Vanadyum Nedir? (Özellikleri, Kullanımı)

Vanadyum, dünyada en bol bulunan elementler arasında 22. sırada yer alır. Hayatın vazgeçilmezi demir ve çeliğe anlam ve nitelik kazandıran maddedir.

Vanadyum, metal olarak kullanıldığı alanlara nitelik kazandıran özellikte bir elementtir. İnsan vücudunda ve bitkilerde de bulunan vanadyum, özellikle demir ve çelik üretiminde vazgeçilmez bir maddedir. Sanayide çok sık kullanılan alet takımlarının hammaddesi vanadyumdur. Paslanmaz ve dayanıklı metaller için “bulunmaz Hint kumaşıdır” diyebiliriz. Çok sık kullandığımız ürünlerin içeriğinde bulunmasına rağmen varlığından pek haberdar değilizdir. İnsan sağlığına da kritik etkileri bulunan vanadyumu tanıdıkça “bu da mı vanadyumdan yapılmış” diyeceksiniz.

Tarihçesi

Vanadyum, ilginç bir şekilde iki kez keşfedilen bir elementtir. Meksikalı mineraloji profesörü Andres Manuel del Rio, 1801 yılında Mexico City’deki bir kurşun madeninde vanadinit minerali buldu. Bu minerali analiz için Paris’e gönderdi. Fransız kimyagerler bu mineralin bir krom minerali olduğu kanısına vardı. Bu sebeple Rio’nun fark etmeden keşfettiği vanadyum bilim çevrelerince tanınmadı. Bu keşiften 30 yıl sonra 1831 yılında ise, İsveçli kimyager Nils Gabriel Selfström, bir demir cevherinde vanadyum keşfetti. Saf vanadyum ilk olarak 1869 yılında Henry Roscoe tarafından üretildi.

Kimyasal Özellikleri

Vanadyumun kimyasal sembolü “V”dir. Atom numarası 23, atom ağırlığı 50,94’tür. Erime noktası 1910 derece, kaynama noktası 3407 derecedir. Periyodik cetvelin 5-B grubunda yer alır. Katı, sarımtırak gümüşî gri renkli, parlak, yumuşak ve sünek bir geçiş metalidir. Saf vanadyum, parlak beyaz bir metaldir. Yapısal olarak güçlüdür. Sıcaklığı artınca oksitlenerek sarı-kırmızı arası toz halinde vanadyum anhidrit meydana gelir. Toksik değildir, bazı bileşikleri toksik özellikler gösterir. Isı ve elektrik iletkenliği iyi düzeydedir.

Yerkabuğunda bulunan vanadyumun oranı yüzde 0,017 civarındadır. Dünya kabuğunda en bol bulunan elementler arasında 22. sıradadır. Deniz suyu, 100 tonda 0,3 gram vanadyum içerir. Uzaydaki meteorlarda da küçük oranda vanadyum vardır. Doğada birçok mineralde dağılmış olarak bileşik halinde bulunur. Vanadyum içeren 65 farklı mineral vardır. Dünyanın en büyük vanadyum kaynağı, vanadyumlu titanomanyetit yataklarıdır. En önemli mineralleri; vanadinit, potasyum uaranil vanadat ve vanadyum sülfürdür. Bazı vanadyum mineralleri ise şunlardır; patronit, deselemit, karnolit, kosceelit (muskovit). Tantal ve niobyum içeren minerallerde de yüksek oranda vanadyum bulunur. Demir mineralleri yanında da bulunabilir. Fosfat kayaçlarında ve bazı organik kompleks ham petrollerde vanadyum içeriği vardır.

Metalik vanadyum havada kararlı bir özellik sergiler. Saf vanadyum, soğuk olarak işlenebilecek yumuşaklıktadır; ancak elde edilmesi zordur. Çünkü yüksek sıcaklıklarda oksijen, azot ve karbona karşı oldukça reaktiftir. İşlendiğinde gerilme direnci artar. Karbon, azot veya oksijen içeren vanadyum oldukça serttir. Yüzeyinde oksitten koruyucu bir film tabakası vardır. Seyrelik asitlerden ve bazların çoğundan etkilenmez. Düşük fisyon nötron kesitine, alkalilere, sülfüri aside, hidroklorik aside ve tuzlu suya karşı iyi derecede korozyon direncine sahiptir. 660 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda hızlı bir şekilde okside olur. Vanadyum metali, bir basınçlı kap içinde vanadyum oksidi kalsiyum ile indirgemek suretiyle elde edilir. Yüksek saflıkta vanadyum elde etmek için vanadyum klorür, magnezyum ile indirgenir. Çelik üretiminde cürufun işlenmesi, ağır yağ baca tozunun geri dönüşümü ve uranyum madenciliğinde yan ürün olarak elde edilebilir. Doğal vanadyum iki kararlı izotopun bileşiminden oluşur. Bu izotoplar şunlardır; Vanadyum-50 (% 0,24) ve Vanadyum-51 (%99,76). Vanadyum-50, hafif radyoaktiftir. Bilinen 9 adet de kararsız izotopu vardır.

Hangi Alanlarda Kullanılır?

