Ванадий

По-английски

Vanadium

Раздел на сайте

Минеральные удобрения

Группа

Микроэлементы, Питательные элементы


Ванадий – химический элемент, относящийся к рассеянным. В свободном виде не встречается. Соединения ванадия широко распространены в природе, но распылены и не образуют значительных скоплений. Элемент играет немаловажную роль в жизни растений, входит в состав различных комплексных удобрений.

Ванадий

Первооткрывателем ванадия является Андрес Мануэль дель Рио, в 1801 году при изучении образца свинцовой руды он нашел примесь неизвестного элемента. Правда, несколько позже ученый подумал, что обнаруженный им эритроний (этот элемент мог бы называться так, если бы не ошибочный вывод геолога) на самом деле является смесью хрома и железа. Почти тридцатью годами позже шведский химик Н.Г. Сефстрем выделил из отходов производства железа красноватую субстанцию, став фактическим первооткрывателем элемента, названного им в честь Ванадис, богини красоты из скандинавской мифологии… Стоит отметить, господин дель Рио так и не узнал, что мог бы навсегда войти в историю химии: лишь спустя 20 лет после его смерти англичанин Генри Энфилд Роско установил, что ванадий и эритрон полностью друг другу идентичны.[6]

Ванадий - Кристаллы ванадия
Кристаллы ванадия


Физические и химические свойства

Ванадий (Vanadium) V – химический элемент побочной подгруппы V группы периодической системы Менделеева. Атомный номер – 23, атомная масса – 50,94. Природный ванадий состоит из стабильного изотопа 51V (99,76 %) и слабо радиоактивного 5V (T½1014 лет), %.[5]

Чистый ванадий – ковкий металл серебристого цвета, плотность 5,96 г/см3. Температура плавления – 1900 °C. Механические свойства ванадия резко ухудшаются при наличии в нем примесей азота, кислорода или водорода.

Ванадий химически устойчив в морской, пресной воде и в растворах щелочей. Растворим в плавиковой кислоте, концентрированных серной и азотной кислотах, а также в царской водке.[2]

Ванадий не взаимодействует с растворами щелочей, но в присутствии воздуха в расплавах щелочей окисляется с образованием ванадатов. Кислород растворяется в ванадии, при этом растворимость увеличивается с повышением температуры.

Соединения ванадия токсичны, поражают органы дыхания, пищеварения, систему кровообращения, нервную систему, могут вызывать воспалительные и аллергические заболевания кожных покровов.[5]

Геохимические свойства ванадия сильно зависят от степени его окисления (+2, +3, +4, +5), а также кислотности среды. Этот элемент способен образовывать различные комплексы с катионными и анионными оксидами и гидроксидами.[3]

Содержание ванадия в почвах СНГ, (мг/кг), согласно данным:[3]

Почвы

Среднее содержание

пределы колебаний

Подзолы, песчаные почвы

-

10-62

Лессовые и пылеватые

57

-

Суглинистые и глинистые почвы

 

34-210

Флювисоли

18

 

Глейсоли

118

 

Редзины

 

38-85

Каштановые и бурые почвы

 

25-55

Солончаки и солонцы

88

78-99

Черноземы

 

37 - 125

Луговые почвы

190

85 - 380

Гистосоли и др. органические соли

5

 

Лесные почвы

145

 

Содержание в природе

В земной коре содержится 1,9 х 10-7 % ванадия, в золе растений – 6,1х10-3%, в воде океанов – 3х10-7 %. Он относится к рассеянным элементам и в свободном виде в природе не встречается.[5]

Ванадий обнаруживается практически во всех главных типах пород, но наибольшие его концентрации находятся в основных породах и сланцах (100–250 мг/кг). Обычно этот элемент не образует собственных минералов, но изредка замещает в кристаллической решетке другие металлы, такие, как железо, алюминий, титан.

Подвижность элемента при выветривании горных пород зависит от характера первичных минералов. Ванадий находится либо в остаточных породообразующих минералах, либо вводится или адсорбируется в минеральных структурах глин или оксидов железа. Имеются указания на высокую связь ванадия с марганцем и содержанием калия в почвах. Ванадий склонен к ассоциациям с органическим веществом, в связи с этим, его содержание в сланцах и биолитах, как правило, повышено. Чаще всего высокие концентрации данного элемента обнаруживаются в углях и нефти.[3]

Некоторые виды растений обладают способностью концентрировать ванадий. В некоторых биофитах и низших грибах из районов рудной минерализации содержание ванадия составляет до 180 мг/кг сухой массы.[3]

