钒（Vanadium）是由1830年瑞典化学家塞夫斯特姆（Sef-strom）在一种铁矿中肯定了钒作为一个新元素。钒是一个奇异的元素，它的分布很广很分散，在地球上很少有聚居点，蕴藏量是银的1000倍，地壳中的丰度为136ppm，占所有元素的第23位，称为稀有金属。海洋中含钒不多，仅2—35ppb。但海洋生物中含钒较多，海鞘体内含钒量比海水中高出几千倍，实际上海洋生物起到了浓缩海水中钒的作用，称为生物富矿。钒的主要矿物为绿硫钒矿VS2或V2S5，铅钒矿（或褐铅矿）Pb5（VO4）3Cl等，我国四川攀枝花地区蕴藏着极丰富的钒钛铁矿，对钒钛铁矿有需求的用户可以到这里进行矿权交易。

　　8.3.1  金属钒

　　钒是银灰色的金属，纯钒具有延展性，不纯时硬而脆，有高的熔点，是难熔金属。钒容易呈钝态，因此在常温下活泼性较低，块状钒在常温下不与空气、水、苛性碱作用，也不和非氧化性的酸作用，但溶于氢氟酸，它也溶于强的氧化性酸中，如硝酸和王水。在高温下，钒与大多数的非金属元素反应，并可与熔融的苛性碱发生反应。

　　钒有金属“维生素”之称，含百分之几钒的钢，组织颗粒细腻，具有很大的强度，弹性以及优良的抗磨损和抗冲击变曲的性能，故广泛用于结构钢、弹簧钢，工具钢、装甲钢和钢轨。特别对汽车和飞机制造业有重要意义，是汽车工业的基础。

　　制取钒的纯金属是非常困难的，因为它甚至比钛更容易与氢、碳、氮和氧化合。用金属热还原法（如用钙）制金属钒

　　V2O5+5Ca—→5CaO+2V

　　8.3.2  钒的重要化合物

　　钒是多氧化态元素，它的元素电势图如下：

　　钒元素电势图j /V

　　由上表可知，在强酸性介质中V（Ⅳ）较稳定，V（Ⅴ）具有中等强度的氧化性，V（Ⅲ）和 V（Ⅱ）的还原性较强，易被空气氧化为V（Ⅳ）VO2+。本节主要介绍五氧化二钒、钒酸盐和多钒钒酸盐及高低价化合物的相互转化。

　　8.3.2.1  五氧化二钒

　　V2O5是棕黄色固体，难溶于水（室温、溶解度为0.07g/100gH2O），水

　　铵NH4VO3可得到V2O5。

　　V2O5是两性氧化物，以酸性为主，溶于强碱生成钒酸盐。

　　V2O5+6NaOH—→2Na3VO4+3H2O

　　溶于强酸生成钒氧基VO2+离子的盐

　　V2O5+H2SO4—→（VO2）2SO4+H2O

　　V2O5有一定的氧化性，若将其溶于浓HCl，由于发生了氧化还原反应，得到V（Ⅳ）盐和Cl2

　　V2O5+6HCl—→2VOCl2+Cl2+3H2O

　　8.3.2.2  钒酸盐和多钒酸盐

　　钒酸盐和磷酸盐相似，都有缩合性，有正钒酸盐，焦钒酸盐，偏钒酸盐、多钒酸盐等。向钒酸盐溶液加酸，降低溶液的pH值，使钒酸根离子质子化的同时发生脱水而进行缩合的。随着pH的下降，多钒酸根中含钒原子越多，就是缩合度增大，其缩合平衡为：

　　2[VO3（OH）]2-+H+ [V2O6（OH）]3-+H2O  （pH≥13）

　　3[VO3（OH）]2-+3H+ V3O93-+3H2O（pH≥8.4）

　　VO43-、V2O6（OH）3-是无色的，随着缩合度增大，溶液的颜色逐渐加深，由淡黄色变为深红色，溶液转变为酸性后，缩合度不变，而是获得质子的反应

　　[V10O28]6-+H+ [HV10O28]5-

　　[H10O28]5-+H+ [H2V10O28]4-

　　pH≈2时，则有五氧化二钒水合物的红色沉淀析出，如果加足够的酸（pH=1）溶液中存在稳定的黄色VO2+离子，亦即+钒酸根离子解聚：

　　[H2V10O28]4-+14H+ 10VO2++8H2O（pH=1）

　　由此可见钒酸盐的缩合与磷酸盐不同：①缩合酸盐形成的条件不同。②钒的缩合酸盐有颜色。③从结构上看，缩合钒酸盐不仅与磷酸盐相同，有钒氧四面体共用角相连成链状，如偏钒酸铵结构与偏磷盐相似（见图8—3），而且还有钒氧八面体共用棱边（倾斜棱边，水平棱边）组成的十钒酸根离子V10O286-，见图8—4。

　　8.3.2.3  高低价钒化合物的相互转化

　　钒（V）是较强的氧化剂，能与许多还原剂反应，被还原的低价产物都有丰富多彩的颜色。例如：

　　VO2++Fe2++2H+—→VO2++Fe3++H2O

　　（蓝）

　　VO2++2I-+4H+→V3++I2+2H2O

　　（绿）

　　2VO2++3Zn+8H+—→2V2++3Zn2++4H2O

　　（紫）

　　与Zn的反应颜色由蓝→绿→紫，最终为紫色。由于还原剂强弱不同， V（Ⅴ）被还原的产物是不同的，Zn还原性最强，能将V（Ⅴ）还原为V2+，而Fe2+只能还原V（V）至VO2+，此反应用于容量法测定V。I-只能将V（Ⅴ）还原为V3+。

　　在低价钒的化合物中，V（Ⅳ）最稳定，V3+不稳定，V2+最不稳定，易为空气中氧氧化，为强还剂。如：

　　在钒酸盐溶液中加H2O2，若溶液是弱碱性，中性或弱酸性时，得到黄色的二过氧钒酸离子[VO2（O2）2]3-，若溶液是强酸性时，得到红棕的过氧钒阳离子[V（O2）]3+，两者之间存在下列平衡

　　[VO2（O2）2]3-+6H+ [V（O2）]3++H2O2+2H2O

　　钒酸盐与过氧化氢的反应，在分析上可用作为鉴定钒和比色测定之用。

　　钒的化学反应图示如下：

　　8.3.3  钒的生物作用

　　钒与人体有密切的关系，是70年代发现的人体必需的微量元素。人体含15mg钒，能发育正常，有旺盛的生命力。动物试验表明严重缺钒，会使骨骼畸形，生长迟缓，生殖机能下降。最近研究证明，钒对糖尿病的治疗有特殊的疗效，患者饮用偏钒酸钠和食盐的混合溶液，4天后血液中的糖量即可恢复正常。此外，钒还能抑制胆固醇的合成，以减少血液中的胆固醇。

　　钒（V）酸盐与磷盐相似，对各种酶的功能有重要作用。钒酸盐能自动与羟基（葡萄糖）发生醋化后可作为酶基质代替普通的磷酸盐基质。钒酸盐能使Na+、K+-ATP（Na+、K+—三磷酸腺苷）酶反应受阻，是这类酶反应的强抑制剂。详细机理尚不清楚。

　　高等动物很难吸收钒，典型的摄入量只占食入量的0.1～1.0％。而奇怪的是无脊椎动物却有积累钒的本领。如海鞘类蠕虫血里钒的浓度达1900ppm，还有一种海鞘的血细胞中钒的浓度竟达14500ppm，它们能浓缩海水中的钒，成为钒的来源。

　　钒的化合物有毒，人吸收多了会得肺水肿。

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