vanadium

I naturen findes vanadium i flere oxidationstrin. I magmabjergarter har vanadium oftest oxidationstrinnet +3. Da ionen V³⁺ har næsten samme ionradius som Fe³⁺ og Cr³⁺, kan vanadium erstatte jern og chrom i mineraler som magnetit, chromit, biotit og pyroxen. Indholdet af vanadium i magmabjergarter er størst i basiske bjergarter; basalt indeholder fx op til 1000 g/t. V⁴⁺ erstatter Ti⁴⁺ i mineraler som ilmenit og rutil. Ved jordoverfladen oxideres vanadium til V⁵⁺, som danner vanadationer, (VO₄)^3-. Disse kan adsorberes på lerpartikler. Lerbjergarter har derfor et vanadiumindhold på op til ca. 100 g/t. Vanadationer udfældes af bly, kobber og zink og danner et stort antal mineraler i malmforekomsters forvitringszoner. Vanadationer har også lighed med fosfationer, (PO₄)^3-, og udfældes derfor i fosforit, som kan indeholde mere end 9000 g/t vanadium. Olie, asfalt, tjæresand, bituminøse skifre og kul kan have høje koncentrationer, forasket asfalt kan indeholde helt op til 40% vanadium, og alunskifer kan have et vanadiumindhold på mere end 2000 g/t.

Der findes et stort antal mineraler med vanadium som hovedbestanddel, fx oxider, sulfider, silikater og især vanadater; de fleste af disse vanadiummineraler er dannet ved sekundære processer, fx forvitring. Vanadium udvindes som et biprodukt ved brydning af fosforit, jern-, titan- og chrommalme, uranmalme med carnotit samt fra olie, olieskifer og asfalt. De største producenter af vanadium er Kina, Sydafrika og Rusland; i 2013 blev der udvundet i alt 79.000 t. Reserverne anslås at udgøre 15 mio. t vanadium.

Vanadium udvindes af sulfidisk malm ved direkte reduktion med kul i elektriske ovne; i andre tilfælde ristes og oprenses malm til vanadiumoxid, V₂O₃, som reduceres med aluminium til rent vanadium eller med ferrosilicium til ferrovanadium. Det meste vanadium anvendes i letmetallegeringer og navnlig i stål, hvor det virker carbiddannende og styrkeøgende, også ved høj temperatur. Vanadium har specielle anvendelser i elektronik og superledende kabler, og metallet (i form af oxidet V₂O₅) spiller en stor rolle som katalysator.

Vanadium optræder i forbindelser i oxidationstrin fra −1 til +5 samt i intermetalliske faser uden definerede oxidationstrin, fx V₃Si. Oxidationstrin 0 repræsenteres af vanadiumhexacarbonyl, V(CO)₆, −1 af V(CO)₆^--ionen, og +1 af V(CO)₆⁺-ionen. Oxidationstrin +2 til +5 findes i vandige opløsninger, hvor følgende ligevægte kan etableres:

Disse oxidationstrin findes også som fluorider med formlen VF_n, hvor n = 2,3,4,5.

Vanadium skifter let oxidationstrin, hvilket er baggrunden for, at vanadiumoxider anvendes som katalysatorer ved oxidationsprocesser, fx i svovlsyreproduktionen. Vanadium danner en række mere eller mindre støkiometriske oxider med oxidationstrin fra +2 til +5. En del af disse er magnélifaser med generel formel V_nO_2n+1.

Vanadium regnes til organismens essentielle sporstoffer. Stoffets præcise rolle i organismen kendes langtfra, men det vides, at dyreungers vækst hæmmes, hvis kosten ikke indeholder vanadium. Desuden indgår vanadium hos visse kvælstofbindende bakterier i det enzym, der omdanner kvælstof til ammoniak; og hos blæretang indgår vanadium i et enzym, der fx kobler brom til methan og danner tribrommethan. Hos visse søpunge findes vanadium i høje koncentrationer i specielle blodceller, ligesom der er store mængder vanadium i fluesvamp.

I 1801 undersøgte A.M. del Rio et mørkt mineral fra Zimapán i Mexico og opdagede, at det havde helt andre egenskaber end andre mineraler; især hæftede han sig ved, at det ligesom det få år tidligere opdagede chrom dannede mange forskelligfarvede forbindelser, som ikke tidligere var beskrevet. Han drog i 1802 den slutning, at mineralet måtte indeholde et hidtil ukendt grundstof, som han kaldte panchromium ('danner alle farver'). Senere ændrede han navnet til erythronium ('danner røde farver'). Mineralet blev bragt til Europa, og i 1804 erklærede den franske kemiker Hippolyte Victor Collet-Descotils (1773-1830), at mineralet blot var et urent basisk blychromat. Desværre blev Rio overbevist og trak sin meddelelse om opdagelsen af et nyt grundstof tilbage.

I 1830 undersøgte den svenske kemiker Nils Gabriel Sefström (1787-1845) et mineral fra Småland. Her (gen)opdagede han grundstoffet, som han opkaldte efter den nordiske gudinde Vanadis (Freja). Året efter blev Sefström gjort opmærksom på Rios arbejde, og han anerkendte Rios ret til at kalde sig opdager af grundstoffet. Sefströms navneforslag blev dog det blivende.

I 1867 viste den britiske kemiker Henry Enfield Roscoe (1833-1915), at det, Sefström havde troet var metallisk vanadium, i virkeligheden var vanadiumoxid. I 1868 fremstillede Roscoe vanadium ved at ophede vanadiumdiklorid i en brintstrøm. Det er imidlertid meget svært at fremstille rent vanadium, fordi det så let forbinder sig med andre stoffer. Det materiale, Roscoe havde fremstillet, var ikke særlig rent vanadium. Først i 1927 var der udviklet en metode til fremstilling af vanadium med en renhed over 99,99 %. Ved denne reduceres vanadiumoxid i et jernrør med calcium i en argonatmosfære.