Vanadio

Yo asi	AÑO	Período	Maryland	Ed	PD
Yo asi	AÑO	Período	Maryland	MeV	PD
48 V	{syn.}	15,9735 j	ε	4.012	48 Ti
49 V	{syn.}	330 días	ε	0,602	49 Ti
50 V	0,25 %	150 × 10 15 a	ε —-— β -	2.208 —-— 1.037	50 Ti —-— 50 Cr
51 V	99,75 %	estable con 28 neutrones

Propiedades físicas corporales simples

Estado ordinario

sólido

Densidad

6,0 g · cm -3 ( 18,7 ° C )

Sistema de cristal

Centrado cúbico

Dureza

Color

Blanco plateado

Punto de fusión

1.910 ° C

Punto de ebullición

3.407 ° C

Energía de fusión

20,9 kJ · mol -1

Energía de vaporización

452 kJ · mol -1

Volumen molar

8,32 × 10 -6 m 3 · mol -1

Presión de vapor

3,06 Pa en 1.659,85 ° C

Velocidad del sonido

4560 m · s -1 hasta 20 ° C

Calor masivo

490 J · kg -1 · K -1

Conductividad eléctrica

4,89 x 10 6 S · m -1

Conductividad térmica

30,7 W · m -1 · K -1

Diverso

7440-62-2

231-171-1

Precauciones

SGH

Peligro H228, H315, H319, H335, P210, P241, P302, P305, P338, P351, P352, P405, P501, H228 : Sólido inflamable
H315 : Provoca irritación cutánea
H319 : Provoca irritación ocular grave
H335 : Puede irritar el sistema respiratorio
P210 : Mantener alejado de fuentes de calor, chispas, llama abierta o superficies calientes. - No fumar.
P241 : Utilice equipos eléctricos / de ventilación / de iluminación /… / a prueba de explosión.
P302 : Tras contacto con la piel:
P305 : Tras contacto con los ojos:
P338 : Retirar los lentes de contacto si la víctima los está usando y si se pueden quitar fácilmente. Continúe enjuagando.
P351 : Enjuagar cuidadosamente con agua durante varios minutos.
P352 : Lavar con abundante agua y jabón.
P405 : Tienda cerrada.
P501 : Eliminar el contenido / el recipiente en ...

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Transporte

3285

Número ONU :
3285 : COMPUESTO DE VANADIO, NOS
Clase:
6.1
Etiqueta: 6.1 : Sustancias tóxicas

Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario.

El vanadio es el elemento químico del número atómico 23, símbolo V.

Es un metal raro, duro y dúctil que se encuentra en ciertos minerales. Se utiliza principalmente en aleaciones .

El vanadio tiene 26 isótopos conocidos con números de masa que van de 40 a 65 y cinco isómeros nucleares . Solo uno de estos isótopos es estable, 51 V, y representa el 99,75% del vanadio existente, el 0,25% restante está compuesto por 50 V, un radioisótopo natural con una vida media particularmente larga de 1,5 × 10 17 años (10 millones veces la edad del universo ). Por lo tanto, el vanadio es un elemento monoisotópico , pero no un elemento mononucleídico . Su masa atómica estándar es 50,941 5 (1) u , muy cercana a la masa isotópica de 51 V.

El vanadio en la naturaleza se compone de 2 isótopos:

el isótopo 50 al 0,24%, muy débilmente radiactivo debido a su vida media extremadamente larga de 1,5 × 10 17 años;

y el isótopo 51 al 99,76%, estable.

Características notables

El vanadio es un metal blanco, brillante, duro y dúctil. Tiene buena resistencia a la corrosión por compuestos alcalinos, así como a los ácidos clorhídrico y sulfúrico . Se oxida rápidamente a aproximadamente 660 ° C . El vanadio tiene una buena resistencia estructural y una pequeña sección transversal para interactuar con los neutrones de fisión, lo que lo hace útil en aplicaciones nucleares. Es un metal que presenta características tanto ácidas como básicas.

