Vanadio

El vanadio es un elemento químico de número atómico 23 situado en el grupo 5 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es V. Es un metal dúctil, blando y poco abundante. Se encuentra en distintos minerales y se emplea principalmente en algunas aleaciones. El nombre procede de la diosa de la belleza Vanadis en la mitología escandinava.

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Características principales

El vanadio es un metal de transición blanco, dúctil y brillante. Este metal de transición presenta una alta resistencia a las bases, al ácido sulfúrico (H₂SO₄) y al ácido clorhídrico (HCl). Se obtiene de distintos minerales, así como de petróleos. También se puede obtener de la recuperación del óxido de vanadio (V) en polvos procedentes de procesos de combustión. Tiene algunas aplicaciones nucleares debido a su baja sección de captura de neutrones. Es un elemento esencial en algunos seres vivos, aunque no se conoce su función.

En sus compuestos presenta variados estados de oxidación, siendo los más comunes +2, +3, +4 y +5.

Aplicaciones

Aproximadamente el 80% del vanadio producido se emplea como ferrovanadio o como aditivo en aceros.

• Se emplea en acero inoxidable usado en instrumentos quirúrgicos y herramientas, en aceros resistentes a la corrosión, y mezclado con aluminio en aleaciones de titanio empleadas en motores de reacción. También, en aceros empleados en ejes de ruedas y cigüeñales, engranajes, y otros componentes críticos.
• Es un importante estabilizador de carburos en la fabricación de aceros.
• Se emplea en algunos componentes de reactores nucleares.
• Forma parte de algunos imanes superconductores.
• Algunos compuestos de vanadio se utilizan como catalizadores en la producción de anhídrido maleico y ácido sulfúrico. Concretamente, es muy usado el pentóxido de vanadio, V₂O₅, que también se emplea en cerámica.

Historia

El vanadio (de la diosa de la belleza en la mitología escandinava Vanadis debido a los colores de sus compuestos), fue descubierto en un principio por el mineralogista hispano-mexicano Andrés Manuel del Río, en Zimapan, municipio Hidalguense en 1801, en un mineral de plomo. Primero lo denominó pancromo, debido a que los colores eran parecidos a los del cromo, y luego eritronio debido al color de sus sales (se volvían rojas al calentarlas).

Sin embargo, el químico francés Hippolyte Victor Collet-Descotils cuestionó este descubrimiento diciendo, erróneamente, que se trataba de cromo impuro. Esto provocó que Andrés Manuel del Río se retractara de su descubrimiento.

En 1830, el sueco Nils Gabriel Sefström lo redescubrió en un óxido que encontró mientras trabajaba en unas minas de hierro y le dio el nombre que hoy se conoce. Después, en 1831, Friedrich Wöhler concluyó que se trataba del mismo elemento descubierto en 1801 por Andrés Manuel del Río

El vanadio metálico no se preparó hasta el año 1867, por Henry Enfield Roscoe, mediante la reducción de tricloruro de vanadio, VCl₃ con hidrógeno.

Compuestos

• Presenta variados estados de oxidación, con distintos colores. Mediante un experimiento sencillo se puede apreciar: partiendo de vanadato de amonio (NH₄VO₃), y empleando zinc metálico en medio ácido, se produce la serie de reacciones siguiente:

VO₄^3- (incoloro) → [VO(OH₂)₅]²⁺ (azul) → [V(OH₂)₆]³⁺ (verde) → [V(OH₂)₆]²⁺ (violeta)

• El pentaóxido de vanadio, V₂O₅, que se suele obtener como un sólido pulverulento de color naranja, es un agente oxidante, y se emplea como catalizador y como colorante.
• La unidad vanadilo, VO²⁺, en donde el vanadio está en estado de oxidación 4+, siendo el enlace V-O doble, se puede encontrar en distintos complejos de vanadio, generalmente con cuatro ligandos más, formando una pirámide de base cuadrada. Pueden presentar un ligando más en posición trans al ligando oxo, pero esta posición es bastante lábil. Generalmente los complejos de este tipo son azules. En el estado de oxidación 5+ también forma complejos con ligandos oxo.

