CALM/arwiki huggingface dataset:
يكون الفاناديوم الخماسي في عشاري الفانادات محاطاً بستّ ربيطات من الأكسيد. لا يتشكّل H3VO4 إلّا عند تراكيز منخفضة جدّاً، لأنّ برتنة الأنواع رباعية السطوح من − [H2VO4] تؤدّي إلى تفضيل تشكّل الأنواع ثمانية السطوح من +[VO2(H2O)4]. في الأوساط الحمضية القويّة (pH &lt; 2) تكون السيطرة للنوع الكيميائي +[VO2(H2O)4]؛ وعند ازدياد التركيز يترسّب الأكسيد V2O5 من المحلول. نظرياً ومن الناحية الكيميائية يعدّ أكسيد الفاناديوم الخماسي أكسيداً حمضياً، ويمثّل أنهيدريد .
للفاناديوم الخماسي مقدرة على تشكيل مختلفة، أشهرها الموجود في الموقع النشط لإنزيمات بروموبيروكسيداز. يكون النوع الكيميائي +VO(O)2(H2O)4 مستقرّاً في المحاليل الحمضية. أمّا في الأوساط القاعدية فإنّ الأنواع الحاوية على مجموعات بيروكسيد يتراوح عددها بين 2-4 هي أنواع كيميائية معروفة؛ وفي الحالة الأخيرة، تتشكّل أملاح بنفسجية لها الصيغة العامة M3V(O2)4 nH2O حيث يمثل الرمز M فلزّاً قلويّاً مثل Li أو Na، ويكون فيها الفاناديوم ثمانيّ التناسق.
يعدّ أكسيد الفاناديوم الخماسي (خماسي أكسيد الفاناديوم) V2O5 أهمّ أكاسيد الفاناديوم وأكثر مركّباته أهمّيّةً من الناحية التجارية، إذ يُستخدَم حفّازاً في إنتاج حمض الكبريتيك، وهو تفاعل تُسَخّر فيه مقدرة الفاناديوم على الدخول في تفاعلات الأكسدة والاختزال. من الأكاسيد الأخرى المعروفة للفاناديوم كلّ من أكسيد الفاناديوم الرباعي VO2 وأكسيد الفاناديوم الثلاثي V2O3 وأكسيد الفاناديوم الثنائي VO.
يُعرَف اثنا عشر هاليداً للفاناديوم، وهي تتبع الصيغة العامة VXn، حيث تتراوح قيمة n من 2-5؛ بالمقابل، فإنّ البعض من الهاليدات غير مستقرّة مثل VI4 أو VCl5 أو VBr5 أو VI5. يستخدم كلوريد الفاناديوم الرباعي VCl4 حفّازاً من أجل بلمرة الدايينات. تتّسم هاليدات الفاناديوم بأنّها أحماض لويس قوية، خاصّةً هاليدات الفاناديوم الرباعي والخماسي. كما يستطيع العديد من تلك الهاليدات أن يشكّل معقّدات تناسقية ذات الصيغة العامّة VX"n"L6−"n"، حيث تمثّل X الهالوجين و L ربيطة أخرى.
إنّ الكثير من الهاليدات الأكسجينية هي مركّبات معروفة، وهي تتبع الصيغة العامة VOmXn؛ وأكثر تلك المركّبات دراسةً هما مركّبا أوكسي ثلاثي فلوريد الفاناديوم VOF3 وأوكسي ثلاثي كلوريد الفاناديوم VOCl3، واللذان يمتلكان خواصّاً شبيهةً بمركّب POCl3 من حيث التطايرية والبنية رباعية السطوح، وبكونهما من أحماض لويس.
المعقدات التناسقية.