Los estados de oxidación comunes del vanadio son +2, +3, +4 y +5. Un experimento que consiste en reducir el vanadato de amonio por zinc metálico permite demostrar por calorimetría los cuatro estados de oxidación del vanadio.
También existe un estado de oxidación +1, pero es más raro.

Usos

Aproximadamente el 80% del vanadio producido se utiliza en ferrovanadio y como aditivo en algunos aceros. Otros usos:

El pentóxido de vanadio (V 2 O 5) se utiliza en cerámica y como catalizador ; también es uno de los responsables de la corrosión en caliente por gases ( fundente ).
El vanadio se utiliza para almacenar energía eléctrica en baterías de flujo , que todavía no se utilizan mucho y están en desarrollo (2007).
El vanadio se utiliza en algunas aleaciones de acero inoxidable (por ejemplo, acero quirúrgico).
Mezclado con aluminio y titanio, se utiliza en la fabricación de motores a reacción y dispositivos médicos (por ejemplo: implantes ortopédicos).
Los compuestos de vanadio se utilizan como catalizadores para la síntesis de ácido sulfúrico , anhídrido maleico , 2,5-diformifurano, gas sintasa o ácido acrílico .
El vanadato de bismuto se puede utilizar para la síntesis electrocatalítica de peróxido de hidrógeno, mientras que el óxido de vanadio para la evolución electrolítica de hidrógeno a partir de electrolitos que contienen halógeno.
Se encuentra como pigmento de azul de vanadio .

Historia

El nombre vanadio proviene de Vanadis , " Dís des Vanir ", otro nombre de Freyja , diosa escandinava de la belleza, porque tiene compuestos químicos muy coloridos. Fue descubierto por Andrés Manuel del Río , mineralogista español, en la Ciudad de México en 1801 . Luego lo bautizó "plomo marrón" (ahora llamado vanadinita ). Durante sus experimentos, descubrió que este color provenía de trazas de cromo y renombró el elemento pancromo . Más tarde lo renombró nuevamente como Erythronium , ya que la mayoría de las sales se volvían rojas cuando se calentaban. El químico francés Hippolyte-Victor Collet-Descotils declaró entonces que el nuevo elemento de del Rio era solo cromo impuro, y el barón Alexander von Humboldt , amigo de del Rio, era de la misma opinión. Del Rio se concedió a sus conclusiones.

En 1831 , un sueco llamado Nils Gabriel Sefström , redescubrió el vanadio en nuevos óxidos que encontró mientras trabajaba en minerales de hierro. Más tarde, ese mismo año, Friedrich Wöhler confirmó el trabajo de Del Rio.

El vanadio metálico fue aislado por Henry Enfield Roscoe en 1867 . Esto redujo el cloruro de vanadio (V Cl 3 ) con dihidrógeno .

Sin embargo, el uso empírico del vanadio en metalurgia es mucho más antiguo y se remonta a la Edad Media. Este metal es ciertamente necesario, en forma de trazas, para obtener dentro del acero martillado los famosos patrones que han hecho famosas las llamadas hojas de "Damasco" . Se ha demostrado que concentraciones tan bajas como 0,003 por ciento en volumen son suficientes para inducir el proceso de agregación de carbono en láminas. Es esta estructura en láminas la que permite obtener durante la forja, mediante juiciosa remoción de material, motivos como "rosas" y "escamas de Mahoma". Se cree que esta adición fortuita de vanadio provino de las cenizas de las plantas utilizadas en el proceso de fundición de los lingotes de hierro. La escasez de las plantas utilizadas, o el cambio en los métodos de fundición, aparentemente llevaron, hace más de dos siglos, al cese de este suministro. Sin poder conocer la causa, los maestros herreros ya no pudieron inducir patrones de damasquinado en sus hojas, por lo que se perdió el secreto involuntario de su fabricación. Fue redescubierto recientemente, después de estudios metalúrgicos y un extenso trabajo de forja.

Papel biológico

En dosis bajas, el vanadio es un oligoelemento y un componente esencial de ciertas enzimas .

