Vanadium

Vanadium adalah sebuah unsur kimia dengan lambang V dan nomor atom 23. Ia adalah sebuah logam transisi yang keras, berwarna abu-abu keperakan, dan dapat ditempa. Vanadium elemental jarang ditemukan di alam, tetapi setelah diisolasi secara artifisial, pembentukan lapisan oksida (pasivasi) lumayan dapat menstabilkan logam bebas ini terhadap oksidasi lebih lanjut.

Pada tahun 1801, ilmuwan Spanyol-Meksiko Andrés M. del Río menemukan senyawa vanadium dengan menganalisis mineral pengandung timbal baru yang disebutnya "timbal cokelat". Meskipun awalnya dia menganggap bahwa kualitasnya disebabkan oleh adanya sebuah unsur baru, dia kemudian diyakinkan secara keliru oleh ahli kimia Prancis Hippolyte V. Collet-Descotils bahwa unsur tersebut hanyalah kromium. Kemudian pada tahun 1830, Nils G. Sefström menghasilkan beberapa klorida vanadium, sehingga membuktikan adanya sebuah unsur baru, dan menamainya "vanadium" dari dewi kecantikan dan kesuburan Skandinavia, Vanadís (Freyja). Nama itu didasarkan pada berbagai macam warna yang ditemukan dalam senyawa vanadium. Mineral timbal Del Rio akhirnya dinamai vanadinit karena kandungan vanadiumnya. Pada tahun 1867, Henry E. Roscoe memperoleh vanadium murni.

Vanadium terjadi secara alami di sekitar 65 deposit bahan bakar fosil dan mineral. Ia diproduksi di Tiongkok dan Rusia dari terak pelebur baja. Negara lain memproduksinya baik dari magnetit secara langsung, debu cerobong dari minyak berat, atau sebagai produk sampingan dari penambangan uranium. Ia digunakan terutama untuk menghasilkan paduan baja khusus seperti baja perkakas berkecepatan tinggi, dan beberapa paduan aluminium. Senyawa vanadium industri yang paling penting, vanadium pentoksida, digunakan sebagai katalis untuk produksi asam sulfat. Baterai redoks vanadium untuk penyimpanan energi dapat menjadi aplikasi penting di masa depan.

Sejumlah besar ion vanadium ditemukan di beberapa organisme, mungkin sebagai racun. Oksida dan beberapa garam vanadium lainnya memiliki toksisitas sedang. Khususnya di laut, vanadium digunakan oleh beberapa bentuk kehidupan sebagai pusat aktif enzim, seperti vanadium bromoperoksidase dari beberapa alga laut.

Sejarah
Vanadium ditemukan di Meksiko pada tahun 1801 oleh ahli mineral Spanyol Andrés M. del Río. Del Río mengekstrak unsur ini dari sampel bijih "timbal cokelat" Meksiko, yang kemudian dinamai vanadinit. Dia menemukan bahwa garam unsur itu menunjukkan variasi warna yang luas, dan sebagai hasilnya, dia menamai unsur itu dengan pankromium (Yunani: παγχρώμιο "semua warna"). Kemudian, del Río mengganti nama unsur itu menjadi eritronium (Yunani: ερυθρός "merah") karena sebagian besar garamnya berubah menjadi merah saat dipanaskan. Pada tahun 1805, kimiawan Prancis Hippolyte V. Collet-Descotils, didukung oleh teman del Río, Baron Alexander von Humboldt, secara keliru menyatakan bahwa unsur baru del Río adalah sampel kromium yang tidak murni. Del Río menerima pernyataan Collet-Descotils dan mencabut klaimnya.

Pada tahun 1831, kimiawan Swedia Nils G. Sefström menemukan kembali unsur itu dalam oksida baru yang dia temukan saat bekerja dengan bijih besi. Di tahun yang sama, Friedrich Wöhler menegaskan bahwa unsur itu identik dengan yang ditemukan oleh del Río sehingga membenarkan klaim del Río sebelumnya. Sefström memilih nama yang diawali dengan V, yang belum ditetapkan pada unsur mana pun. Dia menamai unsur itu dengan vanadium dari bahasa Nordik Kuno Vanadís (nama lain untuk dewi Vanir Nordik, Freyja, di mana atributnya meliputi keindahan dan kesuburan), karena banyak senyawa kimia berwarna indah yang dihasilkan oleh unsur tersebut. Setelah mempelajari temuan Wöhler, del Río mulai berargumen dengan penuh semangat agar klaim lamanya diakui, tetapi unsur tersebut tetap menggunakan nama vanadium. Pada tahun 1831, ahli geologi George W. Featherstonhaugh menyarankan agar nama vanadium diganti menjadi "rionium" dari del Río, tetapi saran ini tidak diikuti.

