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Vanadium
Le vanadium est un élément chimique, de symbole V et de numéro atomique 23.
C'est un métal rare, mou et ductile que l'on trouve dans certains minerais. Il est principalement utilisé dans les alliages.
Sommaire
Caractéristiques notables
Vanadium
Le vanadium est un métal blanc, brillant, mou et ductile. Il possède une bonne résistance à la corrosion par les composés alcalins, ainsi qu'aux acides chlorhydrique et sulfurique. Il s'oxyde rapidement à environ 933 K. Le vanadium possède une bonne force structurelle ainsi qu'une faible section efficace d'interaction avec les neutrons de fission, ce qui le rend utile dans les applications nucléaires. C'est un métal qui présente à la fois des caractéristiques acide et basique.
Les états d'oxydation communs du vanadium sont +2, +3, +4 et +5. Une expérience populaire faite en réduisant du vanadate d'ammonium avec du zinc métallique permet de démontrer par calorimétrie les quatre états d'oxydation du vanadium. Un état d'oxydation +1 existe mais est plus rarement rencontré.
Utilisations
Environ 80% du vanadium produit est utilisé dans le ferro-vanadium et comme additif dans l'acier. Autres utilisations :
- Le pentoxyde de vanadium (V2O5) est utilisé dans les céramiques et comme catalyseur ; c'est aussi un des gaz responsables de la corrosion chaude (fluxage).
- Le vanadium est utilisé pour stocker l'énergie électrique dans des batteries à flux, encore peu répandues et en cours de développement[1] (2007).
- Le vanadium est utilisé dans certains alliages d'acier inoxydable comme par exemple pour l'acier chirurgical.
- Mélangé à l'aluminium et au titane on l'utilise dans la fabrication des moteurs de jet.
- Des composés de vanadium sont utilisé comme catalyseur pour la synthèse de l'acide sulfurique ou de l'anhydre maléique.
Histoire
Le nom vanadium vient de Vanadis, « Dís des Vanir », autre nom de Freyja, déesse scandinave de la beauté, car celui-ci présente des composés chimiques très colorés. Il a été découvert par Andrés Manuel del Río un minéralogiste espagnol à Mexico en 1801. Il le baptisa alors « plomb brun » (maintenant appelé vanadinite). Lors de ses expériences, il découvrit que cette couleur provenait de traces de chrome, et renomma alors l'élément panchromium. Il le rebaptisa encore une fois plus tard érythronium, car la plupart des sels devenaient rouges lorsqu'ils étaient chauffés. Le chimiste français Hippolyte-Victor Collet-Descotils déclara alors que le nouvel élément de del Rio n'était que du chrome impur, et le Baron Alexander von Humboldt, ami de del Rio, fut du même avis. Del Rio se rangea lui-même à leurs conclusions.
En 1831, un suédois du nom de Nils Gabriel Sefström, redécouvrit le vanadium dans de nouveaux oxydes qu'il trouva en travaillant sur des minerais de fer. Plus tard la même année Friedrich Wöhler confirma les travaux de del Rio.
Le vanadium métallique fut isolé par Henry Enfield Roscoe en 1867. Celui-ci réduisit du chlorure de vanadium (VCl3) avec du dihydrogène.
Rôle biologique
À faible dose, le vanadium est un oligoélément, composant essentiel de certaines enzymes. Les rats et les poulets en ont besoin d'une quantité infinitésimale pour éviter des déficiences dans la croissance et la reproduction. Le vanadium est à l'étude pour le traitement du diabète. On sait déjà qu'il possède des propriétés insulino-sensibilisante bien supérieure au sulfonyl-urée et à la metformine, avec des effets indésirables réputés minimes. En tant qu'élément naturel, il n'est pas brevetable.
Contamination environnementale, présence dans l'environnement
Le vanadium est très faiblement présent en solution dans l’océan (de 1 à 3 μg/L) ; par exemple 1,22 μg/L en moyenne dans l'eau du fond du Golfe du Saint-Laurent et 1,19 μg/L en Atlantique Nord ou de 1,2 à 1,8 μg/L en mer des Sargasses, 1,53 à 2,03 μg/L dans le Pacifique. Il a rarement été mesuré sur la frange littorale, mais quelques études ont trouvé des taux variant de 0,61 μg.l-1 à 7,1 μg.l-1 sur le littoral de la Mer Noire[2].
Dans l'air ou dans l'eau, il provient essentiellement des émissions volcaniques,de lérosion des sols et roches ou de sources anthropiques telles que les effluents des usines produisant l'oxyde de titane qui en contiennent beaucoup (Ex : 317 t/an apporté par la Seine en Baie de Seine). Dans le monde, les fleuves en introduiraient ainsi 312 000 t/an dans l'océan [2].
La pollution de l'air par la combustion d'hydrocarbures en est une autre source (le pétrole brut Koweïtien ou d’Arabie Saoudite en renferme de 29 à 60 mg par kg de pétrole, soit un apport de 12 000 à 24 000 t/an dont 10 à 15% rejoignent la mer via les pluies. 53% de tout le vanadium de l'air serait d'origine anthropique [2].
Écotoxicologie
Le vanadium peut inhiber certaines réactions enzymatiques. La dose létale sur 9 jours pour la moule a été évaluée à 65 mg/Litre [2]. De nombreux organismes marins le concentrent (Les Tunicates (Urochordés) ont une concentration interne de vanadium jusqu'à un million de fois supérieure à celle de l'eau où ils vivent), mais souvent en l'inertant (seule une faible partie est assimilée, le reste étant fixé ou métabolisé et excrété).
Occurrence
On ne trouve pas de vanadium libre dans la nature, mais on le trouve sous forme liée dans au moins 65 minéraux comme la patronite (VS4), la vanadinite (Pb5(VO4)3Cl), et la carnotite (K2(UO2)2(VO4)2.3H2O); parfois dans la tanzanite. Le vanadium est aussi présent dans la bauxite, ainsi que dans le carbone contenant des dépôts comme le pétrole, le charbon, le bitume. Le spectre du vanadium a aussi été détecté dans la lumière du soleil ainsi que dans celle de certaines étoiles.
Isotopes
Le vanadium dans la nature est formé de deux isotopes, l'isotope 50 à 0,24% et l'isotope 51 à 99,76%.
Notes et références
- ↑ Australian Island Using Flow Batteries To Store Wind Power : MetaEfficient
- ↑ a , b , c et d Surveillance du milieu marin, travaux du Réseau National d'Observation de la Qualité du Milieu Marin Ifremer, Le RNO : programmes actuels - L'argent, le cobalt, le nickel et le vanadium dans les mollusques du littoral français - Les carottes sédimentaires, mémoire de la contamination, Bulletin Ifremer, 2002
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