Su papel como oligoelemento ha sido demostrado en ratas y pollos, que necesitan una cantidad infinitesimal para evitar ciertas deficiencias en el crecimiento y la reproducción. A principios de la década de 2000, aún no se había demostrado en humanos, pero en 2017 su papel como oligoelemento parece ser un consenso para los humanos también. Recientemente Panchal & al. lo encontró útil, junto con un cóctel de otros elementos (en dosis muy bajas) para prevenir el síndrome metabólico .

Posible medicación para la diabetes y / o el cáncer

¿Medicamentos antidiabéticos? El vanadio se ha estudiado extensamente durante treinta años y particularmente en la década de 1990 con la esperanza de usarlo contra la diabetes porque el vanadato y el vanadil vanadio mostraron propiedades sensibilizantes a la insulina superiores a las de las sulfonilureas y la metformina , y entonces se suponía que los efectos indeseables eran mínimos ( a las dosis y duraciones de tratamiento que se propusieron). Sin embargo, los efectos positivos observados durante tratamientos cortos se vieron contrarrestados por la creciente toxicidad del vanadio acumulado en el organismo en caso de tratamiento a largo plazo (necesario en el caso de la diabetes).
Según una revisión de un estudio publicado recientemente (2016), esta línea de investigación ahora está abandonada, y no es más que una "curiosidad científica" para la historia de la ciencia y la de la medicina.

¿Medicamento de quimioterapia? Casi todos los estudios sobre su posible carcinogenicidad (realizados en los años 1980-1990 en diferentes tipos de células) concluyeron que las sales de vanadio son carcinógenos potenciales . También exhibe efectos mutagénicos potenciales inducidos al menos en parte por las especies reactivas de oxígeno derivadas del vanadio en la célula.
Pero en la quimioterapia se utilizan otros metales cancerígenos o metaloides . La toxicidad celular y las acciones bioquímicas de ciertas sales de vanadio las han convertido en fármacos candidatos para la prevención del desarrollo de ciertos tumores y / o cánceres (porque en el laboratorio lograron limitar el fenómeno de carcinogénesis inducido por químicos cancerígenos en animales) . Estos compuestos parecen actuar modificando la actividad de varias enzimas xenobióticas al inhibir ciertos metabolitos activos derivados de compuestos cancerígenos. Más precisamente, estos compuestos inhibirían las tirosina fosfatasas en la célula y / o su activación, lo que en ambos casos conduce a la activación de vías de transducción de señales que conducen a la apoptosis o incluso a la activación de los denominados "genes supresores de tumores" . . Ciertos compuestos de vanadio también detienen el ciclo celular y / o la citotoxicidad por escisión y fragmentación del ADN y lipoperoxidación de la membrana plasmática . Una inhibición del potencial metastásico de las células cancerosas podría inducirse mediante una modulación por el vanadio de las moléculas adhesivas celulares; también disminuiría la resistencia a los fármacos antineoplásicos . En quimioterapia , es menos tóxico que otros metales o agentes antitumorales orgánicos.

Como elemento natural, no es patentable .

Contaminación ambiental, presencia en el medio ambiente.

El vanadio está muy débilmente presente en solución en el océano (de 1 a 3 μg / L); por ejemplo 1,22 μg / L en promedio en el agua del fondo del Golfo de San Lorenzo y 1,19 μg / L en el Atlántico Norte o de 1,2 a 1,8 μg / L en el Mar de los Sargazos , 1, 53 a 2,03 μg / L en el Pacífico. Rara vez se ha medido en la franja costera , pero algunos estudios han encontrado niveles que oscilan entre 0,61 μg.l −1 y 7,1 μg.l −1 en la costa del Mar Negro .

En el aire o en el agua, proviene principalmente de emisiones volcánicas , erosión de suelos y rocas o fuentes antropogénicas como los efluentes de fábricas productoras de óxido de titanio que lo contienen en gran cantidad ( ej .: 317 t / año traídas por el Sena a la Bahía del Sena ). En el mundo, los ríos introducirían 312.000 t / año al océano.