Karena vanadium biasanya ditemukan berkombinasi dengan unsur lain, isolasi logam vanadium menjadi sulit. Pada tahun 1831, Jöns J. Berzelius melaporkan produksi logam tersebut, tetapi Henry E. Roscoe menunjukkan bahwa Berzelius telah menghasilkan nitridanya, vanadium nitrida (VN). Roscoe akhirnya memroduksi logam tersebut pada tahun 1867 melalui reduksi vanadium(II) klorida, VCl2, dengan hidrogen. Pada tahun 1927, vanadium murni diproduksi dengan mereduksi vanadium pentoksida dengan kalsium.

Penggunaan vanadium industri skala besar pertama terdapat pada sasis paduan baja Ford Model T, yang terinspirasi oleh mobil balap Prancis. Baja vanadium memungkinkan pengurangan berat sambil meningkatkan kekuatan tarik (sekitar tahun 1905). Selama dekade pertama abad ke-20, sebagian besar bijih vanadium ditambang oleh Perusahaan Vanadium Amerika dari Minas Ragra di Peru. Kemudian, permintaan uranium meningkat, menyebabkan peningkatan penambangan bijih logam tersebut. Salah satu bijih uranium utama adalah karnotit, yang juga mengandung vanadium. Dengan demikian, vanadium tersedia sebagai produk sampingan dari produksi uranium. Akhirnya, penambangan uranium mulai memasok sebagian besar permintaan vanadium.

Pada tahun 1911, kimiawan Jerman Martin Henze menemukan vanadium dalam protein hemovanadin yang ditemukan dalam sel darah (atau sel selom) Ascidiacea.

Karakteristik

Vanadium adalah sebuah logam berwarna baja-biru yang cukup keras dan ulet. Ia bersifat konduktif secara elektrik dan menginsulasi secara termal. Vanadium biasanya digambarkan "lunak", karena ia ulet, dapat ditempa, dan tidak rapuh. Vanadium lebih keras daripada kebanyakan logam dan baja (lihat Kekerasan unsur kimia (halaman data) dan besi). Ia memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi serta stabil terhadap alkali dan asam sulfat dan klorida. Ia akan teroksidasi di udara pada suhu sekitar 933 K (660 °C, 1220 °F), meskipun sebuah lapisan pasivasi oksida akan terbentuk bahkan pada suhu kamar.

Isotop

Vanadium alami terdiri dari satu isotop stabil, 51V, dan satu isotop radioaktif, 50V. 50V memiliki waktu paruh 1,5 tahun dan kelimpahan alami 0,25%. 51V memiliki spin inti , yang berguna untuk digunakan dalam spektroskopi NMR. 24 radioisotop radioisotop buatan telah dikarakterisasi, mulai dari nomor massa 40 hingga 65. Isotop yang paling stabil adalah 49V dengan waktu paruh 330 hari, dan 48V dengan waktu paruh 16,0 hari. Isotop radioaktif yang tersisa memiliki waktu paruh lebih pendek dari satu jam, sebagian besar di bawah 10 detik. Setidaknya empat isotop memiliki keadaan tereksitasi metastabil. Penangkapan elektron adalah mode peluruhan utama untuk isotop yang lebih ringan dari 51V. Untuk yang lebih berat, mode yang paling umum adalah peluruhan beta. Reaksi penangkapan elektron mengarah pada pembentukan isotop unsur (titanium), sedangkan peluruhan beta mengarah pada pembentukan isotop unsur 24 (kromium).