Содержание ванадия в различных типах почв

Распределение ванадия по почвенному профилю однородно, некоторые вариации являются причиной различного содержания данного элемента в материнских породах. Самые высокие концентрации ванадия(150–460 мг/кг) характерны для почв, развитых на основных породах.[3]

Почвы на покровных суглинках более богаты ванадием, чем почвы, образованные на морене. Самые бедные – почвы, развившиеся на песках.[4]

Подзолистые почвы

. Верхние горизонты несколько обеднены ванадием в результате выщелачивания высокой интенсивности.[3] В перегнойном горизонте целинных дерново-подзолистых почв под смешанным елово-березовым лесом обнаружено от 40 до 100 мг ванадия на 1 кг почвы.[4]

Торфянистые почвы

отличаются самым низким содержанием ванадия (5–22 мг/кг).[3]

Суглинистые, песчаные, ферралитные почвы

содержат повышенное количество ванадия. Его концентрация превосходит содержание в материнской породе.[3]

Поверхностно-заболоченные дерново-подзолистые и торфянисто-болотные почвы на водоразделе

характеризуются более низким содержанием данного элемента, чем обычные дерново-подзолистые почвы.[4]

Черноземы

(Ростовская область) содержат от 67 до 113 мг/кг элемента. Распределение по почвенным горизонтам достаточно равномерное.[4]

Каштановые почвы

(Ростовская область) содержат от 35 до 91 мг/кг ванадия. Содержание элемента уменьшается по мере снижения концентрации гумуса в почве. В солонцеватых горизонтах наблюдается некоторое накопление металла.[4]

Засоленные почвы (Казахстан)

характеризуются повышенным содержанием ванадия в гумусовом горизонте.[4]

Серо-бурые почвы Устюрта

– повышенное содержание ванадия в верхнем горизонте.[4]

Ванадий - Лен
Лен


Роль в растении

Биохимические функции

Важность ванадия для высших растений – вполне доказанный факт. Кроме того, несомненна незаменимость этого элемента и для зеленых водорослей, поскольку он является стимулятором процесса фотосинтеза в этих организмах.

Ванадий является катализатором в процессе фиксации молекулярного азота, а в качестве переносчика N2 он частично замещает молибден.[3]

Ванадий положительно влияет на активность каталазы и нитратредуктазы,увеличивает интенсивность процессов фотосинтеза и дыхания, способствует повышению содержания в листьях хлорофилла и белка.[1]

Растворимый ванадий легко поглощается корневой системой растений. Как указывалось ранее, некоторые виды способны активно концентрировать данный металл. Установлено, что корни ячменя пассивно адсорбируют ванадий. При этом, интенсивность поглощения прямо пропорциональна степени концентрации металла в растворе и сильно зависит от кислотности среды. То есть активное поглощение ванадия наблюдается в кислой среде, для которой характерны формы VO2+. Однако как анионные, так и катионные формы металла образуют хелаты. Это существенно облегчает поглощение ванадия растениями.

При поглощении растениями ванадата VO3 происходит биотрансформация его в VO2+.

Этот процесс имеет очень большое значение, поскольку именно V5+ – потенциальный ингибитор некоторых ферментов, тогда как к V4+ они остаются безучастными.

Естественно, что в растениях ванадий содержится как в восстановленной четырехвалентной форме, так и в пятивалентной. Основная часть четырехвалентна.

Средняя концентрация ванадия в сухом веществе высших растений – 1,0 мг/кг. Содержание данного металла в золе большинства овощей варьирует от 5 до 50 мг/кг.[3]

Данные о содержании ванадия в растениях могут различаться. Это связано как с трудностями анализа, так и с влиянием загрязнения.

Растения-бриофиты очень чувствительны к атмосферным источникам ванадия и способны накапливать его под воздействием техногенного загрязнения.[3]

Недостаток (дефицит) ванадия

Случаев дефицита ванадия у растений отмечено не было. Однако предполагается, что ванадий необходим в растениях в незначительных количествах, не более 2 мкг/кг сухой массы.[3]

Избыток ванадия

Данные о токсичности ванадия в естественных условиях отсутствуют. Однако при лабораторных исследованиях было установлено, что у некоторых растений при избытке данного металла в тканях (около 2 мг/кг сухой массы) отмечается фитотоксическое действие. Оно выражается в хлорозе листовых пластинок и замедлении роста растений.

