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Übergangsmetalle: Vanadium

Symbol: V
Kategorie: Übergangsmetalle
Ordnungszahl: 23
Relative Atommasse: 50,9415
Schmelzpunkt: 2163 K
Siedepunkt: 3653 K
Dichte: 6,09 g cm-3
Elektronegativität: 1,5
Ionisierungsenergie: 6,74 eV
Konfiguration: [Ar] 3d³ 4s²
Oxidationszahlen: 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -3
Atomradius: 132,1 pm
Ionenradius: 59 pm (+5); 61 pm (+4)

Vanadium ist ein hartes, aber schmiedbares Metall, das an seiner Oberfläche ähnlich wie Aluminium eine schützende Oxidschicht bildet; in metallischer Form kommt in der Natur sehr selten vor. Es entsteht überwiegend in Supernovae des Typs Ia, zum Teil auch in sterbenden Riesensternen. In der Erdkruste ist Vanadium unter den 20 häufigsten Elementen, bildet mehrere Dutzend Minerale und kommt unter anderem in Mineralquellen, Bauxit und Rohöl vor. Spuren von Vanadium in Rohöl können Motoren und Brennöfen korrodieren, wenn der fossile Brennstoff verbrannt wird; über 100 000 Tonnen Vanadium gelangen jedes Jahr auf diesem Weg in die Umwelt. Das Element hat eine überdurchschnittlich reiche Chemie, es kommt in den Oxidationsstufen +2 bis +5 vor und bildet viele farbige Verbindungen.

Mehr als 85 Prozent des produzierten Vanadiums verwendet man in einer Klasse von Stahllegierungen namens Ferrovanadium, die sehr widerstandsfähig sind und deswegen unter anderem in jedem gut sortierten Werkzeugkasten eine wichtige Rolle spielen. Außerdem bestehen stark belastete Bauteile wie zum Beispiel Kurbelwellen in Automotoren aus Ferrovanadium-verstärkten Stählen. Auch andere Metalle als Eisen legiert man mit Vanadium, um sie fester zu machen. Einige Vanadiumlegierungen werden bei tiefen Temperaturen supraleitend. Die wichtigste Vanadiumverbindung ist Vanadiumpentoxid (V2O5), das als Katalysator bei der Herstellung von Schwefelsäure dient.

Außerdem basiert ein besonderer Typ von Akkumulator, die Vanadium-Redox-Flussbatterie, auf gelösten Vanadiumionen; diese wiederaufladbare Batterie nutzt die Eigenschaft des Elements, in Wasser in verschiedenen Oxidationsstufen vorzukommen. Die Batterie besteht aus zwei Tanks, von denen aus die Lösungen der verschiedenen Vanadiumionen in die durch einen Protonenleiter getrennten Hälften der Batteriezelle gepumpt werden. Die Vorteile solcher Batterien sind einerseits ihre im Prinzip unbegrenzte Energiekapazität, die allein von der Größe der Tanks abhängt, andererseits ihre schnelle Reaktionszeit sowie der Umstand, dass sie sicher und unbrennbar ist. Allerdings sind Vanadium-Redox-Flussbatterien sehr groß und haben eine geringe Energiedichte, so dass sie hauptsächlich für Zwischenspeicher in Häusern und Stromnetzen geeignet sind.

Vanadium spielt eine Rolle in vielen marinen Algen, Bakterien und Meerestieren; in Manteltieren wie Salpen ist es ein essenzielles Element. Einige Pilze, darunter der Fliegenpilz, bilden ebenfalls Proteine, die Vanadium enthalten. Welche Funktion das Element in den Organismen hat, ist bisher unklar. Auch in einigen Säugetieren scheint das Element eine Rolle zu spielen: Ratten, denen Vanadium vorenthalten wird, zeigen Wachstumsstörungen. Ob Vanadium für Menschen essenziell ist, ist ungeklärt.

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