يشكّل الفاناديوم العديد من المعقّدات التناسقية بحالات أكسدة مختلفة. إنّ أيون الفاناديوم كبير نسبياً، ولبعض معقّدات الفاناديوم التناسقية أعداد تناسقية أكبر من 6، كما هو الحال في المعقّد 4−[V(CN)7] (سباعي كربونيل الفاناديوم الثلاثي). يهيمن وجود مركز من أيون الفاناديل 2+VO على الكيمياء التناسقية للفاناديوم الرباعي، والذي يقوم بالارتباط مع أربع ربيطات أخرى بشكلٍ قويّ، في حين أنّ الارتباط يكون ضعيفاً مع الربيطة الخامسة، والتي تكون متعامدة فراغياً مع مستوي مركز الفاناديل. من الأمثلة على ذلك معقّد أسيتيل أسيتونات الفاناديل VO(O2C5H7)2، والذي يكون فيه الفاناديوم خماسي التناسق، ذا بنيةٍ هرمية مربّعة، ممّا يعني أنّ ربيطةً خامسةً، مثل البيريدين، يمكن لها أن ترتبط بمركز الفاناديوم؛ على الرغم من أنّ ثابت الترابط يكون فيها ضعيفاً. يكون للعديد من معقّدات الفاناديل خماسية التناسق بنية جزيئية هرمية مزدوجة ثلاثية، مثلما هو الحال في معقّد VOCl2(N(CH3)3)2.
تصف كيمياء الفاناديوم العضوية المركّبات العضوية الحاوية على الرابطة الكيميائية V-C بين الفاناديوم والكربون. ولمركّبات الفاناديوم العضوية أهمّيّة صناعية، إذ تُستخدَم ضمن الحفّازات في مجال كيمياء البوليميرات. ومن الأمثلة عليها ثنائي كلوريد الفانادوسين، والذي له تطبيقات في الكيمياء العضوية؛ وسداسي كربونيل الفاناديوم V(CO)6، وهو من الأمثلة النادرة على الكربونيلات الفلزّية ذات المغناطيسية المسايرة. يؤدّي اختزال المركّب الأخير إلى الحصول على أيون −V(CO)6 المتساوي إلكترونياً مع سداسي كربونيل الكروم Cr(CO)6؛ ويمكن لذاك الأيون أن يُختزَل بشكلٍ أبعدَ من ذلك باستخدام الصوديوم في الأمونيا السائلة للحصول على أيون 3−V(CO)5 المتساوي إلكترونياً مع خماسي كربونيل الحديد Fe(CO)5.
يعطي اختبار اللهب التقليدي لأيونات الفاناديوم لون أصفر باهت، لذلك فإنّه في هذه الحالة يعدّ اختباراً غير انتقائي. يعتمد التحليل النوعي للفاناديوم على تشكيل أيونات ، ولذلك الغرض يضاف محلول حمضي حاوٍ على أيونات الفاناديوم الخماسي إلى كمّيّة قليلة من بيروكسيد الهيدروجين، وبذلك تتشكّل أيونات 3+[V(O2)] ذات اللون الأحمر البنّي المميز. عند وجود كمّيّات أكبر من بيروكسيد الهيدروجين يتشكّل H3[VO2(O2)2]، ذو اللون الأصفر الباهت.
يمكن الكشف عن الفاناديوم كمياً باستخدام المعايرة. من أجل ذلك الغرض يؤكسَد محلول الفاناديوم والمُحَمَّض بحمض الكبريتيك بواسطة بيرمنغنات البوتاسيوم إلى الفاناديوم الخماسي؛ ثم تجرى معايرة رجعية باستخدام كبريتات الحديد الثنائي، وبوجود ثنائي فينيل الأمين مؤشّراً لونياً؛ كما يمكن أن تجرى المعايرة بأسلوب المعايرة الجهدية. تجرى حديثاً عمليّات التحليل الكمّي للفاناديوم باستخدام طرق مطيافية، مثل مطيافية الامتصاص الذرّي أو مطيافية الأشعّة المرئية وفوق البنفسجية.
