El grupo 5 (por estilo IUPAC ) es un grupo de elementos en la tabla periódica . El grupo 5 contiene vanadio (V), niobio (Nb), tantalio (Ta) y dubnio (Db). Este grupo se encuentra en el bloque d de la tabla periódica. El grupo en sí no ha adquirido un nombre trivial ; pertenece al grupo más amplio de metales de transición .
Los tres elementos más ligeros del Grupo 5 se producen de forma natural y comparten propiedades similares; los tres son metales refractarios duros en condiciones estándar. El cuarto elemento, el dubnio , ha sido sintetizado en laboratorios, pero no se ha encontrado que ocurra en la naturaleza, siendo la vida media del isótopo más estable, el dubnio-268, de solo 29 horas, y otros isótopos aún más radiactivos . Hasta la fecha, no se han realizado experimentos en un supercolisionador para sintetizar el siguiente miembro del grupo, ya sea unpentseptium (Ups) o unpentennium (Upe). Como el unpentenio y el unpentenio son elementos tardíos del período 8 , es poco probable que estos elementos se sinteticen en un futuro próximo.
Química [ editar ]
Como otros grupos, los miembros de esta familia muestran patrones en su configuración electrónica , especialmente en las capas más externas, aunque el niobio curiosamente no sigue la tendencia:
| Z | Elemento | No. de electrones / capa |
|---|---|---|
| 23 | vanadio | 2, 8, 11, 2 |
| 41 | niobio | 2, 8, 18, 12, 1 |
| 73 | tantalio | 2, 8, 18, 32, 11, 2 |
| 105 | dubnium | 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 |
La mayor parte de la química se ha observado solo para los primeros tres miembros del grupo, la química del dubnio no está muy establecida y, por lo tanto, el resto de la sección se ocupa solo del vanadio, niobio y tantalio. Todos los elementos del grupo son metales reactivos con un alto punto de fusión (1910 ° C, 2477 ° C, 3017 ° C). La reactividad no siempre es obvia debido a la rápida formación de una capa de óxido estable, que evita reacciones posteriores, de manera similar a las tendencias en el Grupo 3 o Grupo 4. Los metales forman diferentes óxidos: el vanadio forma óxido de vanadio (II) , vanadio (III) óxido , óxido de vanadio (IV) y óxido de vanadio (V) , el niobio forma óxido de niobio (II) , óxido de niobio (IV) yóxido de niobio (V) , pero de los óxidos de tantalio solo se caracteriza el óxido de tantalio (V) . Los óxidos de metal (V) generalmente no son reactivos y actúan como ácidos en lugar de bases, pero los óxidos inferiores son menos estables. Sin embargo, tienen algunas propiedades inusuales para los óxidos, como una alta conductividad eléctrica. [1]
Los tres elementos forman varios compuestos inorgánicos , generalmente en el estado de oxidación de +5. También se conocen estados de oxidación más bajos, pero son menos estables, disminuyendo su estabilidad con el aumento de la masa atómica.
Historia [ editar ]
El vanadio fue descubierto por Andrés Manuel del Río , un mineralogista mexicano nacido en España, en 1801 en el mineral vanadinita . Después de que otros químicos rechazaron su descubrimiento del eritronio, se retractó de su afirmación. [2]
El niobio fue descubierto por el químico inglés Charles Hatchett en 1801. [3]
El tantalio fue descubierto por primera vez en 1802 por Anders Gustav Ekeberg . Sin embargo, se pensó que era idéntico al niobio hasta 1846, cuando Heinrich Rose demostró que los dos elementos eran diferentes. El tantalio puro no se produjo hasta 1903. [4]
Dubnium se produjo por primera vez en 1968 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear bombardeando americio-243 con neón-22 y se volvió a producir en el Laboratorio Lawrence Berkeley en 1970. Se propusieron los nombres "neilsbohrium" y "joliotium" para el elemento, pero en 1997, la IUPAC decidió nombrar el elemento dubnium. [4]
Etimologías [ editar ]
El vanadio lleva el nombre de Vanadis , la diosa escandinava del amor. El niobio lleva el nombre de Niobe , una figura de la mitología griega . El tantalio lleva el nombre de Tantalus , una figura de la mitología griega. Dubnium lleva el nombre de Dubna, Rusia , donde fue descubierto. [4]
