Vanadiini

Vanadiini () on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on V, järjestysluku 23 ja CAS-numero 7440-62-2. Se on hopeanvalkoinen taottava metalli, joka esiintyy huoneenlämmössä kiinteänä. Vanadiini on saanut nimensä skandinaavisen rakkauden ja hedelmällisyyden jumalattaren Freyjan lisänimestä Vanadiksesta. Sen löytäjä on espanjalais-meksikolainen Andrés Manuel del Rio vuonna 1801. Toistamiseen vanadiinin löysi ruotsalainen Nils Gabriel Sefström 1830.
Vanadiinin esiintyminen.
Vanadiinia esiintyy paljon luonnosta saatavissa malmeissa, erilaisissa rikasteissa sekä öljytuotteiden jäännöksissä. Sitä on löydetty yli 50 erilaisesta mineraalista, ja se on samalla 21:nneksi yleisin alkuaine maankuoressa. Vanadiinia esiintyy keskimäärin 0,15 g/kg, joten sitä on maankuoressa enemmän kuin kuparia tai nikkeliä. Runsaasta esiintymisestä huolimatta sitä ei esiinny luonnossa puhtaana.
Vanadiini esiintyy luonnossa kahdessa isotoopissa. Sen pysyvä isotooppi on 51V. Vanadiinin toinen luonnossa esiintyvä isotooppi 50V on lievästi radioaktiivinen; sen puoliintumisaika on 3,9×1017 vuotta. Suurin osa vanadiinista on isotooppina 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 vuorokautta ja isotoopin 49V 330 vuorokautta. 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 myös alentaa verensokeria ja osallistuu punaisten verisolujen tuotantoon. Ihminen saa vanadiinia ruoastaan, mm. kalasta 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 vaikuttaa myrkyllisesti, 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 valmistamiseen käytetään 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.