Senyawa

Sifat kimia vanadium dianggap tidak biasa karena aksesibilitasnya terhadap empat keadaan oksidasi yang berdekatan, 2–5. Dalam sebuah larutan berair, vanadium akan membentuk kompleks akuo logam yang memiliki warna lila ([V(H2O)6]2+), hijau ([V(H2O)6]3+), biru ([VO(H2O)5]2+), kuning-oranye ([VO(H2O)5]3+), rumus yang bergantung pada pH. Senyawa vanadium(II) adalah zat pereduksi, dan senyawa vanadium(V) adalah zat pengoksidasi. Senyawa vanadium(IV) sering eksis sebagai turunan vanadil, yang mengandung pusat VO2+.

Amonium vanadat(V) (NH4VO3) dapat direduksi berturut-turut dengan seng elemental untuk mendapatkan warna vanadium yang berbeda dalam empat keadaan oksidasi ini. Keadaan oksidasi yang lebih rendah terjadi pada senyawa seperti V(CO)6, , dan turunan tersubstitusi.

Vanadium pentoksida adalah sebuah katalis yang penting secara komersial untuk produksi asam sulfat, reaksi yang mengeksploitasi kemampuan vanadium oksida untuk menjalani reaksi redoks.

Baterai redoks vanadium menggunakan keempat keadaan oksidasinya: satu elektroda menggunakan pasangan +5/+4 dan elektroda lainnya menggunakan pasangan +3/+2. Konversi keadaan oksidasi ini diilustrasikan dengan reduksi larutan asam kuat dari senyawa vanadium(V) dengan debu atau amalgam seng. Ciri warna kuning awal ion pervanadil [VO2(H2O)4]+ diganti dengan warna biru dari [VO(H2O)5]2+, diikuti dengan warna hijau dari [V(H2O)6]3+ dan kemudian warna lembayung dari [V(H2O)6]2+.

Oksianion

Dalam sebuah larutan berair, vanadium(V) akan membentuk keluarga oksianion yang luas sebagaimana yang ditetapkan oleh spektroskopi NMR 51V. Keterkaitan dalam keluarga ini dijelaskan melalui diagram dominasi, yang menunjukkan setidaknya 11 spesies, tergantung pada pH dan konsentrasi. Ion ortovanadat tetrahedron, , adalah spesies utama yang ada pada pH 12–14. Memiliki ukuran dan muatan yang sama dengan fosforus(V), vanadium(V) juga sejajar dengan sifat kimia dan kristalografinya. Ortovanadat V digunakan dalam kristalografi protein untuk mempelajari biokimia fosfat. Selain itu, anion ini juga telah terbukti berinteraksi dengan aktivitas beberapa enzim tertentu. Tetratiovanadat [VS4]3− analog dengan ion ortovanadat.

Pada nilai pH yang lebih rendah, monomer [HVO4]2− dan dimer [V2O7]4− terbentuk, dengan monomer akan lebih mendominasi pada konsentrasi vanadium kurang dari sekitar 10−2M (pV > 2, di mana pV sama dengan nilai minus dari logaritma konsentrasi total vanadium/M). Pembentukan ion divanadat analog dengan pembentukan ion dikromat. Saat pH berkurang, terjadi protonasi dan kondensasi lebih lanjut menjadi polivanadat: pada pH 4–6, [H2VO4]− akan lebih mendominasi pada pV lebih besar dari sekitar 4, sedangkan pada konsentrasi yang lebih tinggi, trimer dan tetramer akan terbentuk. Antara pH 2–4, dekavanadat akan mendominasi, pembentukannya dari ortovanadat diwakili oleh reaksi kondensasi ini:
10 [VO4]3− + 24 H+ → [V10O28]6− + 12 H2O

Dalam dekavanadat, setiap pusat V(V) dikelilingi oleh enam ligan oksida. Asam vanadat, H3VO4, hanya eksis pada konsentrasi yang sangat rendah karena protonasi spesies tetrahedron [H2VO4]− menghasilkan pembentukan preferensial spesies oktahedron [VO2(H2O)4]+. Dalam larutan asam kuat, pH < 2, [VO2(H2O)4]+ adalah spesies yang dominan, sedangkan oksida V2O5 mengendap dari larutan pada konsentrasi tinggi. Oksida itu secara formal adalah anhidrida asam dari asam vanadat. Struktur dari banyak senyawa vanadat telah ditentukan melalui kristalografi sinar-X.

