വനേഡിയം - ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം

Read Time:11 Minute

ഡോ. രമ്യ കെ

കെമിസ്ട്രി, ഗവൺമെൻറ് എഞ്ചിനീയറിംഗ് കോളേജ്, ശ്രീകൃഷ്ണപുരം, പാലക്കാട്

ലൂക്ക – ആവർത്തനപ്പട്ടികയുടെ 150ാംവാർഷികത്തിന്റെ ഭാഗമായുള്ള ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം (One day One Element) പംക്തി തുടരുന്നു. ഇന്ന് വനേഡിയത്തെ പരിചയപ്പടാം.

ആധുനിക ആവർത്തനപ്പട്ടികയിൽ ബെറിലിയം ഗ്രൂപ്പിനും (ഗ്രൂപ്പ് 2) ബോറോൺ ഗ്രൂപ്പിനും (ഗ്രൂപ്പ് 13) ഇടയിലുള്ള 10 ഗ്രൂപ്പുകളായിട്ടാണ് (ഗ്രൂപ്പ് 3-12) ട്രാൻസിഷൻ മെറ്റൽസ് അഥവാ സംക്രമണ ലോഹങ്ങൾ സ്ഥാനം പിടിച്ചിട്ടുള്ളത്. d ബ്ലോക്കിൽ പെടുന്ന ഈ മൂലകങ്ങളെ മുകളിൽ നിന്നും താഴോട്ട് യഥാക്രമം 3d, 4d, 5d, 6d ശ്രേണികളായി( series) നാല് വരികളിലായി (rows) ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. ഇവയിൽ 3d ശ്രേണിയിലെ (ആറ്റോമിക നമ്പർ 21-30) മൂന്നാമനാണ് വനേഡിയം (ആറ്റോമിക നമ്പർ:23).

സംക്രമണ ലോഹങ്ങളുടെ പൊതുവായിട്ടുള്ള പ്രത്യേകത, അവയുടെ സംയോജകതാ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഒന്നിലധികം ഓർബിറ്റലുകളിലായി സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നു എന്നതാണ്. ഉദാഹരണത്തിന് 3d ശ്രേണിയിലെ മൂലകങ്ങളുടെ വാലൻസ് ഇലക്ട്രോണുകൾ 3d, 4ട എന്നീ ഓർബിറ്റലുകളിലാണുള്ളത്. വനേഡിയത്തിന്റെ ഇലക്ട്രോണിക് വിന്യാസം (Ar)3d³4s² എന്നെഴുതാം. അതായത് 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s². ഒന്നിലധികം സ്ഥിരതയുള്ള ഓക്സീകരണ അവസ്ഥകൾ (oxidation states)സംക്രമണ ലോഹങ്ങളുടെ മറ്റൊരു സവിശേഷതയാണ്. വനേഡിയം +2 മുതൽ +5 വരെ സ്ഥിരതയുള്ള ഓക്സീകരണഅവസ്ഥകള്‍ കാണിക്കുന്നു. ഓരോ ഓക്സീകരണ അവസ്ഥയും ലായനിയിൽ ഓരോ നിറങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു

ഐസോടോപ്പുകൾ

⁵¹V ആണ് ഏറ്റവും സ്ഥിരതയുള്ള ഐസോടോപ്പ്. ഭൂവൽക്കത്തിലുള്ളതിൽ 99.75% വനേഡിയവും ⁵¹V ആണ്. ⁵⁰V ആണ് മറ്റൊരു പ്രധാന ഐസോടോപ്പ്.ഇതു റേഡിയോ ആക്ടീവത ഉള്ളതാണ്.അര്‍ദ്ധായുസ്സ് 1.5×10¹⁷വര്‍ഷം. നിര്‍മിത ഐസോടോപ്പുകള്‍ 24 എണ്ണം ഉണ്ട്. പക്ഷെ എല്ലാം വളരെ അസ്ഥിരം ആണ്.

