Chapitres
- 01. Présentation
- 02. Un peu d’histoire
- 03. Présence à l’état naturel
- 04. Propriétés physiques et chimiques
- 05. Utilisations
- 06. Toxicité
- 07. Écotoxicité
Présentation
Le vanadium est un élément chimique qui porte le numéro 23 dans la classification périodique des éléments.
Informations générales | |
---|---|
Symbole | V |
Numéro atomique | 23 |
Famille | Métal de transition |
Groupe | 5 |
Période | 4 |
Bloc | d |
Masse volumique | 6,0 g.cm-3 |
Dureté | 7 |
Couleur | Blanc argenté |
Propriétés atomiques | |
Masse atomique | 50,9415 u |
Rayon atomique | 135 pm |
Configuration électronique | [Ar] 4s2 3d3 |
Électrons par niveau d'énergie | 2 | 8 | 11 | 2 |
Oxyde | Amphotère |
Propriétés physiques | |
État ordinaire | Solide |
Point de fusion | 1 919°C |
Point d'ébullition | 3 407°C |
Définitions
- Numéro atomique : Le numéro atomique d'un atome représente le nombre de protons de ce dernier
- Famille : L'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
- Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
- Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
- Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
- Dureté : La dureté d'un matériau représente la résistance qu'il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
- Point de fusion : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique fond, passant ainsi de l'état solide à l'état liquide
- Point d'ébullition : Le point d'ébullition correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique bout, passant ainsi de l'état liquide à l'état gazeux
Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C'est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque. Sa dernière révision date de 2016 par l'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l'évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.
L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science. L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.
Un peu d’histoire
Étymologie
Le nom de l'élément 23, le vanadium, dérive de Vanadis étant aussi le nom connu de Freyja, la déesse scandinave de la beauté, de l'amour, de la fertilité, de la naissance, de la Terre, de la Lune, des mers. Elle est par ailleurs aussi maîtresse des chats et commande les Valkyries. Le nom de cet élément fut proposé par son découvreur le chimiste et minéralogiste suédois Nils Gabriel Selfström en référence aux magnifiques couleurs des composés de vanadium.
Découverte
En 1801 le minéralogiste mexicain Andres Manuel del Rio passe à coté de la découverte du Vanadium. Il analyse un minéral appelé "Plomb brun" (aujourd'hui connu sous le nom de vanadinite) dans lequel il pense avoir découvert un nouvel élément dont les propriétés sont proches du chrome et qu'il baptise panchromium. Afin d'obtenir confirmation de sa découverte il demande l'avis de son amis le baron Alexander Von Humbolt et soumet un échantillon de plomb brun au chimiste français Hippolyte Victor Collet-Descotils mais ils soutiennent qu'il ne s'agit que de chrome impur. De ce fait, Andres Manuel del Rio se range à leur avis et abandonne l'étude du plomb brun. En 1831 le chimiste suédois Nils Gabriel Sefström redécouvre le vanadium en analysant un minéral trouvé dans un minerai de fer et annonce la découverte d'un nouvel élément juste avant que le chimiste Allemand Friederich Wöhler ne confirme ne reprennent les travaux menés par Andres Manuel del Rio en 1801 et confirme ses résultats. Ce dernier propose le nom de "rionium" mais c'est la suggestion de Sefstörm, le vanadium, qui est retenue. En 1867 le chimiste britannique parvient à obtenir du vanadium métallique pur en réduisant du chlorure de vanadium avec du dihydrogène.
Présence à l’état naturel
Il est très rare de trouver sur Terre du vanadium sous sa forme libre. Au contraire, on le trouve plus fréquemment sous forme liée et ce dans plusieurs minéraux tels que :
- La patronite, de formule VS4
- La vanadite, de formule Pb5(VO4)3Cl
- La carnotite, de formule K2(UO2)2(VO4)2.3H2O
- Ou encore la tanzanite et la bauxite.
Autre que sur Terre, il est aussi possible de trouver du vanadium dans le Soleil ou les autres étoiles puisqu'il a été détecté dans la lumière de ces étoiles.
Propriétés physiques et chimiques
Le vanadium sous forme de corps simple
Le vanadium est un métal grisâtre assez dur qui n'existe pas à l'état naturel. L'élément 23 est un métal qui a la particularité de résister relativement bien à la corrosion et qui ne réagit ni avec l'eau ni avec les bases et la plupart des acides tandis qu'au contact du dioxygène il se recouvre d'une couche protectrice d'oxyde de vanadium, de formule V2O5. Rarement utilisé pur, le vanadium est, le plus souvent, inclus dans des alliages.