Vanadium(V) membentuk berbagai kompleks perokso, terutama di tempat aktif enzim bromoperoksidase yang mengandung vanadium. Spesies VO(O2)(H2O)4+ stabil dalam larutan asam. Dalam larutan basa, spesies dengan gugus peroksida 2, 3, dan 4 telah diketahui; yang terakhir membentuk garam lembayung dengan rumus M3V(O2)4 nH2O (M= Li, Na, dll.), di mana vanadium memiliki struktur dodekahedron 8 koordinat.

Turunan halida
Dua belas halida biner, senyawa dengan rumus VXn (n=2..5), telah diketahui. VI4, VCl5, VBr5, dan VI5 tidaklah ada atau sangat tidak stabil. Dalam kombinasi dengan reagen lain, VCl4 digunakan sebagai katalis untuk polimerisasi diena. Seperti semua halida biner, vanadium halida bersifat asam Lewis, terutama yang dari V(IV) dan V(V). Banyak vanadium halida membentuk kompleks oktahedron dengan rumus VXnL6−n (X= halida; L= ligan lainnya).

Telah banyak vanadium oksihalida (rumus VOmXn) yang diketahui. Oksitriklorida dan oksitrifluorida (VOCl3 dan VOF3) adalah yang paling banyak dipelajari. Mirip dengan POCl3, mereka bersifat volatil, mengadopsi struktur tetrahedron dalam fase gas, dan bersifat asam Lewis.

Senyawa koordinasi

Kompleks vanadium(II) dan (III) relatif lengai terhadap pertukaran dan merupakan reduktor. V(IV) dan V(V) adalah oksidator. Ion vanadium berukuran agak besar dan beberapa kompleks dapat mencapai bilangan koordinasi lebih besar dari 6, seperti halnya pada [V(CN)7]4−. Oksovanadium(V) juga membentuk kompleks koordinasi 7-koordinat dengan ligan tetradentat dan peroksida, dan kompleks-kompleks ini digunakan untuk brominasi oksidatif dan oksidasi tioeter. Kimia koordinasi V4+ didominasi oleh pusat vanadil, VO2+, yang mengikat empat ligan lain dengan kuat dan satu ligan dengan lemah (satu trans ke pusat vanadil). Salah satu contohnya adalah vanadil asetilasetonat (V(O)(O2C5H7)2). Dalam kompleks ini, vanadium adalah 5-koordinat, berbentuk piramida persegi terdistorsi, yang berarti bahwa ligan keenam, seperti piridin, dapat terikat, meskipun konstanta asosiasi dari proses ini kecil. Banyak dari kompleks vanadil 5-koordinat memiliki geometri bipiramida segitiga, seperti VOCl2(NMe3)2. Kimia koordinasi V5+ didominasi oleh kompleks koordinasi dioksovanadium yang relatif stabil yang sering terbentuk oleh oksidasi udara dari prekursor vanadium(IV) yang menunjukkan stabilitas keadaan oksidasi +5 dan kemudahan interkonversi antara keadaan +4 dan +5.

Senyawa organologam

Kimia organologam vanadium telah berkembangdengan baik. Vanadosena diklorida adalah sebuah reagen awal yang serbaguna dan memiliki aplikasi dalam kimia organik. Vanadium karbonil, V(CO)6, adalah salah satu contoh langka dari karbonil logam paramagnetik. Reduksi akan menghasilkan V (isoelektronik dengan Cr(CO)6), yang dapat direduksi lebih lanjut dengan natrium dalam amonia cair untuk menghasilkan V (isoelektronik dengan Fe(CO)5).

Keterjadian

Vanadium adalah unsur paling melimpah ke-20 di kerak Bumi; vanadium metalik jarang terjadi di alam (dikenal sebagai vanadium asli), tetapi senyawa vanadium terjadi secara alami di sekitar 65 mineral yang berbeda.