La contaminación del aire por la combustión de hidrocarburos es otra fuente; el petróleo crudo de Kuwait o Arabia Saudita contiene, por ejemplo, de 29 a 60 mg por kg de petróleo, una contribución de 12 000 a 24 000 t / año de las cuales del 10 al 15% llegan al mar a través de la lluvia). Por tanto, más de la mitad (53%) de todo el vanadio en el aire es de origen antropogénico.

La contaminación de suelos y agua también es localmente mayoritariamente antropogénica; este es el caso de determinadas regiones industriales, mineras o petroleras del mundo. Allí, gran parte del vanadio que se encuentra en el agua y los ecosistemas proviene de los hidrocarburos. Los coques de petróleo que concentran vanadio en la refinería se liberan al agua ( lixiviación ) a una tasa ecotoxicológica preocupante (alcanzan el umbral de toxicidad ambiental). Este es el caso de las regiones mineras de arenas petrolíferas , particularmente en la región de Athabasca (Alberta, Canadá) que contienen cantidades significativas de vanadio. En esta región se han estudiado recientemente (2017) fitoplancton y zooplancton ; Schiffer & Liber han demostrado que el vanadio en las aguas superficiales ha alcanzado los umbrales de toxicidad para el fitoplancton y más aún para el zooplancton (que es más sensible a él). Estas dos categorías de organismos forman la base de la cadena alimentaria en los medios acuáticos y la red alimentaria .

Impregnación de poblaciones humanas

En 2018 en Francia, el “ componente perinatal ” del programa nacional de biomonitoreo publicó una evaluación de la impregnación de mujeres embarazadas por vanadio (y otros 12 metales o metaloides, así como algunos contaminantes orgánicos).
La dosis urinaria de vanadio se tomó en la orina de 990 mujeres embarazadas en el momento de su llegada al hospital de maternidad. Todos formaban parte de la “ Elf Cohort ”, un panel que incluía solo a mujeres que dieron a luz en Francia en 2011, excluyendo Córcega y TOM . El 96% de estas 990 mujeres tenían una cantidad detectable de vanadio en la orina; y la concentración urinaria media (media geométrica ) de vanadio fue: 0,28 μg / L (0,38 μg / g de creatinina). Pocas otras referencias científicas permiten comparaciones, pero los autores señalan que estas tasas son más bajas que las ya observadas en Francia dentro de la población general, pero superan las observadas en Bélgica.

Efectos tóxicos y ecotóxicos

Se han observado efectos tóxicos y ecotóxicos en diversas especies animales y vegetales, en particular porque el vanadio puede inhibir ciertas reacciones enzimáticas y alterar el sistema endocrino de los mamíferos. Muchos de sus compuestos también tienen efectos tóxicos (especialmente estudiados y demostrados en ratas de laboratorio).

Toxicidad

Su toxicidad aguda para los humanos parece ser moderada, pero puede tener efectos dañinos y fatales en dosis altas y efectos secundarios reprotóxicos y genotóxicos que son preocupantes.

La exposición a compuestos de vanadio en seres humanos (como en animales) muestra efectos variables según el compuesto y según la dosis, la vía y la duración de la exposición. Las formas más tóxicas de vanadio (extremadamente tóxicas) son el vanadio (V) y sus compuestos, que son más tóxicos que el vanadio (IV). Además, los óxidos de vanadio también son más tóxicos que las sales de vanadio. La toxicidad a corto, mediano y largo plazo de los compuestos de vanadio también varía según la tasa de acumulación del metal en ciertos órganos y tejidos del cuerpo expuesto (que varía con la edad).

Toxicidad celular: Según Evangelou (2002), la mayoría de las cascadas de eventos inducidos en la célula por el vanadio están vinculadas a especies reactivas de oxígeno generadas por reacciones tipo Fenton y / o especialmente por NADPH en el momento de la reducción intracelular de V ( V) a V (IV).