للفاناديوم دورٌ حيويٌ مهمّ في الموائل البحرية. يساهم وجود الفاناديوم في التربة في القيام بعمليّة التركيب الضوئي لدى النباتات، خاصّةً في تشكيل الكلوروفيل؛ كما وُجدَ أنّ لنقص الفاناديوم تأثير على نموّ الجرذان؛ ولكن لا يوجد له دورٌ حيويٌ بالنسبة للإنسان، إذ لم تصنّفه الأكاديمية الوطنية للطبّ في الولايات المتّحدة الأمريكية ضمن المغذّيات الأساسية للبشر، ولم تضع له توصيات بالنسبة لمقادير التناول. إلّا أنّ الأكاديمية الوطنية الأمريكية اللعلوم وضعت الحدّ الأقصى للمدخول المقبول بمقدار 1.8 مغ/اليوم.
يحوي عددٌ من الكائنات البحرية مثل الطحالب على إنزيمات بروموبيروكسيداز الفاناديوم، ممّا يمكّنها من إنتاج الكثير من مركّبات البروم العضوية طبيعياً؛ إذ يُنتَج على سبيل المثال سنوياً ما يقدّر بحوالي 1-2 مليون طنّ من البروموفورم، و56 ألف طن من برومو الميثان في مياه البحار والمحيطات.
في جانبٍ آخر، يُستخدَم من بعض الكائنات الحيّة القادرة على تثبيت النتروجين، مثل البكتريا الآزوتية ، إذ يحلّ الفاناديوم فيها مكان الموليبدنوم أو الحديد، ممّا يمنح الإنزيم خواصّاً مختلفةً قليلاً.
يعدّ الفاناديوم أساسياً لشُعَيبة من الكائنات البحرية يدعى «الغِلاليّات» ، وخاصّةً في نوع الكِيسِيّات منها؛ إذ يُخَزّن في الفجوات العصارية داخل أنواعٍ خاصّةٍ من خلايا الدمّ؛ والتي يوجد فيها نوع من البروتينات الفلزّية الحاوية على الفاناديوم، وذلك بتراكيز أكبر بكثير من الوسط المحيط؛ إذ يحوي ماء البحر عادةً على تراكيز من الفاناديوم تتراوح بين 1-2 ميكروغرام/الليتر. لا يزال الدور الحيوي الذي يقوم به الفاناديوم في تلك الكائنات البحرية غير مفهوماً بالشكل الكامل.
اكتُشِفَ أنّ بعض أنواع الفطور مثل فطر أمانيت الذباب قادرٌ أيضاً على تخزين الفاناديوم، فهو حاوٍ على أنيون ، وهو معقّد تناسقي يحوي على الفاناديوم في مركزه. ولا يزال الدور الحيوي للفاناديوم داخل تلك الفطور مبهماً أيضاً؛ وهي لا تزال موضع دراسةٍ وبحث.
هناك أبحاثٌ جاريةٌ تقوم بدراسات على احتمالية استخدام مركّب كبريتات الفاناديل مكمّلاً غذائياً من أجل التقليل من مقاومة الإنسولين وتحسين ضبط السكري عند الأشخاص المصابين بذلك المرض؛ إلّا أنّه لا يوجد ما يدعم تلك الدراسات، خاصّةً أنّ الكمّيّة المستخدمة في تلك الدراسات (30-150 مغ) تفوق الحدّ الأقصى الآمن لاستخدام الفاناديوم؛ بالتالي لم تُمنَح التراخيص اللازمة لاستخدام الفاناديوم لذلك الغرض. في مجالٍ آخر، اقتُرِحَ في علم الأحياء الفلكي أن تجمّعات الفاناديوم المكتَشفة على كوكب المريخ، وبالتوافق مع نتائج مطيافية رامان، قد تكون ذات بصمة حيوية ميكروبية.
إنّ حوالي 85% من الفاناديوم المنتَج يجدُ له استخداماً في صناعة سبائك الفولاذ، وخاصّةً على شكل «». يضفي وجود كمّيّاتٍ ضئيلةٍ من الفاناديوم في سبائك الفولاذ خواصّاً إضافيةً من حيث الزيادة في المتانة، وذلك يعود أنّ الفاناديوم يشكّل كربيدات ونتريدات مستقرّة، تدعم من متانة الفولاذ. عُرِفَت خاصّية تحسين متانة الفولاذ عبر إضافة الفاناديوم منذ أوائل القرن العشرين؛ ومنذ ذلك الحين دخل فولاذ الفاناديوم في عددٍ من التطبيقات المتنوّعة، مثل صناعة هياكل الدرّاجات الهوائية ومحاور الدوران ومكوّنات عمود المرفق والتروس وقطع أخرى مهمّة في المرْكبات.