При этом замедление роста фасоли без проявления хлороза отмечалось только при концентрации ванадия 13,8 и 880 мг/кг сухой массы.[3]

Ванадий - Уголь
Уголь


Содержание в различных соединениях

Как отмечалось ранее, ванадий в свободном виде в природе не встречается. Важнейшими минералами, содержащими этот металл, являются патронит, ванадинит, деклуазит, моттрамит, тюямунит, карнотит и роскоэлит.

В некоторых видах магнетитовых, титаномагнетитовых и осадочных железных рудах и ванадийсодержащих фосфоритах содержание оксида ванадия достигает 2,5–3,0 %. Он присутствует в окисленных медно-свинцово-цинковых рудах (в виде минералов), высокосернистых нефтях (до 300 г на 1 тонну), битуминозных сланцах и асфальтитах.

Основной источник получения ванадия – ванадийсодержащие железные руды.[5]

Из удобрений самым богатым соединениями ванадия считается томасшлак. В нем содержится 0,5–0,6 % металла.[4]

Способы применения удобрений с содержанием ванадия

Данные о применении ванадиевых удобрений и воздействия элемента на растения немногочисленны, однако многие исследователи указывают на положительный эффект при применении данных удобрений.

Метаванадат натрия

вносят в почву в небольших дозах.[4]

Ванадат аммония

применяется при предпосевной обработке семян, внесении в почву.[1]

Удобрения, содержащие Ванадий


Показать все удобрения »

Эффект от применения ванадийсодержащих удобрений

В исследованиях влияния ванадия на развитие растений и их продуктивность установлена следующая закономерность. Малые дозы этого элемента действуют на растения благоприятно, большие – резко отрицательно. Отмечалось отрицательное действие ванадия на некоторые культуры, особенно при высоких дозах.

Проведенные вегетационные опыты с ячменем в песчаных и водных культурах показали, что ванадий, вносимый в форме аниона, а именно метаванадат, действует на растения более благоприятно, чем при внесении его в форме катиона.[4]

Имеющиеся данные об эффективности ванадийсодержащих удобрений немногочисленны. Но в основном отмечается положительное влияние ванадия на состояние целого ряда культур, а именно увеличение урожайности и улучшение их качества.

Горох

. Внесение ванадия в условиях дерново-подзолистых почв в дозе 1 кг/га повысило урожай зерна, зеленой массы. Предпосевная обработка семян ванадатом аммония также увеличивает урожай зерна и зеленой массы. В зернах и зеленой массе гороха увеличилось содержание белка, возрастало содержание витамина С.

Лен

. Внесение в почву (1 кг/га) повысило урожайность семян и волокон. Такое же действие оказала и предпосевная обработка семян. Кроме того, увеличилась крепость, толщина и расчетная добротность пряжи, повысился процент содержания масла в семенах.

Люцерна

. Ванадий положительно повлиял на урожай люцерны. Значительно увеличился сбор сырого протеина.[1]

Горчица

. Малые дозы ванадия действуют на урожайность положительно, большие – отрицательно.[4]

Овес

. Малые дозы ванадия действуют на урожайность положительно, большие – отрицательно.[4]

Пшеница, кукуруза

(на песках). Установлено небольшое положительное влияние малых доз ванадия.[4]

Бобовые культуры

. При внесении ванадия наблюдается улучшение роста.[4]

Красный клевер

на дерново-подзолистой почве. Установлено положительное действие ванадия на повышение урожайности клевера как на неизвесткованной, так и на известкованной почве. Внесение ванадия на дерново-подзолистом суглинке положительного эффекта на развитие красного клевера не оказало.

 

Оставьте свой отзыв:

Составитель:

 

Страница внесена:

Последнее обновление: 05.12.13 01:09

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:
1.

Анспок П.И. Микроудобрения: Справочник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– Л.: Агропромиздат. Ленинградское отделение, 1990.– 272 с.

2.

Глинка Н.Л. Общая химия. Учебник для ВУЗов. Изд: Л: Химия, 1985 г, с 731

3.

Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Перевод с англиского.– М.: Мир, 1989.– 439 с., ил.

4.

Каталымов М.В. Микроэлементы и микроудобрения.– М.: Издательство «Химия», 1965.– 332 с.

5.

Химическая энциклопедия:  в пяти томах: т.1: А-Дарзана/Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. – М.: Советская энциклопедия, 1988. – 623.: ил

6.

Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта +, 2000. – 640 с., ил.

Изображения (переработаны):
7.

Charred Wood, by  John B., по лицензии CC BY

8.

Common flax Linum usitatissimum L., by  Howard F. Schwartz, Colorado State University, Bugwood.org, по лицензии CC BY

9.

Vanadium Crystal, by  Paul, по лицензии CC BY-NC-SA