Vanadium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

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Vorkommen und Gewinnung

Vanadium ist in der Erdkruste häufiger als Kupfer oder Zink, aber weit verteilt. Es steckt in vielen Mineralen, etwa im Vanadinit, einem roten Bleimineral, und im Carnotit, der auch Uran enthält. Größere Mengen finden sich in titanhaltigem Magneteisenerz. Auch Erdöl, Kohle und Ölschiefer enthalten Vanadium, das sich in Rückständen und Flugasche anreichert. Die wichtigsten Förderländer sind China, Russland, Südafrika und Brasilien.

Die Entdeckungsgeschichte ist verwickelt. Der spanisch-mexikanische Mineraloge Andrés Manuel del Río fand das Element 1801 in einem Bleierz aus Mexiko. Ein französischer Chemiker hielt seine Probe jedoch für verunreinigtes Chrom, und del Río zog seine Entdeckung zurück. Erst 1830 fand der Schwede Nils Gabriel Sefström das Element erneut, in schwedischem Eisenerz. Er benannte es nach Vanadís, einem Beinamen der nordischen Göttin Freya, wegen der schönen Farben seiner Verbindungen. Nahezu reines Vanadium stellte erst 1867 der englische Chemiker Henry Roscoe her.

Heute fällt Vanadium meist als Nebenprodukt an: Beim Verhütten vanadiumhaltiger Eisenerze reichert es sich in der Schlacke an, aus der man es als Vanadiumpentoxid gewinnt. Für die Stahlindustrie wird es mit Eisen zu Ferrovanadium reduziert.

Eigenschaften und Reaktionen

Vanadium steht in Periode 4 und Gruppe 5 und hat die Elektronenkonfiguration [Ar] 3d³ 4s². Seine Elektronegativität beträgt 1,63. Das Metall hat eine Dichte von 6 g/cm³, schmilzt bei 1910 °C und siedet bei 3407 °C. Reines Vanadium ist zäh und gut verformbar; schon geringe Verunreinigungen mit Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff machen es hart und spröde. Eine dünne Oxidschicht schützt es an der Luft vor Korrosion, auch gegen Salzwasser und viele Säuren ist es recht beständig.

Chemisch besonders ist die Vielfalt der Oxidationsstufen. Vanadium kann die Stufen plus zwei, plus drei, plus vier und plus fünf annehmen, und jede hat in wässriger Lösung ihre eigene Farbe: violett, grün, blau und gelb. Ein beliebter Schulversuch zeigt das: Gibt man Zink zu einer angesäuerten, gelben Vanadatlösung, wird sie nacheinander blau, grün und schließlich violett, weil das Zink das Vanadium Schritt für Schritt reduziert.

Die wichtigste Verbindung ist Vanadiumpentoxid, V₂O₅, ein orangefarbenes Pulver. Es wirkt als Katalysator, weil es leicht Sauerstoff abgibt und wieder aufnimmt. Es ist giftig und in der EU als krebserzeugend eingestuft.

Verwendung in Alltag und Technik

Der größte Teil des Vanadiums geht in die Stahlherstellung. Schon geringe Zusätze bilden im Stahl winzige, harte Carbide, die das Gefüge feinkörnig machen. Dadurch wird der Stahl fester, zäher und verschleißfest. Chrom-Vanadium-Stahl ist ein typischer Werkstoff für Schraubenschlüssel, Bohrer und Federn, und hochfeste Baustähle für Brücken, Rohrleitungen und Bewehrungen enthalten ebenfalls Vanadium. Schon Henry Ford ließ für sein Modell T Teile aus Vanadiumstahl fertigen, weil sie leichter und trotzdem belastbarer waren.

In der Luft- und Raumfahrt und in der Medizin wird eine Titanlegierung mit Aluminium und Vanadium verwendet, etwa für Triebwerksteile und Hüftgelenke. Vanadiumpentoxid ist der Katalysator im Kontaktverfahren, mit dem Schwefelsäure hergestellt wird; dort beschleunigt es die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid.

Ein neueres Einsatzfeld sind Vanadium-Redox-Flow-Batterien. In ihnen lagert die Energie in zwei Tanks mit Vanadiumlösungen in unterschiedlichen Oxidationsstufen. Solche Speicher altern kaum, lassen sich durch größere Tanks einfach erweitern und eignen sich deshalb, um Strom aus Wind- und Solaranlagen zwischenzuspeichern.

Moleküle mit diesem Element

• Bismutvanadat BiVO₄3D ansehen
• Vanadium(V)-oxid V₂O₅3D ansehen

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Vanadium (V)?

Häufige Fragen