يوجد هناك نوعان من سبائك فولاذ الفاناديوم حسب محتوى هذا العنصر فيها، والتي تنقسم إلى سبائك فولاذ الفاناديوم مرتفعة المحتوى الكربوني، والتي تحوي نسبة من الفاناديوم تتراوح بين 0.15% إلى 0.25%؛ وإلى سبائك فولاذ القطع السريع ، والتي تحوي نسبة من الفاناديوم تتراوح بين 1% إلى 5%. يعدّ الصنف الأخير من أنواع فولاذ الأدوات والمستخدَم في صناعة مواد أدوات القطع؛ ويلزم لسبائك فولاذ القطع السريع أن تكون فيها الصلادة وفق اختبار روكويل أعلى من 60. يُستخدَم فولاذ القطع السريع في صناعة الأدوات الجراحية وأدوات العدد الصناعية. يضاف الفاناديوم على هيئة كربيد بنسبة تصل إلى 18% إلى سبائك المساحيق، ممّا يرفع من مقاومتها ضد الاهتراء بشكلٍ كبير؛ وتُستخدَم تلك السبائك في صناعة أدوات العدد الصناعية وفي صناعة أنصال السكاكين.
يعمل الفاناديوم على تثبيت الشكل بيتّا من التيتانيوم، كما يزيد من المتانة والثباتية الحرارية لذلك الفلز؛ وتعدّ سبيكة التيتانيوم الحاوية على 2.5% من الفاناديوم من الخيارات الممتازة في صناعة معدّات صناعة الفضاء والطيران، وفي صناعة المعدّات العسكرية، بالإضافة إلى صناعة مكوّنات الدرّاجات الهوائية. وعندما يُمزَج الفاناديوم مع الألومنيوم في سبائك التيتانيوم، فإنّ تلك السبائك تُستخدَم في صناعة المحرّكات النفاثة وهياكل الطائرات، وفي تركيب زَرْعات الأسنان؛ ومن الأمثلة الشائعة عليها سبيكة Ti-6Al-4V، وهي سبيكةٌ للتيتانيوم حاويةٌ على 6% ألومنيوم و4% فاناديوم.
تبدي العديد من سبائك الفاناديوم خواصّاً موصلية فائقة؛ وكانت أوّل مادّة مطوَّرة ذات موصلية فائقة من أطوار A15 تابعةً لمركّب V3Si المكتَشف سنة 1952. يُستخدَم شريطٌ من سبيكة فاناديوم-غاليوم في صناعة المغانط ذات الموصلية الفائقة (17.5 تسلا أو 175,000 غاوس)؛ وتكون بنية أطوار A15 من V3Ga مشابهةً للبنى المصنوعة من النيوبيوم، مثل Nb3Sn أو Nb3Ti الأكثر شيوعاً. وُجِدَ أنّ إضافة كمّيّاتٍ نزرةٍ من الفاناديوم إلى الفولاذ الهندواني ( ) تحسّن بشكلٍ كبيرٍ من المتانة، وتضفي عليه نمطاً ظاهرياً مميّزاً من الزخرفة؛ ولا يزال مصدر الفاناديوم في عيّنات الفولاذ الهندواني الأصلية، والمستخدمة في الماضي في صناعة الفولاذ الدمشقي، غير معروفاً.