ഭൗതിക ഗുണങ്ങൾ

വെള്ളി നിറത്തിലുള്ളൊരു ലോഹമാണ് വനേഡിയം . ലോഹങ്ങളുടെ പൊതു സവിശേഷതയായിട്ടുള്ള അടിച്ചു പരത്താനും (malleability), കമ്പികളാക്കാനും (ductility), വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാനും (conductivity ) ഉള്ള കഴിവുകൾ വനേഡിയത്തിന്റെയും പ്രത്യേകതകളാണ്. കൂടാതെ തേയ്മാനം ചെറുക്കാൻ കഴിവുള്ള (corrosion resistant) ഒരു ലോഹം കൂടിയാണിത്.

ദ്രവണാങ്കം: 1910°C , തിളനില: 3407°C

രണ്ടു തവണ കണ്ടുപിടിച്ച ലോഹം

1801 ൽ മെക്സികോ സിറ്റിയിലെ മിനറോളജി പ്രൊഫസറായ ആൻഡ്രിസ് മാനുവെൽ ഡെൽ റിയോ (Andrés Manuel del Rio) വനഡൈറ്റ് (vanadite) ധാതു കണ്ടു പിടിക്കുകയും അതിലടങ്ങിയ (പുതുതായി കണ്ടെത്തിയ) ലോഹത്തിനെ എറിത്രോണിയം (erythronium) എന്നു നാമകരണം ചെയ്യുകയും ചെയ്തു. പുതിയ ലോഹത്തിന്റെ കണ്ടുപിടിത്തം ഉറപ്പിക്കുന്നതിനായി അദ്ദേഹം ഈ ധാതുവിന്റെ സാമ്പിളും അതെക്കുറിച്ചുള്ള വിശദ വിവരങ്ങളടങ്ങിയ നോട്ടുകളും ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഡി ഫ്രാൻസ് (institute de France) ലേക്ക് അയച്ചുകൊടുത്തു. എന്നാൽ കപ്പലപകടത്തിൽ നോട്ടുകൾ നഷ്ടപ്പെട്ടു. പുതിയ ലോഹത്തിന് ക്രോമിയവുമായുള്ള സാമ്യങ്ങളെപ്പറ്റി പ്രതിപാദിക്കുന്ന, ആശയക്കുഴപ്പമുണ്ടാക്കുന്നൊരു നോട്ടും സാമ്പിളും മാത്രമാണ് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ടിൽ ലഭിച്ചത്. അവരത് ക്രോമിയം തന്നെയാണെന്ന നിഗമനത്തിലെത്തുകയാണുണ്ടായത്. അതോടെ പുതിയ ലോഹം കണ്ടുപിടിച്ചുവെന്ന അവകാശവാദം അദ്ദേഹം പിൻവലിച്ചു.

പിന്നീട് 1830 ൽ സ്വീഡിഷ് കെമിസ്റ്റ് ആയ നിൽ ഗബ്രിയേൽ സെഫ്സ്‌ട്രോം (Nil Gabriel Sefström) വീണ്ടും വനേഡിയം കണ്ടു പിടിക്കുകയും വനേഡിയം എന്ന പേര് നൽകുകയും ചെയ്തു ( സ്നേഹത്തിന്റേയും സൗന്ദര്യത്തിന്റെയും സ്കാൻറിനേവിയൻ ദേവതയായ വനഡിസ് ൽ നിന്നാണ് വനേഡിയം എന്ന പേരുണ്ടായത്).