Ocurrencia [ editar ]
Hay 160 partes por millón de vanadio en la corteza terrestre, lo que lo convierte en el decimonoveno elemento más abundante allí. El suelo contiene un promedio de 100 partes por millón de vanadio y el agua de mar contiene 1,5 partes por mil millones de vanadio. Un ser humano típico contiene 285 partes por billón de vanadio. Se conocen más de 60 minerales de vanadio, incluidos vanadinita , patronita y carnotita . [4]
Hay 20 partes por millón de niobio en la corteza terrestre, lo que lo convierte en el 33º elemento más abundante allí. El suelo contiene en promedio 24 partes por millón de niobio y el agua de mar contiene 900 partes por cuatrillón de niobio. Un ser humano típico contiene 21 partes por mil millones de niobio. El niobio se encuentra en los minerales columbita y pirocloro . [4]
Hay 2 partes por millón de tantalio en la corteza terrestre, lo que lo convierte en el elemento 51 más abundante allí. El suelo contiene un promedio de 1 a 2 partes por billón de tantalio y el agua de mar contiene 2 partes por billón de tantalio. Un ser humano típico contiene 2,9 partes por billón de tantalio. El tantalio se encuentra en los minerales tantalita y pirocloro. [4]
Producción [ editar ]
Aproximadamente 70000 toneladas de mineral de vanadio se producen anualmente, con 25000 toneladas de mineral de vanadio que se producen en Rusia, 24000 en Sudáfrica , 19000 en China y 1000 en Kazajstán . Cada año se producen 7000 t de vanadio metálico. Es imposible obtener vanadio calentando su mineral con carbono. En cambio, el vanadio se produce calentando óxido de vanadio con calcio en un recipiente a presión . El vanadio de muy alta pureza se produce a partir de una reacción del tricloruro de vanadio con magnesio. [4]
Anualmente se producen 230.000 t de mineral de niobio, con Brasil produciendo 210.000 t, Canadá produciendo 10000 ty Australia produciendo 1000 t. Cada año se producen 60000 t de niobio puro. [4]
Se producen anualmente 70000 t de mineral de tantalio. Brasil produce el 90% del mineral de tantalio, y Canadá, Australia, China y Ruanda también producen el elemento. La demanda de tantalio ronda las 1200 t anuales. [4]
El dubnio se produce sintéticamente bombardeando actínidos con elementos más ligeros. [4]
Aplicaciones [ editar ]
La principal aplicación del vanadio son las aleaciones, como el acero al vanadio . Las aleaciones de vanadio se utilizan en resortes , herramientas , motores a reacción , blindajes y reactores nucleares . El óxido de vanadio le da a la cerámica un color dorado y otros compuestos de vanadio se utilizan como catalizadores para producir polímeros . [4]
Se agregan pequeñas cantidades de niobio al acero inoxidable para mejorar su calidad. Las aleaciones de niobio también se utilizan en boquillas de cohetes debido a la alta resistencia a la corrosión del niobio . [4]
El tantalio tiene cuatro tipos principales de aplicaciones. El tantalio se agrega a objetos expuestos a altas temperaturas, en dispositivos electrónicos , en implantes quirúrgicos y para manipular sustancias corrosivas. [4]
Toxicidad [ editar ]
No se sabe que el vanadio puro sea tóxico. Sin embargo, el pentóxido de vanadio causa irritación severa de los ojos, nariz y garganta. [4]
Se cree que el niobio y sus compuestos son ligeramente tóxicos, pero no se sabe que haya ocurrido una intoxicación por niobio. El polvo de niobio puede irritar los ojos y la piel. [4]
El tantalio y sus compuestos rara vez causan lesiones y, cuando lo hacen, las lesiones suelen ser erupciones cutáneas. [4]
Incidencias biológicas [ editar ]
De los elementos del grupo 5, solo se ha identificado que el vanadio desempeña un papel en la química biológica de los sistemas vivos, pero incluso juega un papel muy limitado en biología y es más importante en los entornos oceánicos que en la tierra.