Toxicidad sistémica: El vanadio también es un disruptor endocrino : se ha demostrado in vitro e in vivo que imita a la insulina , interfiriendo así con el metabolismo de los azúcares. También es reprotóxico y afecta el desarrollo del embrión y del niño, con efectos antihiperglucémicos e hipotensores .

Las sales de vanadio se han probado mucho en la década de 1990 con la esperanza (decepcionada desde entonces) de que sean un buen medicamento en humanos contra la diabetes mellitus y ciertas enfermedades de las arterias coronarias . No obstante, estas pruebas permitieron conocer más sobre su toxicidad y la de sus compuestos (para humanos y animales de laboratorio). Los efectos tóxicos directos o secundarios descritos en este contexto fueron en particular:

una leve alteración gastrointestinal que dura hasta 4 semanas después de una breve exposición, este es uno de los primeros síntomas más comunes.
Se produjo anorexia con pérdida de peso y dolor abdominal después de una exposición más prolongada (p. Ej., 125 mg / día de sal de vanadio durante 5 meses para inducir estos efectos en casi la mitad de los pacientes tratados por enfermedad de las arterias coronarias Según Fawcett et al. parece tener algún efecto en los seres humanos sobre las células sanguíneas, la viscosidad y la bioquímica sanguínea.

Los estudios en animales de laboratorio han demostrado otros efectos tóxicos. La exposición aguda o prolongada induce debilitamiento con pérdida de apetito y peso, deshidratación. Luego se observan hemorragias nasales y / o pulmonares, con necrosis de los tejidos linfoides y necrosis tubular renal que conduce a la muerte (síntomas deducidos de la administración subcutánea o intraperitoneal de compuestos de vanadio a animales de laboratorio).

Alteraciones funcionales del hígado y los riñones (uno de los efectos más frecuentes).
Cambios histopatológicos en el hígado, el bazo y los riñones, dependientes de la dosis; La exposición oral a NaVO 3 ) (5 a 10 μM en el agua de bebida) durante 3 meses causa lesiones histopatológicas leves y dependientes de la dosis en los riñones y el bazo. Al mismo tiempo, se mide un nivel anormalmente alto de urea y ácido úrico en los animales más expuestos.
Aberraciones cromosómicas .
La aneuploidía en la médula ósea (en ratones de laboratorio tratados con vanadil sulfato, ortovanadato de sodio y sulfato de amonio. El ortovanadato (por inyección intraperineal de 10 mg / kg / día durante 8 días en ratas) indujo nefrotoxicidad, cuya gravedad variaba según la edad del animal tratado.
Inhibiciones significativas de la actividad general y el aprendizaje (en ratas de laboratorio expuestas durante 8 semanas por vía oral a 4,1 y 16,4 mg / kg / día de vanadio.
Reprotoxicidad (y deterioro del desarrollo) (disminución del número de recién nacidos viables y deterioro del desarrollo fetal , observado en ratas y ratones de laboratorio para varios compuestos de vanadio. No se han observado otros estudios en ratas sanas y diabéticas. No se han observado efectos significativos en la sangre, el hígado y función renal o anomalías morfológicas específicas en varios órganos (p. ej., después de la exposición de ratas Wistar por vía oral a vanadilsulfato y V (III) -cisteína. Además, la administración oral a largo plazo (entre 4 y 6 meses) de vanadio (III y IV) a diario V dosis de 0,5 mg / kg / día, inducidas por ningún efecto tóxico en ratas portadoras de tumores .
Genotoxicidad . Se observó en células de hígado, bazo, corazón y médula ósea (en ratones machos tratados con 5,75 y 23,0 μg / g mediante inyecciones intraperitoneales de pentóxido de vanadio (V 2 O 5).

Antídotos, quelantes ...

Al igual que con otros metales tóxicos, los quelantes pueden disminuir la toxicidad del vanadio y sus sales (más o menos dependiendo de las especies químicas involucradas) pero con los efectos secundarios de los quelantes y la quelación .