تُستخدَم مركبات الفاناديوم بشكلٍ كبيرٍ في مجال التحفيز؛ وأكثرها أهميّةً هو أكسيد الفاناديوم الخماسي (خماسي أكسيد الفاناديوم V2O5) المستخدم حفّازاً في إنتاج حمض الكبريتيك وفق عملية التماس. وفي هذه العملية تتغيّر حالة أكسدة ذرّة الكبريت من +4 إلى +6 (تفاعل أكسدة)، أمّا حالة أكسدة ذرّة الفاناديوم فتتغيّر من +5 إلى +4 (تفاعل اختزال) وفق التفاعل التالي:
ويعاد تدوير الحفّاز بالأكسدة بأكسجين الهواء:
وفي النهاية يتأكسد في العملية ثنائي أكسيد الكبريت إلى ثلاثي أكسيد الكبريت. بشكلٍ مماثلٍ يُستخدَم خماسي أكسيد الفاناديوم في إنتاج أنهيدريد المالييك وأنهيدريد الفثاليك والعديد من المركّبات العضوية الأخرى، بأسلوبٍ يوافق مبادئ الكيمياء الخضراء من حيث تحويل مواد أوّليّة رخيصة الثمن إلى مركّبات وسيطة مهمّة متنوّعة الاستخدام. كما يعدّ الفاناديوم مكوّناً مهمّاً في مزيجٍ من الأكاسيد الفلزّية المستخدَمة كحفّازات في أكسدة البروبان والبروبيلين إلى أكرولين أو حمض الأكريليك؛ أو بالأكسدة الأمونية للبروبيلين إلى أكريلونتريل. يساعد تغيّر حالة أكسدة الفاناديوم في إنجاز تلك العمليّات، وبشكلٍ يعاد فيه تدوير الحفّاز بشكل سهل نسبياً.
يُستخدَم أكسيد الفاناديوم الرباعي (ثنائي أكسيد الفاناديوم VO2) في إنتاج مواد تغطية الزجاج، والتي تساهم في حجب الأشعّة تحت الحمراء وبشكل يسمح للضوء المرئي بالعبور، وذلك عند درجات حرارة محدّدة. كما يضاف أكسيد الفاناديوم بكمّيّات قليلة إلى السامور للحصول على ألوان تشابه ألوان مجوهرات الألكسندريت. يُستخدَم خماسي أكسيد الفاناديوم في صناعة الخزف والسيراميك. في جانبٍ آخر، يمكن أن تُستخدَم أيونات الفانادات من أجل وقاية الفولاذ ضد التآكل أو الصدأ عن طريق عمليات التغطية التحويلية. كما تُستخدَم رقائق الفاناديوم في عمليات إكساء التيتانيوم على الفولاذ، لأنها متوافقة كيميائياً مع الحديد والتيتانيوم.
تعدّ بطارية الفاناديوم، والمستخدمة تجارياً من أجل تخزين طاقة الشبكات، نوعاً من بطّاريات التدفق؛ وهي خلية كهركيميائية تتألّف من محلول مائي من أيونات الفاناديوم في حالات أكسدة مختلفة. كما يُقترَح إشراك الفاناديوم مع الليثيوم في تركيب الأقطاب الكهربائية في عددٍ من خلايا أيون الليثيوم الكهربائية. بما أنّ المقطع العرضي الحراري لالتقاط النيوترون متوسّط القيمة نسبياً، وبسبب قصر عمر النصف النسبي لنظائر الفاناديوم المشعّة المتشكّلة عند التقاط النيوترونات، فلذلك يعدّ الفاناديوم مادةً مناسبةً من أجل تبطين مفاعلات الاندماج النووي.
وُجدَ أنّ لمركّب كبريتات الفاناديل VOSO4 رباعي التكافؤ تأثيرٌ سمّيٌّ أكبر بحوالي 5 أضعاف من أكسيد الفاناديوم الثلاثي V2O3؛ كما بيّنت دراسة أنّ الفاناديوم الخماسي ذو تأثير مسرطن على الجرذان والفئران، إلّا أنّ تلك الدراسة كانت موضعَ جدلٍ، خاصّةً أنّ وكالة حماية البيئة الأمريكية لم تدرج الفاناديوم ضمن المسرطنات. بالرغم من ذلك، فإنّ مؤسسة البحوث الألمانية صنّفت الفاناديوم ومركّباته اللاعضوية ضمن المسرطنات. وضعت إدارة السلامة والصحّة المهنية الأمريكية حدّ التعرّض من غبار خماسي أكسيد الفاناديوم بمقدار 0.05 مغ/م3؛ وبمقدار 0.1 مغ/ م3 لأبخرته في جوّ مكان العمل، وذلك بالنسبة لوقت عمل يتألّف من ثمانِ ساعاتٍ يوميّاً، ما يعادل 40 ساعة في الأسبوع. أمّا المعهد الوطني للسلامة والصحّة المهنية فأوصى بأنّ التعرّض للفاناديوم بمقدار 35 مغ/م3 يعدّ ذا خطورةٍ فوريةٍ للحياة أو الصحّة. وجدت التجارب على الجرذان أنّ استنشاق الفاناديوم ومركّباته يؤدّي إلى حدوث تأثيرات ضارّة على الجهاز التنفسّي؛ وكذلك على حالة الدمّ؛ والكبد؛ والجهاز العصبي؛ بالإضافة إلى أعضاء وأجهزة أخرى.