Pada awal abad ke-20, sejumlah besar bijih vanadium ditemukan di tambang vanadium Minas Ragra dekat Junín, Cerro de Pasco, Peru. Selama beberapa tahun, deposit patrónit (VS4) ini merupakan sumber bijih vanadium yang signifikan secara ekonomi. Pada tahun 1920, kira-kira dua pertiga dari produksi vanadium dunia dipasok oleh tambang di Peru. Dengan produksi uranium pada tahun 1910-an dan 1920-an dari karnotit (), vanadium tersedia sebagai produk sampingan dari produksi uranium. Vanadinit () dan mineral pengandung vanadium lainnya hanya ditambang dalam kasus tidak biasa. Dengan meningkatnya permintaan, sebagian besar produksi vanadium dunia sekarang bersumber dari magnetit pengandung vanadium yang ditemukan di badan gabro ultramafik. Jika titanomagnetit ini digunakan untuk menghasilkan besi, sebagian besar vanadium masuk ke dalam terak dan diekstraksi darinya.

Vanadium ditambang sebagian besar di Tiongkok, Afrika Selatan dan Rusia timur. Pada tahun 2022 ketiga negara ini menambang lebih dari 96% dari 100.000 ton vanadium yang diproduksi, dengan Tiongkok menyediakan 70%.

Vanadium juga terdapat dalam bauksit dan endapan minyak mentah, batu bara, minyak serpih, dan pasir tar. Dalam minyak mentah, konsentrasi vanadium hingga 1200 ppm telah dilaporkan. Ketika produk minyak tersebut dibakar, sejumlah kecil vanadium dapat menyebabkan korosi pada mesin dan pendidih. Diperkirakan 110.000 ton vanadium dilepaskan ke atmosfer per tahunnya melalui pembakaran bahan bakar fosil. Batu serpih hitam juga merupakan sumber vanadium yang potensial. Selama Perang Dunia II, beberapa vanadium diekstraksi dari tawas serpih di selatan Swedia.

Di alam semesta, kelimpahan kosmik vanadium adalah 0,0001%, menjadikan unsur ini hampir sama banyaknya dengan tembaga atau seng. Vanadium terdeteksi secara spektroskopi dalam cahaya dari Matahari dan terkadang dalam cahaya dari bintang lain. Ion vanadil juga melimpah di air laut, dengan konsentrasi rata-rata 30 nM (1,5 mg/m3). Beberapa mata air mineral juga mengandung ion vanadium dalam konsentrasi tinggi. Misalnya, mata air di dekat Gunung Fuji mengandung sebanyak 54 μg per liter.

Produksi

Logam vanadium diperoleh melalui proses bertahap yang dimulai dengan memanggang bijih yang dihancurkan dengan NaCl atau Na2CO3 pada suhu sekitar 850 °C untuk menghasilkan natrium metavanadat (NaVO3). Sebuah ekstrak berair dari padatan ini diasamkan untuk menghasilkan "kue merah", sebuah garam polivanadat, yang direduksi dengan logam kalsium. Sebagai alternatif untuk produksi skala kecil, vanadium pentoksida direduksi dengan hidrogen atau magnesium. Banyak metode lain yang juga digunakan, di mana vanadium diproduksi sebagai produk sampingan dari proses lain. Pemurnian vanadium dimungkinkan melalui proses batangan kristal yang dikembangkan oleh Anton E. van Arkel dan Jan H. de Boer pada tahun 1925. Proses ini melibatkan pembentukan vanadium iodida, dalam contoh ini vanadium(III) iodida, dan dekomposisi berikutnya untuk menghasilkan logam vanadium murni:
2 V + 3 I2  2 VI3

Kebanyakan vanadium digunakan sebagai paduan baja yang disebut ferovanadium. Ferovanadium diproduksi langsung dengan mereduksi campuran vanadium oksida, besi oksida, dan besi dalam sebuah tanur listrik. Vanadium berakhir pada besi kasar yang dihasilkan dari magnetit yang mengandung vanadium. Bergantung pada bijih yang digunakan, terak dapat mengandung hingga 25% vanadium.