Un estudio en 2016 mostró un efecto protector de los extractos de plantas de Sesamum indicum contra ciertos efectos.

Ecotoxicología

Se ha demostrado una fitotoxicidad in vitro a partir de unos pocos mg / L de algas de agua dulce cultivadas en laboratorio y en zooplancton (que se muestra más vulnerable que el fitoplancton). La muerte de los microcrustáceos ocurre sin una aparente toxicidad subletal, lo que aboga por una muerte por desequilibrio iónico que ocurre repentinamente por encima de cierto umbral.

En animales, los estudios se han centrado en los efectos de la exposición de ratas y ratones de laboratorio a varios compuestos de vanadio. Por ejemplo, la dosis letal durante 9 días para mejillones se ha evaluado en 65 mg / litro, sin embargo otros organismos marinos soportan el vanadio y lo concentran ( Tunicata (Urochordés) tienen una concentración interna de vanadio hasta un millón de veces mayor que la del agua donde viven), pero a menudo “ inertizándola ” (solo una pequeña parte se asimila, el resto se fija o se metaboliza y se excreta). Por ejemplo, en Suecia 23 bovinos (en un rebaño de 98) murieron en 10 días por envenenamiento agudo tras la ingestión de pasto contaminado con vanadio por una aplicación de escoria metalúrgica ).

Ocurrencia

El vanadio libre apenas se encuentra en la naturaleza, pero se encuentra en forma ligada en al menos 65 minerales como la patronita (V S 4 ), la vanadinita ( Pb 5 (V O 4 ) 3 Cl ) y la carnotita ( K 2 ( U O 2 ) 2 (VO 4 ) 2 0.3 H 2 O ); a veces también en tanzanita . El vanadio también está presente en la bauxita , así como en rocas carbonáceas como el petróleo , el carbón y el betún . En 2011, se descubrió vanadio nativo entre los sublimes de las fumarolas del volcán Colima , en México .

El espectro de vanadio también se ha detectado a la luz del sol y otras estrellas .

Extracción de minerales

La principal fuente de vanadio son las reservas de titanomagnetita . El vanadio también se extrae de la carnotita. El mineral de vanadio rara vez se extrae solo en un depósito, por lo general se presenta como un subproducto de la extracción de otro material.

Después de la extracción, la titanomagnetita se reduce con carbón a alta temperatura, produciendo escoria que contiene la mayor parte del titanio y arrabio que contiene la mayor parte del hierro y el vanadio. El oxígeno se inyecta luego en el arrabio fundido resultante de otro tipo de escoria que contiene aproximadamente del 12 al 24% de pentóxido de vanadio (V 2 O 5).

Después de la extracción, la carnotita se trata con ácido sulfúrico caliente y un oxidante como clorato de sodio durante 24 horas. Después de la filtración, el lixiviado , que contiene vanadio y uranio, se pone en contacto con un disolvente que contiene una amina, isodecanol y queroseno que elimina el uranio del lixiviado. A continuación, se extrae el vanadio del lixiviado con un disolvente adecuado, se expone a una solución de carbonato de sodio y se precipita en forma de vanadato de amonio por reacción con sulfato de amonio . El vanadato se recoge por filtración, luego se seca y se termoliza a pentóxido de vanadio.

El pentóxido de vanadio puede reducirse para producir vanadio por reacción con calcio o aluminio o usarse en la producción de vanadio ferroviario (donde el aluminio lo reducirá a vanadio y luego se disolverá en hierro fundido).

Comercio

En 2014, Francia era un importador neto de vanadio, según la aduana francesa. El precio medio de importación por tonelada fue de 24.000 euros.

En Argelia , está presente en 350.000 toneladas / km 2 , es decir, para los 570.000 km 2 de Sahara útil un depósito de 200.000 millones de toneladas.

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Ver también

enlaces externos

(en) “ Technical data for Vanadium ” (consultado el 12 de agosto de 2016 ) , con los datos conocidos para cada isótopo en subpáginas

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