Élément chimique · fiche de référence

23V

Vanadium

Le vanadium est l’élément 23 (V), situé en période 4, groupe 5 et dans le bloc d. À température ambiante, son état de référence est solide. Sa configuration électronique est [Ar] 3d3 4s2.

Numéro atomique23

Poids atomique standard50,9415(1)

Groupe5

Période4

Blocd

Configuration électronique[Ar] 3d3 4s2

Structure électronique

Ce qui gouverne sa chimie

La sous-couche d intervient directement dans la chimie du vanadium. Les électrons d et s ont souvent des énergies proches, ce qui favorise plusieurs états d’oxydation, la formation de complexes et, pour de nombreux métaux de transition, des propriétés catalytiques.

La configuration [Ar] 3d3 4s2 doit être lue avec l’état d’oxydation du composé : retirer des électrons modifie l’occupation des orbitales d et peut changer couleur, magnétisme, géométrie de liaison et réactivité.

Formes chimiques

Composés, ions et matériaux

Pour le vanadium, les formes chimiques importantes comprennent le métal et ses alliages, ainsi que des oxydes, des halogénures et des complexes de coordination. Plusieurs états d’oxydation sont souvent possibles car les électrons s et d ont des énergies proches ; les ligands autour de l’ion métallique peuvent modifier fortement couleur, magnétisme et réactivité.

Comportement physique

État et changements de phase

À température ambiante, l’état de référence est solide. La masse volumique indiquée est 6 g/cm³. Le point de fusion est 2 201 K (1 928 °C). Le point d’ébullition est 3 680 K (3 407 °C). La pression, la pureté et la structure cristalline peuvent modifier les valeurs mesurées.

Présence et applications

Présence, formes et usages

Le vanadium est surtout utilisé comme élément d’alliage : de faibles proportions peuvent renforcer fortement certains aciers destinés aux outils, aux ressorts ou aux pièces mécaniques. Le pentoxyde de vanadium sert aussi de catalyseur dans plusieurs procédés chimiques, et les couples redox du vanadium sont exploités dans certaines batteries à flux.

Dans la pratique

Exemples d’utilisations concrètes

métallurgie et aciers

Le vanadium intervient dans la métallurgie du fer et des aciers, comme élément d’alliage, agent de raffinage ou composant de la chimie de transformation du minerai.

catalyseurs

Le vanadium est utilisé pour accélérer des réactions chimiques sans être consommé dans le bilan global de la réaction.

batteries et accumulateurs

Le vanadium intervient dans certaines chimies de batteries, matériaux d’électrode ou électrolytes. Le rôle exact dépend du composé et du type d’accumulateur.

Position périodique

Ce que montrent les éléments voisins

Le vanadium est en période 4 et dans le groupe 5. Dans le voisinage affiché, il se trouve entre le titane et le chrome sur la même période ; le niobium est juste au-dessous dans le même groupe. Ces positions permettent de comparer le rayon atomique, l’énergie d’ionisation et les modes de liaison avec les éléments proches.

Données de référence

Propriétés physiques et atomiques

Classificationmétal de transition

État à température ambiantesolide

Électrons par couche2 · 8 · 11 · 2

Masse volumique6 g/cm³

Point de fusion2 201 K (1 928 °C)

Point d’ébullition3 680 K (3 407 °C)

Électronégativité de Pauling1,63

Première énergie d’ionisation650,9 kJ/mol

Affinité électronique50,91 kJ/mol

Les valeurs décrivent l’élément ou l’atome neutre lorsque cela s’applique. Les propriétés physiques peuvent dépendre de l’allotrope, de la pression et des conditions de mesure.

Histoire

Découverte et identification

La découverte du vanadium est associée à Andrés Manuel del Río. L’identification de l’élément, son isolement sous forme pure et l’attribution ultérieure de son numéro atomique ne correspondent pas nécessairement au même moment historique.

Isotopes et poids atomique

Ce que signifie la valeur du tableau

Le poids atomique standard est 50.9415(1). Cette valeur décrit la composition isotopique de la matière terrestre naturelle ; ce n’est pas la masse d’un atome particulier.

Le vanadium possède au moins un isotope stable. Les isotopes ont le même nombre de protons et appartiennent donc au même élément, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons et leur masse atomique.

Précautions

Manipulation et exposition

Les risques associés au vanadium dépendent de la forme chimique, de la dose et de la voie d’exposition. Le vanadium élémentaire, ses ions et ses composés peuvent avoir des effets biologiques très différents : il faut consulter les données de sécurité de la substance réellement manipulée.