钒化合物性质

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1、1．钒A．物理性质钒是一种单晶金属，呈银灰色，具有体心立方晶格，曾发现在1550℃以及－28～－38℃时有多晶转变。钒的力学性质与其纯度及生产方法密切相关。O、H、N、C等杂质会使其性质变脆，少量则可提高其硬度及剪切力，但会降低其延展性。钒的主要物理性质见表2－1钒的力学性质如表2－2所示。表2－1金属钒的物理性质性质数值性质数值原子序数23热导率(100℃)/J·(cm·s·K)－10.31原子量50.9415外观浅灰晶格结构体心立方外电子层3d34s2晶格常数a/mm0.3024焓(298K)/kJ·(mol·K)－15.27密度/kg·m－36110熵(298K)/J·(mo

2、l·K)－129.5熔点/℃1890～1929热容cp(298K液态)/kJ·(mol·K)－124.35～25.5947.43～47.51沸点/℃3350～3409熔化热/kJ·mol－116.0～21.5热容cp①(298～990K)/kJ·(mol·K)－1a.24.134b.6.196×10－3c.－7.305×10－7d.－1.3892×105蒸气压/Pa1.3×10－6(1200℃)1.3(2067℃)3.73(2190K)207.6(2600K)蒸发热/kJ·mol－1444～502热容cp②(900～2200K)/kJ·(mol·K)－1a.25.9b.－1.25×

3、10－4c.4.08×10－6线膨胀系数(20～200℃)/K－1(7.88～9.7)×10－6比电阻(20℃)/μΩ·cm24.8温度系数(100℃)/cm·K－10.0034钒同位素46V47V48V49V50V51V52V53V54V半衰期0.426s33min16.0d330d6×1015a稳定3.75min2.0min55s丰度/%0.2599.75①cp＝a＋bT＋cT2＋dT－2；②cp＝a＋bT＋cT2，式中，T为温度，K。表2－2金属钒的力学性质性质工业纯品高纯品抗拉强度σb/MPa245～450210～250180延展性/%10～1540～6040维氏硬度HV/

4、MPa80～1506060～70弹性模量/GPa137～147120～130泊松比0.350.36屈服强度/MPa125～180B．钒的化学性质由图2－1可见，钒在周期表中位于第4周期、VB族，属于过渡金属元素中的高熔点元素，包括Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re等10个元素。它们的特点是：具有很高的熔点，例如钨的熔点是3180℃，钼的熔点是2610℃，它们主要是用作合金的添加剂，有些也可以单独使用，其中某些金属在高温下具有抗氧化性、高硬度、高耐磨性。但这些金属的力学性质与其纯度和制备方法密切相关，少量的晶间杂质，会使其硬度和强度明显提高，但却使其延展性下降。在

5、原子结构方面，这些元素的外电子层具有相同的电子数，一般有两个电子（少数是一个电子），而在次外电子层的电子数目则依次递增，其化学性质介于典型金属与弱典型金属之间，处于过渡状态，具有彼此相互接近的性质，其共同的特点是：图2－1高熔点元素在周期表中的位置（1）这些元素外电子层的电子比较稳定，但较易失去次外电子层的电子，而形成不同价态的离子，例如钒可以形成－1、＋2、＋3、＋4、＋5的价态，而Ti则可以形成＋2、＋3、＋4的价态。图2－2所示为钒原子核的结构图；图2－2钒原子核的结构图（质子数P＝23，中子数N＝28）（2）这些元素按其顺序，次外电子层的电子数目依次增加，由于电子的静电引力

6、作用，遂使原子的半径也渐趋缩小；（3）这些元素的水溶液，由于电子的转移作用形成的光谱，都会使其离子呈现颜色，只有少数例外；（4）这些元素会形成硼化物、碳化物、氮化物、氢化物，它们多数都具有金属性质，只有少数例外。钒在空气中250℃以下是稳定的，呈浅银灰色，有良好的可塑性和可锻性。长期保存表面会呈现蓝灰、黑橙色，超过300℃会有明显的氧化。超过500℃，钒吸附氢于晶格间隙，使其变得易脆，易成粉末。真空下600～700℃加热，氢可逸出。低温下存在氢化物VH。钒在400℃开始吸收氮气，800℃以上钒与氮反应生成氮化钒，在高真空、1700～2000℃下，发生氮化钒的分解，但是氮不可能完全从

7、金属中释出。钒对碳有较高亲和力，800～1000℃下可形成碳化物。钒对稀硫酸、稀盐酸、稀磷酸保持相对稳定。但在硝酸、氟氢酸中溶解。金属钒对自来水抗蚀性良好，对海水抗蚀性中等，但未出现点腐蚀。钒能抗10%NaOH溶液腐蚀，但不能抗热KOH溶液的腐蚀。钒及其合金对低熔点金属或合金的熔融体有良好的抗蚀性，特别是碱金属（它们在核反应堆中用作冷却剂或热交换介质）。表2－3为钒的抗腐蚀性能。表2－3钒对某些介质的抗腐蚀性能溶液腐蚀速度/mg·(cm2·h)－1腐蚀速度/nm·h－