يعدّ وجود آثارٍ من الفاناديوم ضمن وقود الديزل من المسبّبات الرئيسية لحدوث التآكل في درجات الحرارة المرتفعة؛ إذ أثناء احتراق الوقود يتأكسد الفاناديوم ويتفاعل مع آثار من الصوديوم والكبريت ليعطي مركّبات الفانادات، والتي لها نقطة انصهار منخفضة نسبياً، تصل إلى قيمة دنيا تقارب 530 °س؛ ممّا يؤدّي إلى تشكيل نقطة ضعف في نظام تخميل الفولاذ، ممّا يجعله عرضةً للتآكل.
المنغنيز عنصرٌ كيميائي رمزه Mn وعدده الذرّي 25، وهو ينتمي إلى عناصر المستوى الفرعي d ويقع على رأس عناصر المجموعة السابعة في الجدول الدوري؛ ويصنّف كيميائياً ضمن الفلزّات الانتقالية. المنغنيز فلزٌّ صلدٌ مساميّ ذو لون رمادي فضّي؛ وهو يوجد في الطبيعة في العديد من المعادن، وعلى الأغلب مرافقاً للحديد. كان يوهان غوتليب غان من الرائدين في اكتشاف هذا العنصر، إذ تمكّن سنة 1774 من عزله بشكله الحرّ باختزال أكسيده بالكربون (الفحم)؛ وهناك صلة وصلٍ بين تسميته على هذا الشكل وبين تسمية عنصر المغنيسيوم، وكذلك بين تسمية معدن المغنيتيت (حجر المغناطيس).
يدخل المنغنيز في العديد من التطبيقات، وأهمّها استخدامه مكوّناً في السبائك، وخاصّةً على شكل سبيكة فرّومنغنيز في صناعة الفولاذ المقاوم للصدأ. يحسّن المنغنيز عند إضافته للسبائك من المتانة، ومن قابلية التصنيع ومقاومة الاهتراء. لمركّبات المنغنيز أيضاً تطبيقات واسعة، إذ يعدّ ثنائي أكسيد المنغنيز من المؤكسدات القويّة، ولذلك يدخل في تركيب البطّاريات القلوية؛ كما يُستخدَم أيضاً في صناعة الزجاج والخزف والسيراميك.
للمنغنيز دورٌ حيويٌّ مهمٌّ في عملية التركيب الضوئي، إذ يساهم مع الكالسيوم في تكوين معقّدٍ عنقوديّ ضروريّ من أجل أكسدة الماء إلى الأكسجين. يعدّ المنغنيز من المغذّيات الأساسية، فهو يساهم في استقلاب المغذّيات الكبرى، وفي تشكّل العظام، وفي دعم جهاز المناعة ضد الجذور الكيميائية الحرّة؛ كما أن وجوده ضروري لعمل عددٍ من البروتينات، ويوجد في المواقع النشطة لبعض الإنزيمات. يتركّز وجود المنغنيز في جسم الإنسان في العظام وفي الكبد والكليتين؛ كما يرتيط هذا العنصر مع البروتينات الفلزّية، مثل الإنزيم المخلّق للغلوتامين، في الخلايا النجمية في الدماغ البشري.