Aplikasi

Paduan
Sekitar 85% dari vanadium yang dihasilkan digunakan sebagai ferovanadium atau sebagai aditif baja. Peningkatan kekuatan yang cukup besar pada baja yang mengandung sedikit vanadium ditemukan pada awal abad ke-20. Vanadium membentuk nitrida dan karbida yang stabil, menghasilkan peningkatan kekuatan baja yang signifikan. Sejak saat itu, baja vanadium digunakan untuk aplikasi pada as roda, rangka sepeda, poros engkol, roda gigi, dan komponen penting lainnya. Terdapat dua kelompok paduan baja vanadium. Paduan baja karbon tinggi vanadium yang mengandung 0,15–0,25% vanadium, dan baja perkakas berkecepatan tinggi (HSS) yang mengandung 1–5% vanadium. Untuk baja HSS, kekerasan di atas HRC 60 dapat dicapai. Baja HSS digunakan dalam beberapa peralatan dan alat bedah. Paduan metalurgi serbuk mengandung hingga 18% vanadium. Kandungan vanadium karbida yang tinggi dalam paduan tersebut akan meningkatkan ketahanan aus secara signifikan. Salah satu aplikasi untuk paduan tersebut adalah peralatan dan pisau.

Vanadium dapat menstabilkan bentuk beta titanium serta meningkatkan kekuatan dan stabilitas suhu dari titanium. Dicampur dengan aluminium dalam paduan titanium, ia digunakan dalam mesin jet, badan pesawat berkecepatan tinggi, dan implan gigi. Paduan yang paling umum untuk pemipaan mulus adalah Titanium 3/2.5 yang mengandung 2,5% vanadium, paduan titanium pilihan dalam industri kedirgantaraan, pertahanan, dan sepeda. Paduan umum lainnya, diproduksi terutama dalam bentuk lembaran, adalah Titanium 6AL-4V, sebuah paduan titanium dengan 6% aluminium dan 4% vanadium.

Beberapa paduan vanadium menunjukkan perilaku superkonduktor. Superkonduktor fase A15 pertama adalah senyawa vanadium, V3Si, yang ditemukan pada tahun 1952. Pita vanadium–galium digunakan dalam magnet superkonduktor (17,5 tesla atau 175.000 gauss). Struktur superkonduktor fase A15 dari V3Ga mirip dengan Nb3Sn dan Nb3Ti yang lebih umum.

Telah ditemukan bahwa sejumlah kecil, 40 hingga 270 ppm, vanadium dalam baja Wootz secara signifikan dapat meningkatkan kekuatan produk, dan memberikan pola yang khas. Sumber vanadium dalam batangan baja Wootz asli masih belum diketahui.

Vanadium dapat digunakan sebagai pengganti molibdenum dalam perisai baja, meskipun paduan yang dihasilkan jauh lebih rapuh dan rentan terhadap benturan nonpenetrasi. Reich Ketiga adalah salah satu pengguna yang paling menonjol dari paduan semacam itu, pada kendaraan lapis baja seperti Tiger II atau Jagdtiger.

Katalis

Senyawa vanadium digunakan secara luas sebagai katalis; Vanadium pentoksida, V2O5, digunakan sebagai katalis dalam pembuatan asam sulfat melalui proses kontak: Dalam proses ini, belerang dioksida () akan dioksidasi menjadi trioksida (): Dalam reaksi redoks ini, belerang akan dioksidasi dari +4 menjadi +6, dan vanadium direduksi dari +5 menjadi +4:
V2O5 + SO2 → 2 VO2 + SO3

Vanadium pentoksida diregenerasi melalui oksidasi dengan udara:
4 VO2 + O2 → 2 V2O5
Oksidasi serupa digunakan dalam produksi maleat anhidrida:
C4H10  + 3.5 O2  →   C4H2O3  +  4 H2O
Ftalat anhidrida dan beberapa senyawa organik curah lainnya diproduksi dengan cara yang sama. Proses kimia ramah lingkungan ini dapat mengubah bahan baku murah menjadi zat antara yang sangat fungsional dan serbaguna.

Vanadium adalah sebuah komponen penting dari katalis oksida logam campuran yang digunakan dalam oksidasi propana dan propilena menjadi akrolein, asam akrilat atau amoksidasi propilena menjadi akrilonitril.

Kegunaan lainnya
Baterai redoks vanadium, sejenis baterai aliran, adalah sebuah sel elektrokimia yang terdiri dari ion vanadium berair dalam keadaan oksidasi yang berbeda. Baterai jenis ini pertama kali diusulkan pada tahun 1930-an dan dikembangkan secara komersial sejak tahun 1980-an. Sel-selnya menggunakan keadaan oksidasi formal +5 dan +2. Baterai vanadium redoks digunakan secara komersial untuk penyimpanan energi jaringan.

