meydana gelen, en kararlı izotopun yarı ömrünün, dubnium-268'in sadece 29 saat olduğu ve diğer izotopların daha da radyoaktif olduğu bulundu. Bugüne kadar, grubun bir sonraki üyesini unpentseptium (Ups) veya unpentennium (Upe) sentezlemek için bir süper-kollektörde hiçbir deney yapılmamıştır. Pentseptium ve unpentennium'un her ikisi de geç dönem 8 element olduğundan, bu elementlerin yakın gelecekte sentezlenmesi muhtemel değildir.
Kimya
Diğer gruplar gibi, bu ailenin üyeleri de elektron konfigürasyonunda, özellikle en dıştaki kabuklarda desenler gösterir, ancak niobyum eğilimi takip etmiyor:
| Z | Element | Elektron / kabuk sayısı |
|---|---|---|
| 23 | vanadyum | 2, 8, 11, 2 |
| 41 | niyobyum | 2, 8, 18, 12, 1 |
| 73 | tantal | 2, 8, 18, 32, 11, 2 |
| 105 | dubnium | 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 |
Kimyanın çoğu sadece grubun ilk üç üyesi için gözlendi, dubnium kimyasının pek oluşmadığı ve bu nedenle bölümün geri kalanının sadece vanadyum, niyobyum ve tantal ile ilgili olduğu gözlendi. Grubun tüm elemanları yüksek erime noktalı (1910° C, 2477° C, 3017° C) reaktif metallerdir. Reaktiflik, Grup 3 veya Grup 4'teki eğilimlere benzer şekilde daha fazla reaksiyonu önleyen stabil bir oksit tabakasının hızlı oluşumu nedeniyle her zaman açık değildir. Metaller farklı oksitler oluşturur: vanadyum (van) (II) oksit, vanadyum (III) oksit, vanadyum (IV) oksit ve vanadyum (V) oksit, niyobyum (niobium (II) oksit, niyobyum (IV) oksit ve niyobyum (V)) oluşturur. oksit, ancak tantal oksitlerin dışında sadece tantal (V) oksit karakterize edilir. Metal (V) oksitler genellikle reaktif değildir ve bazlardan ziyade asitlere benzer, ancak düşük oksitler daha az kararlıdır. Bununla birlikte, yüksek elektrik iletkenliği gibi oksitler için alışılmadık özelliklere sahiptirler.
Üç elementin tümü, genellikle +5 oksidasyon durumunda, çeşitli inorganik bileşikler oluşturur. Düşük oksidasyon durumları da bilinmektedir, ancak atomik kütle artışı ile stabiliteyi azaltarak daha az stabildirler.
Tarihçe
Vanadyum, İspanya doğumlu Meksikalı mineralog Andrés Andres del Rio, 1801 yılında mineral vanadinitte keşfedildi. Diğer kimyagerler eritronyum keşfini reddettikten sonra iddiasını geri çekti.
Niobium, 1801'de İngiliz kimyager Charles Hatchett tarafından keşfedildi.
Tantal, 1802 yılında Anders Gustav Ekeberg tarafından keşfedildi. Ancak, Heinrich Rose'un iki elementin farklı olduğunu kanıtladığı 1846 yılına kadar niyobyum ile aynı olduğu düşünülüyordu. Saf tantal 1903 yılına kadar üretilmedi.
Dubnium, ilk kez 1968 yılında amerika-243'ü neon-22 ile bombalayarak Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'nde üretildi ve 1970'de tekrar Lawrence Berkeley Laboratuvarı'nda üretildi. Element için "neilsbohrium" ve "joliotium" isimleri önerildi, ancak 1997'de IUPAC dubnium elementini adlandırmaya karar verdi.
Etimolojileri
Vanadyum, İskandinav aşk tanrıçası Vanadis adına seçilmiştir. Niobium, Yunan mitolojisinden bir figür olan Niobe için adlandırılmıştır. Tantal, Yunan mitolojisinden bir figür olan Tantal için adlandırılmıştır. Dubnium, keşfedildiği Rusya'nın Dubna kenti olarak adlandırılıyor.
Bulunuşu
Yerkabuğunda milyonda vanadyum başına 160 parça var ve onu oradaki en bol bulunan element haline getirdi. Toprak, milyonda ortalama 100 parça vanadyum, deniz suyu ise milyarda vanadyum başına 1.5 parça içermektedir. Tipik bir insan milyarda vanadyum başına 285 parça içerir. Vanadinit, patronit ve karnotit dahil olmak üzere 60'ın üzerinde vanadyum cevheri bilinmektedir.