Les ions du vanadium en solution aqueuse
En fonction du pH le vanadium existe sous différentes formes ioniques :
- L'ion vanadium II, de formule V2+, forme un complexe de couleur violette en s'associant à 6 molécules d'eau.
- L'ion vanadium III, de formule V3+, forme un complexe de couleur verte en s'associant à 6 molécules d'eau.
- L'ion oxovanadium VI, de formule VO2+, forme un complexe de couleur bleue en s'associant à 5 molécules d'eau.
- L'ion oxovanadium V, de formule VO3+, forme un complexe de couleur jaune en s'associant à 5 molécules d'eau.
Composés à base de vanadium
Le pentoxyde de vanadium, de formule V2O5, est un oxyde qui se forme naturellement en surface du vanadium métallique lorsque celui-ci réagit avec le dioxygène de l'air.
Isotopes
Des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons
L'élément 23 est un élément chimique possédant 26 isotopes dont le nombre de masse est compris entre 40 et 65.
Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome
Il possède également 5 isomères nucléaires dont un seul est stable, le vanadium 51 qui, à lui seul, représente 99,75% du vanadium existant.
Des isomères nucléaires sont des atomes qui partagent le même noyau mais dans états énergétiques différents. C’est à dire qu’ils comportent un spin et une énergie d’excitation spéciaux. Dans leur état d’énergie le plus bas, on dit qu’ils atteignent l’état fondamental
En plus de ses 5 isomères naturels, le vanadium possède également un radioisotope, le vanadium 50, qui représente 0,25% du vanadium existant. Sa période radioactive est d'ailleurs particulièrement longue, équivalente à 10 millions de fois l'âge de l'univers.
On appelle période radioactive le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux d’un isotope radioactif se désintègre de manière naturelle. Cette période n’est influencée en aucun cas par les conditions de l’environnement, que ce soit la température, la pression ou encore le champ magnétique, elle est propre à l’isotope en question. Statistiquement, on peut dire que la période radioactive est le temps à l’issue duquel le noyau de l’atome a 50 % de chances de s’être désintégré
C'est pour cela que l'on peut dire que le vanadium est un élément monoisotopique mais pas un élément mononucléidique.
On dit d'un élément qu'il est monoisotopique lorsqu'il ne possède qu'un seul isotope stable On dit d’un élément qu’il est mononucléidique lorsque cet élément n’est présent sur Terre que sous la forme d’un seul nucléide, stable ou non.
Utilisations
Le vanadium, dans la plupart de ses utilisations, est un additif pour les aciers ou dans le ferro-vanadium. Un de ses composés, le pentoxyde de vanadium, de formule V2O5, est utilisé quant à lui en tant que catalyseur dans le domaine des céramiques. La couleur bleu vanadium est un pigment composé du métal du même nom.
De nombreux outils en acier chirurgical sont composés de vanadium. On trouve aussi le vanadium associé à l'aluminium et au titane dans certains moteurs de jet.
Toxicité
Le vanadium peut être ingéré par l'organisme par l'intermédiaire de la nourriture tel que l'huile. Lorsqu'il est absorbé dans des proportions trop importantes, des impacts sur la santé sont à attendre. Une surexposition peut d'ailleurs provoquer des bronchites, des pneumonies, des irritations des poumons de la gorge, des yeux ou des cavités nasales. En plus de cela, l'intoxication peut également se manifester sous la forme de :
- Maladies cardiaques et vasculaires
- Altération du système nerveux
- Tremblements et paralysies
- Faiblesse
- Nausées
- Vertiges
Écotoxicité
On dit d’un objet qu’il est écotoxique lorsqu’il est toxique pour l’environnement, c’est-à-dire polluant
Pouvant provoquer des problèmes neurologiques chez les animaux, le vanadium est considéré comme un élément chimique écotoxique. Il peut également provoquer des problèmes respiratoires, des paralysies et des problèmes au niveau du foie et des reins. Des études en laboratoire ont également montré que, sans pour autant provoquer des cancers chez les animaux, le vanadium peut altérer l'ADN dans certains cas. Le vanadium est également un élément reprotoxique puisqu'il est capable de s'accumuler dans le placenta des femelles et provoquer des intoxications chez le foetus.
Si vous désirez une aide personnalisée, contactez dès maintenant l’un de nos professeurs !