Vanadyum, metal alaşımlarının aranan maddelerindendir. Endüstri ve sanayide en çok kullanılan beşinci geçiş metalidir. Üretilen vanadyumun en az yüzde 80’i demir ve çelik alaşımlarında kullanılır. Ferrovanadyum, güçlü bir demir alaşımıdır ve özel ve yüksek alaşımlı çeliklerin yapıtaşıdır. Çelik alaşımlarında iyi derecede karbon dengeleyicidir. Yapı çelikleri yüzde 0,03 ila 0,2 oranlarında vanadyum içerir. Bu kadar küçük oran bile çeliğin özelliklerine etki eder. Alet takımlarında yüzde 4 oranında vanadyum içeren çelik alaşımları kullanılmaktadır. Bu çeliklerin dayanıklılıkları ve sertlikleri oldukça yüksektir. Otomotiv, uzay ve uçak sanayilerinde titanyumlu alaşımlarının kullanımı yaygındır. Vanadum folyosu, titanyumu çeliğe bağlarken bir bağlama maddesi olarak kullanılır. Paslanmaya karşı dirençli aletlerin aranan metallerindendir. Bazı motor ve makinelerin kritik parçaları vanadyum içeriklidir.

Kimya endüstrisinde de etkili bir elementtir. Vanadyum penoksit, maleik anhidrit, sülfürik asit ve kükürt trioksit üretiminde iyi bir katalizördür. Önemli bir karbür stabilizatörüdür. Amonyağın nitrik aside oksitlenmesinde etkili bir maddedir. Vanadyum tuzlarından fotoğrafçılıkta faydalanılır. Ultraviyole ışınların geçişini engelleyici özelliği vardır. Mürekkeplerin hızlı kurumasını sağlar.

Vanadyum ve alaşımlarının kullanıldığı bazı ürünler şunlardır; uçak motor parçaları, lokomotifler, yaylar, dişliler, yapı aletleri, alet takımları, seramik boyaları, camların renklendirilmesi, otomobil parçaları, uzay araçları, nükleer reaktörler, petrol sondaj boruları, yüksek basınçlı gaz boruları, denizaltılar, gözlük camları, zırhlar, akslar, piston çubukları, krank mili, süper iletken mıknatıslar, aküler, piller, folyolar, levhalar, teller, tüpler…

Sağlığa Etkileri ve Faydaları 

Vanadyum, canlıların çoğunda bulunan bir mineraldir. Canlılardaki bazı enzimlerin etkin bölgesi olarak kullanılır. İnsanlar başta olmak üzere bazı canlı türlerinde gerekli bir mineraldir. Ancak insanların çok az ihtiyacı vardır. Her gün besinlerden yaklaşık 0,01 miligram vanadyum absorbe edilir. Vücutta enzim fonksiyonları, hücresel büyüme ve sinyal süreçlerinde etkileri vardır. Vücut geliştirme uygulamalarında vanadyum sülfat içerikli ilaçlar kullanılmaktadır. Çeşitli hastalıkların tedavisinde vanadyum tuzları kullanılır. Bir vanadyum atomu, enzimler ve azotla sabitlenmiş bazı mikroorganizmalar tarafından kullanılan nitrojenazın vazgeçilmez bir bileşenidir. Karbonhidrat metabolizmasında rol oynar. Kemik ve diş gelişimi için önemli bir maddedir. Vanadyum eksikliğinin yüksek kolesterol ve trigleserid sorununa yol açtığı, kardiyovaküler ve böbrek rahatsızlıklarına sebep olduğu yönünde bazı tespitler vardır.

Vanadyum, sağlığa faydalarının yanından tozlarının teneffüs edilmesi halinde kronik zehirlenmelere yol açabilir. Semptomları; solunum yolu iritasyonu, pnömoni, konjoktivit ve anemi içerir. Vanadyum peroksit tozu; göz, burun ve boğazda tahrişlere yol açar. Solunum bozuklukları, felçler, karaciğerler ve böbreklerde olumsuz yönde etkileri görülmüştür. Erkek hayvanların üreme sistemine de zarar verdiği tespit edilmiştir.

Vanadyum; bitkiler, yosunlar, omurgasızlar ve balıklar başta olmak üzere pek çok canlı türünde bulunan bir mineraldir. Midye ve yengeçler yüksek oranda vanadyum depolayabilir. Bazı besinlerde vanadyum bulunur. Bu besinler şunlardır; deniz ürünleri, mantar, soya fasulyesi, yeşil fasulye, mısır gevreği, bazı tahıllar, maydanoz, yulaf, havuç, lahana, mısır, aspir, zeytinyağı…

Bunları Biliyor Musunuz?

• “Vanadyum” kelimesinin kökeni, İskandinav (Norveç) mitolojilerinde geçen güzellik ve bereket tanrıçası Vanadis’ten (Freyja) gelmektedir. Bunun sebebi, vanadyumun bileşiklerinin renkli ve güzel olmasına bağlanmaktadır.
  
• Vanadyum kullanılarak 175 bin gaussluk süper iletken bir mıknatıs üretilebilir. (Gauss: Manyetik alan yeğinlik birimi)
  
• Cama yeşil ve mavi renk vermek için bileşenlerine vanadyum katılır.
  
• Vanadyum dioksit içeren cam filmleri, kızılötesi ışınları engeller.
  
• Vanadyumun metal formunun endüstride ilk olarak Ford araçların şasesinde kullanıldı.
  
• Dünyada vanadyumun baz rezervi 27 milyon ton civarındadır. Belirlenmiş potansiyel rezervlerin toplamı ise 63 milyon tondur.
  
• En büyük vanadyum rezervleri Rusya (% 49,6), Güney Afrika (% 29,8) ve Çin’de (% 19,9) bulunur. Yüzde 0,7 oranındaki rezerv ise diğer ülkeler arasında paylaşılır.
  
• Dünyadaki vanadyum üretimleri de bu üç ülkede yapılmaktadır. Toplam yıllık dünya üretimi 45 bin ton civarındadır.
  
• Türkiye’de Şırnak, Silopi, Mardin ve Seydişehir bölgelerindeki asfaltit ve boksit yataklarında vanadyum bulunmaktadır. Ancak ekonomik bulunmadığı için üretimi yapılmamaktadır.