钒化合物性质报告.doc

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)－1 0.31 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/mm 0.3024 焓(298K)/kJ·(mol·K)－1 5.27 密度/kg·m－3 6110 熵(298K)/J·(mol·K)－1 29.5 熔点/℃ 1890～1929 热容cp(298K液态) /kJ·(mol·K)－1 24.35～25.59 47.43～47.51 沸点/℃ 3350～3409 熔化热/kJ·mol－1 16.0～21.5 热容cp①(298～990K) /kJ·(mol·K)－1 a.24.134 b.6.196×10－3 c.－7.305×10－7 d.－1.3892×105 蒸气压/Pa 1.3×10－6(1200℃) 1.3(2067℃) 3.73(2190K) 207.6(2600K) 蒸发热/kJ·mol－1 444～502 热容cp②(900～2200K) /kJ·(mol·K)－1 a.25.9 b.－1.25×10－4 c.4.08×10－6 线膨胀系数 (20～200℃)/K－1 (7.88～9.7)×10－6 比电阻(20℃) /μΩ·cm 24.8 温度系数(100℃)/cm·K－1 0.0034 钒同位素 46V 47V 48V 49V 50V 51V 52V 53V 54V 半衰期 0.426s 33min 16.0d 330d 6×1015a 稳定 3.75min 2.0min 55s 丰度/% 0.25 99.75 ① cp＝a＋bT＋cT 2＋dT －2； ② cp＝a＋bT＋cT 2，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/MPa 245～450 210～250 180 延展性/% 10～15 40～60 40 维氏硬度HV/MPa 80～150 60 60～70 弹性模量/GPa 137～147 120～130 泊松比 0.35 0.36 屈服强度/MPa 125～180 B．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 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