【元素家族——連載124】女神元素：釩

1801年，在新大陸墨西哥城的一位西班牙化學家德·里奧正在研究當地的一種「棕鉛礦」（現在叫釩鉛礦），他從這種礦石里提取出來各種不同顏色的鹽類，這些顏色都是他之前沒有見過的，而在加熱後，這些鹽類都變成了紅色，他認為這其中有一種新元素。但在當時，新大陸仍是科學的蠻荒之地，他的發現被傳遞到法國科學家迪科蒂斯手裡，驕傲的法國人宣布這不過是一種不純的鉻鹽，德·里奧接受了迪科蒂斯的建議，撤回了自己發現新元素的報告。

【釩的發現者，不自信的德·里奧。】

到了1831年，瑞典科學家塞夫斯特瑞姆在研究當地的鐵礦石的時候重新發現了這種新元素。由於這種新元素的化合物是五顏六色的，所以用北歐神話里的一位女神：凡娜迪絲來命名它，翻譯成中文就是「釩」。同年，維勒發現，塞夫斯特瑞姆發現的釩就是之前德·里奧發現的新元素，有人提出，應該用德·里奧來命名新元素，不過沒有被採納。所以，德·里奧依舊被公認為釩的發現者，而釩的名字仍然採用塞夫斯特瑞姆建議的女神。

【北歐神話里的女神：凡娜迪絲，其實她另一個名字更加廣為人知：弗蕾婭，是美貌和生育之神。】

和其他過渡元素一樣，單質釩也很難被分離出來。雖然大牛貝采尼烏斯宣布得到了金屬釩，但到了1867年，英國科學界羅斯科發現，這不過是氮化釩。同年，在一次偶然的試驗中，羅斯科用氫氣還原二氯化釩，終於得到了單質釩。

這是一種中等硬度、柔軟的、鋼青色的金屬，但跟鐵熔合在一起變成合金之後，就非常堅硬，被稱作釩鋼。這種釩鋼特別適用於做一些金屬工具，比如扳手等等。

由於釩鐵礦分布很廣泛，直接冶煉不用分離就可以得到釩鋼。每年世界上生產出的釩有85%用於生產釩鋼。

【釩鋼做的扳手。】

【福特T型車，1910年發明，底盤用了釩鋼，在減輕自重的情況下，還增加了強度。】

釩在地球上其實並不少，在所有的元素中列第20名。在65種礦物中都能找得到釩，最常見的如綠硫釩石（四硫化釩）、釩鉛礦(Pb5(VO4)3Cl)、釩鉀鈾礦(K2(UO2)2(VO4)2·3H2O)等，這些五顏六色的礦物經常和鋁土礦、磁鐵礦伴生。甚至在石油里，也發現有含釩的礦物，據報道，有一次竟然在石油中發現有1200ppm的釩元素。這些在石油中的釩元素對人類的生產是有害的，當燃燒這些石油之後，痕量的釩元素粘附到其他金屬身上，我們知道釩相對於鋼鐵、鋁等常用金屬更不易腐蝕，由於電化學效應，會讓其他金屬更加容易腐蝕。據統計，每年有11萬噸的釩元素被排放到大氣里，人們還沒有太好的辦法去處理它們。

【鮮艷的釩鉛礦，不要當做紅寶石哦。】

前面我們提到釩的化合物是五顏六色的，這是因為釩元素有四種化合價：+2,+3,+4,+5，而且它特別容易在其中相互切換。在水溶液中，它就很容易形成各種價態的金屬離子水合物：[V(H2O)6]2+，[V(H2O)6]3+，[VO(H2O)5]2+，VO3-，分別是淡紫色、綠色、藍色和黃色，果然是女神元素，多姿多彩。

【釩的四種價態，體現出四種不同的顏色。】

釩易於在各種價態相互切換的這種特性讓它成為很多重要化學反應的催化劑，比如硫酸的接觸法，用的就是五氧化二釩做催化劑。類似的，五氧化二釩還出現在馬來酸酐、領苯二甲酸酐的生產中。

【接觸法製取硫酸的機理。】

釩元素在各種價態中相互切換，其實質是電子的轉移。好吧，既然你這麼容易發生電子轉移，那當然是電池的好材料。沒錯，釩電池是一種優秀的綠色環保蓄電池，目前發展勢頭強勁。它的生產成本與鉛酸電池相近，但製造、使用及廢棄過程均不產生有害物質。工程師們已經開始考慮將釩元素引入鋰電池，用氧化釩鋰做陽極，搭配鈷酸鋰做陰極。或者用磷酸釩做陰極，這又是一種新型的思路。讓我們期待他們的成功，讓女神元素為我們的未來服務！

【釩電池的原理。】