ഉത്പാദനം

ലോഹ രൂപത്തിൽ അപൂർവമായി മാത്രമേ വനേഡിയം കാണപ്പെടുന്നുള്ളു. പ്രധാനമായും വനഡിനൈറ്റ് (vanadinite; [Pb₅(VO₄)₃Cl]), കാർനൊടൈറ്റ് (Carnotite; [K₂(UO₂)₂(VO₄)₂]), പാട്രൊനൈറ്റ് (patronite; VS₄), മാഗ്നറ്റൈറ്റ്(magnatite) തുടങ്ങി 65 ഓളം ധാതുക്കളുടെ രൂപത്തിലാണ് വനേഡിയം കാണപ്പെടുന്നത്. ഭൂമിയുടെ പുറംതോടിൽ 0.0 19 ശതമാനമാണ് വനേഡിയം ഉൾക്കൊള്ളുന്നത്. ടൈറ്റാനിയം, യുറേനിയം തുടങ്ങിയ ലോഹങ്ങളെ വേർതിരിച്ചെടുക്കുമ്പോൾ ലഭിക്കുന്ന ഉപോല്പന്നങ്ങളിൽ നിന്നാണ് വനേഡിയത്തിന്റെ പ്രധാന സംയുക്തമായ V₂O₅ വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്നത്. ലോഹരൂപത്തിലുള്ള വനേഡിയം ലഭിക്കാൻ V₂O₅നെ കാൽസ്യം അല്ലെങ്കിൽ അലുമിനിയം ഉപയോഗിച്ച് നിരോക് സീകരണം നടത്തണം.

രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ

‌ ഓക്സിജനുമായി

വായുവിലെ ഓക്ലിജനുമായി ചൂടാക്കുമ്പോൾ വനേഡിയം പെന്റോക്ക്സൈഡും ഒപ്പം ചെറിയ അളവിൽ മറ്റു ഓക്സൈഡുകളും രൂപപ്പെടുന്നു.

ജലവുമായി

വനേഡിയത്തിന്റെ പ്രതലത്തിൽ ഓക്സൈഡ് പാളി ഉണ്ടാവുമെന്നതിനാൽ സാധാരണ ഊഷ്മാവിൽ ജലവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കില്ല.

ഹാലൊജനുകളുമായി

ഫ്ലൂറിനുമായി ചൂടാക്കുമ്പോൾ വനേഡിയം പെന്റാഫ്ലൂറൈഡ് ഉണ്ടാവുന്നു.

റിഡോക്സ് റിയാക്ഷനുകൾ

H₂S, SO₂ തുടങ്ങിയ നിരോക്‌സീകാരികളുമായി അംളീയാവസ്ഥയിൽ (acidic condition)പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ V(V) (+5 ഓക്സീകരണാവസ്ഥയുള്ള വനേഡിയം), V(IV) (+4 ഓക്സീകരണാവസ്ഥയുള്ള വനേഡിയം) ആയി നിരോക്സീകരിക്കപ്പെടുന്നു.

സിങ്ക് (Zn) പോലുള്ള ശക്തമായ നിരോക്സീകാരികളുമായി അംളീയാവസ്ഥയിൽ (acidic condition) പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ V(V), V(II) ആയി നിരോക്സീകരിക്കപ്പെടുന്നു . ഈ പരിവർത്തനത്തിനിടെ V(IV) (നീല നിറം), V(III) (പച്ച നിറം) എന്നിവയും കാണാനാകും.