El vanadio, esencial para las ascidias y tunicados como vanabinas , se conoce en las células sanguíneas de Ascidiacea (ascidias marinas) desde 1911, [5] [6] en concentraciones de vanadio en la sangre más de 100 veces superiores a la concentración de vanadio en el agua de mar a su alrededor. Varias especies de macrofungos acumulan vanadio (hasta 500 mg / kg de peso seco). [7] La bromoperoxidasa dependiente de vanadio genera compuestos organobromados en varias especies de algas marinas . [8]
También se sabe que las ratas y los pollos requieren vanadio en cantidades muy pequeñas y las deficiencias dan como resultado un crecimiento reducido y una reproducción deteriorada . [9] El vanadio es un suplemento dietético relativamente controvertido , principalmente para aumentar la sensibilidad a la insulina [10] y el desarrollo del cuerpo . El sulfato de vanadilo puede mejorar el control de la glucosa en personas con diabetes tipo 2 . [11] Además, el decavanadato y el oxovanadato son especies que potencialmente tienen muchas actividades biológicas y que se han utilizado con éxito como herramientas en la comprensión de varios procesos bioquímicos.[12]
Referencias [ editar ]
- ^ Holleman, Arnold F .; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (en alemán) (91–100 ed.). Walter de Gruyter. ISBN 3-11-007511-3.
- ^ Cintas, Pedro (2004). "El camino hacia los nombres químicos y los epónimos: descubrimiento, prioridad y crédito". Angewandte Chemie International Edition . 43 (44): 5888–94. doi : 10.1002 / anie.200330074 . PMID 15376297 .
- ^ Hatchett, Charles (1802). "Eigenschaften und chemisches Verhalten des von Charlesw Hatchett entdeckten neuen Metalls, Columbium" . Annalen der Physik (en alemán). 11 (5): 120-122. Código Bibliográfico : 1802AnP .... 11..120H . doi : 10.1002 / yp.18020110507 .
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p Emsley, John (2011). Bloques de construcción de la naturaleza .
- ↑ Henze, M. (1911). "Untersuchungen über das Blut der Ascidien. I. Mitteilung. Die Vanadiumverbindung der Blutkörperchen" . Zeitschrift für Physiologische Chemie de Hoppe-Seyler (en alemán). 72 (5–6): 494–501. doi : 10.1515 / bchm2.1911.72.5-6.494 .
- ^ Michibata H, Uyama T, Ueki T, Kanamori K (2002). "Vanadocitos, las células tienen la clave para resolver la acumulación y reducción altamente selectiva de vanadio en las ascidias" (PDF) . Investigación y técnica de microscopía . 56 (6): 421–434. doi : 10.1002 / jemt.10042 . PMID 11921344 .
- ^ Kneifel, Helmut; Bayer, Ernst (1997). "Determinación de la estructura del compuesto de vanadio, Amavadine, de Fly Agaric". Angewandte Chemie International Edition en inglés . 12 (6): 508. doi : 10.1002 / anie.197305081 . ISSN 1521-3773 .
- ^ Mayordomo, Alison; Carter-Franklin, Jayme N. (2004). "El papel de la bromoperoxidasa de vanadio en la biosíntesis de productos naturales marinos halogenados". Informes de productos naturales . 21 (1): 180–8. doi : 10.1039 / b302337k . PMID 15039842 .
- ^ Schwarz, Klaus; Milne, David B. (1971). "Efectos de crecimiento del vanadio en la rata". Ciencia . 174 (4007): 426–428. Código Bibliográfico : 1971Sci ... 174..426S . doi : 10.1126 / science.174.4007.426 . JSTOR 1731776 . PMID 5112000 .
- ^ Sí, Gloria Y .; Eisenberg, David M .; Kaptchuk, Ted J .; Phillips, Russell S. (2003). "Revisión sistemática de hierbas y suplementos dietéticos para el control glucémico en la diabetes" . Cuidado de la diabetes . 26 (4): 1277–1294. doi : 10.2337 / diacare.26.4.1277 . PMID 12663610 .
- ↑ Badmaev, V .; Prakash, Subbalakshmi; Majeed, Muhammed (1999). "Vanadio: una revisión de su papel potencial en la lucha contra la diabetes". La Revista de Medicina Alternativa y Complementaria . 5 (3): 273-291. doi : 10.1089 / acm.1999.5.273 . PMID 10381252 .
- ↑ Aureliano, Manuel; Crans, Debbie C. (2009). "Decavanadato y oxovanadatos: Oxometalatos con muchas actividades biológicas". Revista de bioquímica inorgánica . 103 : 536–546. doi : 10.1016 / j.jinorgbio.2008.11.010 .
Lectura adicional [ editar ]
- Greenwood, N (2003). "Vanadio a dubnium: de la confusión a través de la claridad a la complejidad". Catálisis hoy . 78 (1–4): 5–11. doi : 10.1016 / S0920-5861 (02) 00318-8 .
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