Vanadiini

Vanadiinin esiintyminen

Vanadiinia esiintyy paljon luonnosta saatavista malmeista, erilaisissa rikasteissa sekä öljytuotteiden jäännöksissä. Sitä on löydetty yli 50 erilaisesta mineraalista ja se on samalla 21. yleisin alkuaine maankuoressa. Vanadiinia esiintyy keskimäärin 0,15 g/kg, joten sitä on maankuoressa enemmän kuin kuparia tai nikkeliä. Sen runsaasta esiintymisestä huolimatta sitä ei koskaan esiinny puhtaana luonnossa.
Vanadiini esiintyy luonnossa kahdessa isotoopissa. Sen pysyvä isotooppi on ⁵¹V. Vanadiinin toinen isotooppi ⁵⁰V on lievästi radioaktiivinen, koska sen puoliintumisaika on 3,9×10¹⁷ a. Suurin osa vanadiinista on isotoopissa ⁵¹V, joka kattaa noin 99,76 % kaikesta vanadiinista ja loppuosa 0,24 % on isotooppia ⁵⁰V. Luonnossa esiintyvien isotooppien lisäksi vanadiinilla on myös muita radioaktiivisia isotooppeja. Näistä isotoopit ⁴⁸V ja ⁴⁹V ovat pysyvimmät, sillä isotoopin ⁴⁸V puoliintumisaika on 15,97 d ja isotoopin ⁴⁹V 330 d.
Muiden radioaktiivisten isotooppien puoliintumisajat ovat jo todella lyhyitä, sekunnin murto-osista muutamiin minuutteihin. Suurimmalla osalla näistä radioaktiivisista isotoopeista on alle viiden sekunnin puoliintumisajat.

Biologiset ominaisuudet

Ihmisen kehossa on keskimäärin 1 mg vanadiinia. Ihmiselimistön tarvitsema vanadiinimäärä on hyvin pieni, eikä sitä tarvitse ottaa lisäravinteena, sillä sitä tulee riittävästi ravinnosta. Vanadiinin tehtävä elimistössä on edistää kudosten kasvua. Se alentaa myös verensokeria ja osallistuu punaisten verisolujen tuotantoon. Ihminen saa vanadiinia ruoastaan mm. kaloista ja äyriäisistä, juurivihanneksista, maksasta ja oliiviöljystä.
Vanadiinia pidetään ihmiselle myrkyttömänä. Se voi päätyä kehoon lähinnä vatsan kautta. Suurin osa ruoansulatuselimistöön päätyneestä vanadiinista ei kerry elimistöön, vaan poistuu luonnollisen toiminnan kautta. Teollisista käsittelylaitoksista peräisin olevat vanadiinioksidit puolestaan voivat mahdollisesti aiheuttaa myrkyllisiä vaikutuksia, jos niitä hengitetään suuria määriä.
Vanadiini on toiseksi runsain siirtymämetalli merivesissä. Merelliset makrolevät käyttävätkin vanadiinin oksoanioneja, vanadaatteja, hyödyksi halidien peroksidaatioreaktioissa, joissa halidi (X) muutetaan muotoon X⁺. Vanadaatteja esiintyy vanadaatti-riippuvaisten haloperoksidaasien (VHPO) aktiivisissa keskuksissa. VHPO:ta esiintyy myös maaperän sienissä, jäkälissä sekä Streptomysiini-bakteereissa. Näiden haloperoksidaasien biosidiset sekä hapettumisominaisuudet ovat käynnistäneet tutkimukset VHPO:n hyödyntämiseksi lääkinnällisessä sekä teollisessa käytössä.

Käyttö teollisuudessa

Puhdasta, metallista vanadiinia ei juurikaan valmisteta, koska siihen voi helposti muodostua erilaisia epäpuhtauksia. Sen sijaan vanadiinia käytetään erityisesti ferrovanadiiniyhdisteissä, joita puolestaan käytetään lisäaineena teräsmetalliseoksissa. On arvioitu, että ferrovanadiinin valmistaminen vaatii jopa 80–85 % kaikesta tuotetusta vanadiinista. Vanadiinia voi olla teräksessä jopa 5 % ja sen tehtävänä on kasvattaa teräksen lujuutta. Sitä voidaan lisätä myös alumiini- ja titaaniseoksiin lujuusominaisuuksien ja lämmönkeston parantamiseksi. Erityisen vahvuuden ja keveyden takia vanadiiniterästä käytetään muun muassa sotilaallisissa tarkoituksissa.
Vanadiinioksidien (esim. V₂O₅) ja natriummetavanadaatin (NaVO₃) kaltaisia yhdisteitä käytetään lasi- ja keramiikkateollisuudessa erilaisina väri- ja pinnoiteaineina [7]. Vanadiiniyhdisteitä käytetään myös virtausakuissa, joissa niitä käytetään erilaisissa elektrolyyteissä ja elektrodimateriaaleissa. Vanadiiniakkujen etuna pidetään niiden ladattavuutta ja pitkää käyttöikää.
Kemianteollisuudessa vanadiiniyhdisteitä voidaan käyttää myös katalyytteinä. Erityisinä sovelluskohteina mainitaan erilaiset hapetus- ja polymerointiprosessit sekä Friedel–Crafts-reaktiot. Epäorgaanisten vanadiinisuolojen ja koordinoitujen vanadiinikompleksiyhdisteiden käyttöä lääketeollisuudessa on myös tutkittu, esimerkiksi diabeteksen, syövän sekä sydän- ja verisuonitautien hoidossa.