Papel biológico

El vanadio es un elemento esencial en algunos organismos. En humanos no está demostrada su esencialidad, aunque existen compuestos de vanadio que imitan y potencian la actividad de la insulina.

Se encuentra en algunos enzimas en distintos seres vivos. Por ejemplo, en las haloperoxidasas (generalmente bromoperoxidasas) de algunas algas, que reducen peróxidos y a la vez halogenan un sustrato orgánico.

Las ascidias (unos organismos marinos de la familia de los tunicados) almacenan altas concentraciones de vanadio, alrededor de un millón de veces más altas que el agua que les rodea, encontrándose en una molécula llamada hemovanadina. En estos organismos el vanadio se almacena en unas células llamadas vanadocitos.

También acumula altas concentraciones de vanadio el hongo amanita muscaria. Se forma un complejo con un ligando ionóforo llamado amavadina.

Abundancia y obtención

  El vanadio no se encuentra nunca en estado nativo, pero está presente en unos 65 minerales diferentes, entre los que destacan la patronita, VS₄, vanadinita, Pb₅(VO₄)₃Cl, y la carnotita, K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O. También se encuentra en la bauxita, así como en depósitos que contienen carbono, como por ejemplo en carbón, petróleos, crudo y alquitrán. Se extrae del petróleo empleando porfirinas. Además, se obtiene pentóxido de vanadio, V₂O₅, recuperándolo de la combustión del petróleo.

Los vanadatos se disuelven mediante una fusión alcalina. En medio ácido y tras otros procesos se obtiene el V₂O₅, que se reduce parcialmente con carbono, y luego con calcio en atmósfera de argón para obtener vanadio metálico.

En el caso de que no se parta de un mineral que contenga el vanadato, sino un sulfuro, éste se oxida para obtener el vanadato y se realiza el mismo procedimiento para obtener vanadio.

Si se quiere obtener vanadio más puro, se emplea el método Van Arkel-de Boer (formación de un compuesto volátil y su posterior descomposición).

Isótopos

En la naturaleza se puede encontrar un isótopo estable, el vanadio-51. Se han caracterizado quince radioisótopos, siendo los más estables el vanadio-50, con un periodo de semidesintegración de 1,5 × 10¹⁷ años, el vanadio-49, de 330 días, y el vanadio-48, de 15,9735 días. El resto tienen periodos de semidesintegración de menos de una hora, siendo la mayoría de menos de diez segundos. Además, este elemento tiene un metaestado.

El peso atómico de los isótopos de vanadio va desde 43,981 uma (vanadio-43) hasta 59,959 uma (vanadio-59). El principal modo de decaimiento antes del isótopo más estable, vanadio-51, es la captura de electrones (siendo los principales productos de decaimiento isótopos del elemento 22, titanio), mientras que después de éste, es la desintegración beta (dando como principales productos de decaimiento isótopos del elemento 24, cromo).

Precauciones

El polvo metálico es pirofórico, y los compuestos de vanadio deberían de ser considerados como altamente tóxicos. Su inhalación puede causar cáncer de pulmón.

La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha establecido un límite de exposición para el polvo de pentóxido de vanadio de 0,05 mg/m³, y de 0,1 mg/m³ para el gas de pentóxido de vanadio en el aire del lugar de trabajo para una jornada de 8 horas, 40 horas a la semana.

El Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional (NIOSH) recomienda que debe considerarse peligroso para la salud y la vida un nivel de 35 mg/m³ de vanadio. Este nivel se corresponde al cual puede causar problemas permanentes de salud o muerte.

Enlaces externos

• ATSDR en Español - ToxFAQs™: Vanadio Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. (dominio público)
• ATSDR en Español - Resumen de Salud Pública: Vanadio Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. (dominio público)
• EnvironmentalChemistry.com - Vanadium
• Mineral Information Institute - Vanadium
• WebElements.com - Vanadium