Yerkabuğunda milyonda 2 tantal parça var ve onu en fazla 51'inci element yapıyor. Toprak milyarlarca tantal başına ortalama 1 ila 2 parça içerir ve deniz suyu trilyonlarca tantal için 2 kısım içerir. Tipik bir insan milyarlarca tantal başına 2.9 parça içerir. Tantal tantalit ve piroklor minerallerinde bulunur.
Üretim
Yıllık yaklaşık 70000 ton vanadyum cevheri üretilir, Rusya'da 25000 ton vanadyum cevheri, Güney Afrika'da 24000, Çin'de 19000 ve Kazakistan'da 1000 üretim yapılır. Her yıl 7000 ton vanadyum metali üretilmektedir. Cevherini karbonla ısıtarak vanadyum elde etmek mümkün değildir. Bunun yerine, vanadyum oksit, bir basınçlı kapta kalsiyum ile ısıtılarak üretilir. Vanadyum triklorürün magnezyum ile tepkimesinden çok yüksek saflıkta vanadyum üretilir.
Yılda 230.000 mt niyobyum cevher üretiliyor, Brezilya 210.000 ton, Kanada 10000 ton ve Avustralya ise 1000 ton üretiyor. Her yıl 60000 mt saf niyobyum üretilmektedir.
Yıllık 70000 mt tantal cevheri üretilmektedir. Brezilya, tantalum cevherinin %90'ını üretirken, Kanada, Avustralya, Çin ve Ruanda da elementi üretiyor. Tantal talebi yılda 1200 mt civarındadır. Dubnium, aktinitleri hafif elementlerle bombardıman ederek sentetik olarak üretilir.
Uygulamalar
Vanadyum'un ana uygulaması, vanadyum çeliği gibi alaşımlardır. Vanadyum alaşımları yaylarda, aletlerde, jet motorlarında, zırh kaplamalarında ve nükleer reaktörlerde kullanılır. Vanadyum oksit, seramiklere altın rengi verir ve diğer vanadyum bileşikleri polimer üretmek için katalizör olarak kullanılır.
Kalitesini artırmak için paslanmaz çeliğe az miktarda niyobyum eklenir. Niyobyum alaşımları, niyobyumun yüksek korozyon direncinden dolayı roket nozullarında da kullanılır.
Tantal dört ana uygulama tipine sahiptir. Tantal, yüksek sıcaklıklara maruz kalan nesnelere, elektronik cihazlarda, cerrahi implantlarda ve aşındırıcı maddelerin taşınması için eklenir.
Toksisite
Saf vanadyumun toksik olduğu bilinmemektedir. Bununla birlikte, vanadyum pentoksit gözler, burun ve boğazda ciddi tahrişe neden olur.
Niyobyum ve bileşiklerinin hafifçe toksik olduğu düşünülmektedir, ancak niyobyum zehirlenmesinin meydana geldiği bilinmemektedir. Niyobyum tozu gözleri ve cildi tahriş edebilir.
Tantal ve bileşikleri nadiren yaralanmaya neden olur ve yaptıklarında yaralanmalar normalde döküntüdür.
Biyolojik oluşumlar
Grup 5 elementlerinin dışında, sadece vanadyum canlı sistemlerin biyolojik kimyasında bir rol oynamaktadır, ancak biyolojide çok sınırlı bir rol oynar ve hatta okyanus ortamlarında karadan daha önemlidir.
ascidians ve tunikatlar için vanabinler gibi esansiyel olan vanadyum, 1911'den beri Ascidiacea'nın kan hücrelerinde (deniz fışkırmaları), kanlarındaki vanadyum konsantrasyonlarında, etraflarındaki deniz suyu içindeki vanadyum konsantrasyonundan 100 kat daha fazla olarak bilinmektedir. Makrofungusların birkaç türü vanadyum biriktirir (kuru ağırlıkta 500 mg/kg'a kadar). Vanadyum bağımlı bromoperoksidaz, çeşitli deniz yosunu türlerinde organobromin bileşikleri üretir.
Sıçanlar ve tavukların da çok az miktarda vanadyum gerektirdiği bilinmektedir ve eksiklikler, büyümenin azalmasına ve üremenin azalmasına neden olur. Vanadyum, öncelikle insülin duyarlılığını ve vücut geliştirmeyi arttırmak için oldukça tartışmalı bir besin takviyesidir. Vanadil sülfat, tip 2 diyabetli kişilerde glukoz kontrolünü iyileştirebilir. Ek olarak, decavanadate ve oxovanadates potansiyel olarak birçok biyolojik aktiviteye sahip olan ve çeşitli biyokimyasal işlemlerin anlaşılmasında başarıyla kullanılan türlerdir.