Vanadat dapat digunakan untuk melindungi baja dari karat dan korosi dengan pelapisan konversi. Foil vanadium digunakan untuk melapisi titanium dengan baja karena ia kompatibel dengan besi dan titanium. Penampang lintang penangkapan neutron termal yang sedang dan waktu paruh pendek dari isotop yang dihasilkan melalui penangkapan neutron menjadikan vanadium sebagai bahan yang cocok untuk struktur bagian dalam reaktor fusi.

Vanadium dapat ditambahkan dalam jumlah kecil (< 5%) ke katoda baterai LFP untuk meningkatkan konduktivitas ionik.

Usulan
Litium vanadium oksida telah diusulkan untuk digunakan sebagai anoda berdensitas energi tinggi untuk baterai ion litium, pada 745 Wh/L bila dipasangkan dengan katoda litium kobalt oksida. Vanadium fosfat telah diusulkan sebagai katoda dalam baterai litium vanadium fosfat, jenis lain dari baterai ion litium.

Peran biologis
Vanadium memiliki peran yang lebih signifikan di lingkungan laut daripada di darat.

Vanadoenzim
Beberapa spesies alga laut menghasilkan vanadium bromoperoksidase serta kloroperoksidase (yang mungkin menggunakan kofaktor vanadium atau heme) dan iodoperoksidase yang terkait erat. Bromoperoksidase ini dapat menghasilkan sekitar 1–2 juta ton bromoform dan 56.000 ton bromometana setiap tahunnya. Sebagian besar senyawa organobromin alami diproduksi oleh enzim ini, mengatalisasi reaksi berikut (R-H adalah substrat hidrokarbon):

Vanadium nitrogenase digunakan oleh beberapa mikroorganisme pengikat nitrogen, seperti Azotobacter. Dalam peran ini, vanadium berfungsi menggantikan molibdenum atau besi yang lebih umum, dan memberikan sifat nitrogenase yang sedikit berbeda.

Akumulasi vanadium pada tunikata
Vanadium sangatlah penting untuk tunikata, di mana ia disimpan dalam vakuola yang sangat diasamkan dari jenis sel darah tertentu, yang disebut vanadosit. Vanabin (protein pengikat vanadium) telah diidentifikasi dalam sitoplasma sel tersebut. Konsentrasi vanadium dalam darah tunikata Ascidiacea ialah sebanyak 10 juta kali lebih tinggi dari air laut di sekitarnya, yang biasanya mengandung 1 hingga 2 µg/L. Fungsi dari sistem konsentrasi vanadium ini dan protein pengandung vanadium ini masih belum diketahui, tetapi vanadosit kemudian disimpan tepat di bawah permukaan luar tunik, di mana mereka dapat menghalangi pemangsaan.

Fungi
Amanita muscaria dan spesies makrofungi terkait dapat mengakumulasi vanadium (hingga 500 mg/kg berat kering). Vanadium hadir dalam kompleks koordinasi amavadin dalam tubuh buah jamur. Kegunaan utama dari akumulasi ini tidaklah diketahui. Fungsi enzim beracun atau peroksidase telah diperkirakan.

Mamalia
Kekurangan vanadium akan mengakibatkan berkurangnya pertumbuhan pada tikus. Institut Kedokteran A.S. belum mengonfirmasi apakah vanadium merupakan nutrisi penting bagi manusia, sehingga baik Asupan Kecukupan Gizi ataupun Asupan Adekuat belum ditetapkan. Asupan makanan diperkirakan 6 hingga 18 µg/hari, dengan kurang dari 5% diserap. Batas Atas Asupan (UL) dari vanadium makanan, di luar itu efek samping dapat terjadi, ditetapkan pada 1,8 mg/hari.