ഉപയോഗങ്ങൾ

പ്രധാനമായും ലോഹസങ്കരങ്ങൾ (alloys) ഉണ്ടാക്കാനാണ് വനേഡിയം ഉപയോഗിക്കുന്നത്. നിർമിക്കപ്പെടുന്ന വനേഡിയത്തിന്റെ 80 ശതമാനവും ഉപയോഗിക്കുന്നത് വനേഡിയം സ്റ്റീൽ നിർമിക്കാനാണ്. വനേഡിയം സ്റ്റീൽ തുരുമ്പിക്കാത്തതും സാധാരണ സ്റ്റീലിനേക്കാൾ ബലമുള്ളതും തേയ്മാനം (Tear and wear) ചെറുക്കാൻ കഴിവുള്ളതും (corrosion resistant) ആഘാതങ്ങളെ താങ്ങാൻ കഴിവുള്ളതു (Shock resistant) മാണ്. കടുപ്പമേറിയ ഉപകരണങ്ങളായ ആക്സിലുകൾ, ആർമർ പ്ലേറ്റുകൾ, കാർ ഗിയർ, സ്പ്രിങ്ങുകൾ, കട്ടിങ് ടൂൾസ് തുടങ്ങിയവ നിർമിക്കാനാണ് വനേഡിയം സ്റ്റീൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. അലൂമിനിയവും ടൈറ്റാനിയവുമായി ചേർന്ന് ദന്തൽ ഇംപ്ലാന്റുകളിലും (dental implants) ജെറ്റ് എൻജിനുകളിലും ഉപയോഗിക്കത്തക്ക അത്യധികം കടുപ്പമേറിയ ലോഹസങ്കരങ്ങളുടെ നിർമാണത്തിനും വനേഡിയം ഉപയോഗിക്കുന്നു. അതിചാലകതയുള്ള ചില ലോഹസങ്കരങ്ങളുടെ നിർമാണത്തിനും സെറാമിക് നിർമാണത്തിലും വനേഡിയം ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്.
വസ്ത്രങ്ങൾക്ക് നിറം കൊടുക്കുമ്പോൾ മോർഡന്റ് (mordant; ചായങ്ങളെ തുണിത്തരങ്ങളിൽ ഉറപ്പിച്ചു നിർത്തുന്ന വസ്തു) ആയി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു വനേഡിയം സംയുക്തമാണ് വനേഡിയം പെന്റോക്സൈഡ് (V₂O₅).
ചില രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ രാസത്വരക (catalyst) മായും വനേഡിയം പെന്റോക്സൈഡ് ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. സൾഫ്യൂരിക് ആസിഡിന്റെ നിർമാണ പ്രക്രിയയായ കോൺടാക്റ്റ് പ്രോസസ് (contact process) ആണ് ഇവയിൽ പ്രധാനം. സൾഫർഡൈ ഓക്സൈഡ് (SO₂) സൾഫർട്രൈഓക്സൈഡ് (SO₃) ആയി മാറുന്ന പ്രക്രിയയിൽ ആണ് V2O5 രാസത്വരകം ആയി ഉപയോഗിക്കുന്നത്.

അതേ സമയം വനേഡിയം പെന്റോക്സൈഡ് വനേഡിയം ടെട്രോക്സൈഡായി മാറുകയും ചെയ്യും.

‌ സംക്രമണ ലോഹങ്ങൾ ഒന്നിലധികം സ്ഥിരതയുള ഓക്സികരണ അവസ്ഥകൾ കാണിക്കുന്നുവെന്നതിന് ഒരു മികച്ച ഉദാഹരണമാണിത്. ഇങ്ങനെയുണ്ടാവുന്ന വനേഡിയം ടെട്രോക്സൈഡിനെ ഓക്സിജനുമായി പ്രവർത്തിപ്പിച്ച് വനേഡിയം പെന്റോക്സൈഡാക്കി മാറ്റുന്നു.

‌ജീവജാലങ്ങളിൽ

സമുദ്ര സസ്യങ്ങൾ ഉൾപ്പെടെയുള്ള ചില ജീവജാലങ്ങളിൽ വനേഡിയത്തിന്റെ സാന്നിധ്യം കണ്ടത്തിയിട്ടുണ്ട്. ചില ജീവജാലങ്ങളിൽ ഇതൊരു അവശ്യമൂലകവുമാണ്. മനുഷ്യനിൽ ഇതൊരു ആവശ്യമൂലകമാണോ എന്നതിന് സ്ഥിരീകരണമില്ല. എന്നിരുന്നാലും പ്രമേഹമുൾപ്പെടെയുള്ള രോഗങ്ങൾക്ക് ഔഷധമായി വർത്തിക്കാൻ സാധ്യതയുള്ളതിനാൽ വനേഡിയം സംയുക്തങ്ങളുടെ ഔഷധ ഗുണങ്ങളെക്കുറിച്ച്‌ വളരെയധികം പഠനങ്ങൾ നടക്കുന്നുണ്ട്.