Penelitian
Vanadil sulfat sebagai suplemen makanan telah diteliti sebagai cara untuk meningkatkan sensitivitas insulin atau meningkatkan kontrol glikemik pada orang yang menderita diabetes. Beberapa uji coba memiliki efek pengobatan yang signifikan tetapi dianggap memiliki kualitas studi yang buruk. Jumlah vanadium yang digunakan dalam uji coba ini (30 hingga 150 mg) jauh melebihi batas atas yang aman. Kesimpulan dari tinjauan sistemik ini adalah "Tidak ada bukti kuat bahwa suplementasi vanadium oral dapat meningkatkan kontrol glikemik pada diabetes tipe 2. Penggunaan rutin vanadium untuk tujuan ini tidak dapat direkomendasikan."

Dalam astrobiologi, telah diperkirakan bahwa akumulasi vanadium diskrit di Mars dapat menjadi tanda biologis mikroba yang potensial bila digunakan bersamaan dengan morfologi dan spektroskopi Raman.

Keamanan
Semua senyawa vanadium harus dianggap beracun. VOSO4 tetravalen telah dilaporkan setidaknya 5 kali lebih beracun daripada V2O3 trivalen. Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja A.S. (OSHA) telah menetapkan batas paparan sebesar 0,05 mg/m3 untuk debu vanadium pentoksida dan 0,1 mg/m3 untuk asap vanadium pentoksida di udara tempat kerja selama 8 jam hari kerja, 40 jam kerja seminggu. Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja A.S. (NIOSH) telah merekomendasikan bahwa 35 mg/m3 vanadium dianggap langsung berbahaya bagi kehidupan dan kesehatan, yaitu kemungkinan dapat menyebabkan masalah kesehatan permanen atau bahkan kematian.

Senyawa vanadium diserap dengan buruk melalui sistem pencernaan. Menghirup vanadium dan senyawa vanadium dapat menyebabkan efek buruk pada sistem pernapasan. Namun, data kuantitatif tidak cukup untuk mendapatkan dosis referensi inhalasi subkronis atau kronis. Efek lainnya telah dilaporkan setelah paparan oral atau inhalasi pada parameter darah, hati, perkembangan saraf, dan organ lain pada tikus.

Terdapat sedikit bukti bahwa vanadium atau senyawa vanadium adalah racun atau teratogen reproduktif. Vanadium pentoksida dilaporkan bersifat karsinogenik pada tikus kecil jantan serta pada tikus besar jantan dan betina melalui inhalasi dalam studi NTP, meskipun interpretasi hasil tersebut telah diperdebatkan beberapa tahun setelah laporan tersebut dikeluarkan. Karsinogenisitas vanadium belum ditentukan oleh Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat.

Sejumlah kecil vanadium dalam bahan bakar diesel adalah komponen bahan bakar utama dalam korosi suhu tinggi. Selama pembakaran, vanadium akan mengoksidasi dan bereaksi dengan natrium dan belerang, menghasilkan senyawa vanadat dengan titik lebur serendah , yang akan menyerang lapisan pasivasi baja dan membuatnya rentan terhadap korosi. Senyawa vanadium padat juga dapat mengikis komponen mesin.

Lihat pula
 Baterai aliran – Jenis sel elektrokimia
 Baterai redoks vanadium – Jenis baterai aliran yang dapat diisi ulang
 Penyimpanan energi jaringan – Manajemen pasokan listrik skala besar
 Siklus vanadium – Pertukaran vanadium antara kerak benua dan air laut
 Simposium Vanadium Internasional – Acara interdisiplin dua tahunan
 Tambang Green Giant – Tambang vanadium di Madagaskar
 Vanadium karbida – Bahan keramik refraktori yang sangat keras
 Vanadium(IV) klorida – Reagen kimia yang digunakan untuk menghasilkan senyawa vanadium lainnya
 Vanadium(V) oksida – Prekursor paduan vanadium dan katalis industri

Referensi

Bacaan lebih lanjut

Pranala luar

Video
  Vanadium di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)

Makalah penelitian
  ATSDR – ToxFAQs: Vanadium
  Konsentrasi vanadium di air laut dan lingkungan muara ialah sekitar 1,5–3,3 ug/kg
  Spesiasi dan siklus vanadium di perairan pantai
  Anoksia laut serta konsentrasi molibdenum dan vanadium dalam air laut

 
Unsur kimia
Logam transisi
Mineral makanan
Kedokteran gigi restoratif
Unsur kimia dengan struktur kubus berpusat-badan
Mineral unsur asli