વેનેડિયમ

વેનેડિયમ : આવર્તક કોષ્ટકના પાંચમા (અગાઉના VA) સમૂહનું રાસાયણિક ધાતુ-તત્વ. સંજ્ઞા V. 1801માં સ્પૅનિશ ભૂસ્તરશાસ્ત્રી એ. એમ. દેલ. રિયોએ લેડની મેક્સિકન ખનિજમાં એક અજ્ઞાત ધાતુ હોવાની નોંધ કરી હતી. ખનિજના ઍસિડીકરણથી મળતા ક્ષારોનો રંગ લાલ હોવાથી તેમણે તેનું નામ ઇરિથ્રૉનિયમ (erythronium) રાખ્યું હતું. 1830માં સ્વીડિશ રસાયણવિદ નીલ્સ ગૅબ્રિયલ સેફસ્ટ્રૉમે સ્વીડનની લોખંડની એક ખનિજમાંથી આ તત્વ શોધી કાઢ્યું અને તત્વનાં સંયોજનોના રંગોના વૈવિધ્ય અને પ્રાચુર્યને કારણે તેમણે સૌંદર્યની સ્કૅન્ડિનેવિયન દેવી વૅનેડિસ(Vanadis)ના નામ ઉપરથી તત્વને વેનેડિયમ નામ આપ્યું. એક વર્ષ બાદ એફ. વોહ્લરે વેનેડિયમ અને ઇરિથ્રૉનિયમ એક જ હોવાનું જણાવ્યું. 1867માં એચ. ઈ. રૉસ્કૉએ તત્વના ક્લોરાઇડનું હાઇડ્રોજન વડે અપચયન કરી ઠીક ઠીક પ્રમાણમાં શુદ્ધ એવી ધાતુ છૂટી પાડી હતી. 1927માં જે. એમ. માર્ડન અને એમ. એન. રિકે વધુ શુદ્ધ ધાતુ મેળવી હતી. 1995માં એક યા બીજા સ્વરૂપે વેનેડિયમની વપરાશ 33,000 ટન જેટલી હતી.

ઉપસ્થિતિ (occurrence) : પૃથ્વીના પોપડાના ખડકોમાં વેનેડિયમનું પ્રમાણ 136 ppm (ભાગ પ્રતિ દસ લાખ) અથવા 0.0136 % હોવાનું માનવામાં આવે છે. આમ તે વિપુલતાની દૃષ્ટિએ 19મા ક્રમે જ્યારે સંક્રાંતિ તત્વોમાં પાંચમા સ્થાને આવે છે. તે વિસ્તીર્ણ-પણે પણ છૂટુંછવાયું વેરાયેલું મળી આવે છે. આમ તે 60 જેટલી વિવિધ ખનિજોમાં મળી આવવાં છતાં સંકેન્દ્રિત નિક્ષેપો ઓછા છે. વ્યાપારી દૃષ્ટિએ તેનો મુખ્ય સ્રોત દક્ષિણ આફ્રિકા, અગાઉના સોવિયત સંઘ અને ચીનમાંથી મળી આવતા ટાઇટેનોફેરસ (titanoferrous) મૅગ્નેટાઇટ છે. પેટ્રોનાઇટ (VS4) પણ એક અગત્યની પૉલિસલ્ફાઇડ ખનિજ છે. વૅનેડિનાઇટ (8થી 20 % V₂O₅) એ લેડ ક્લોરાઇડ વેનેડેટ(PbCl₂•3Pb₃(VO₄)₂]ને તથા કાર્નોટાઇટ (~ 20 % V₂O₅) પોટૅશિયમ યુરેનાઇલ વેનેડેટ[K(UO₂)(VO₄•1.5H₂O)]ને લગભગ મળતી આવે છે. આ ઉપરાંત વેનેઝુએલા અને કૅનેડા ક્રૂડ તેલમાં પણ તે મળી આવતું હોવાથી તેલના અવશેષો તથા તેના દહન બાદ મળતી ચીમનીની રજમાંથી પણ પુન: પ્રાપ્ત કરી શકાય તેમ છે. ઓરિસા અને બિહારમાં ટાઇટેનિયમ અને લોખંડની ઑક્સાઇડ ખનિજોમાં પણ તે વેનેડિયમ પૅન્ટૉક્સાઇડ (V₂O₅) તરીકે મળી આવે છે. લિગ્નાઇટમાં અલ્પપ્રમાણમાં વેનેડિયમ રહેલું હોય છે.

નિષ્કર્ષણ : વેનેડિયમ મુખ્યત્વે કાર્નોટાઇટમાંથી યુરેનિયમના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન ઉપપેદાશ તરીકે મળે છે. બારીક વાટેલી સંકેન્દ્રિત ખનિજને હવાની હાજરીમાં સોડિયમ કાર્બોનેટ સાથે ગરમ કરવાથી સોડિયમ યુરેનાઇલ કાર્બોનેટ અને સોડિયમ વેનેડેટ દ્રાવ્ય થાય છે. દ્રાવણમાં સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ ઉમેરતાં સોડિયમ ડાઇયુરેનેટ અવક્ષિપ્ત થાય છે. દ્રાવણમાં રહેલા સોડિયમ વેનેડેટની એમોનિયમ ક્લોરાઇડ સાથે પ્રક્રિયા થવાથી કેસરી રંગના એમોનિયમ વેનેડેટના અવક્ષેપ મળે છે.

NaVO₃ + NH₄Cl → NH₄VO₃ + NaCl

વિકલ્પે સોડિયમ વેનેડેટના દ્રાવણને મંદ સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ વડે એસિડિક (pH : 2–3) બનાવી લાલ રંગના પૉલિવેનેડેટના અવક્ષેપ પ્રાપ્ત કરાય છે.

એમોનિયમ વેનેડેટને 700° સે. તાપમાને ગરમ કરવાથી કાળા રંગનો અશુદ્ધ વેનેડિયમ પૅન્ટૉક્સાઇડ મળે છે.

2NH₄VO₃ → V₂O₅ + 2NH₃ + H₂O

વેનેડિયમ પૅન્ટૉક્સાઇડનું કૅલ્શિયમ ધાતુ વડે રિડક્શન કરીને વેનેડિયમ ધાતુ મેળવાય છે.

V₂O₅ + 5Ca → 2V + 5CaO

પ્રાપ્ત થયેલી ધાતુનું શુદ્ધીકરણ કરવા તેનું વેનેડિયમ ટેટ્રાક્લોરાઇડમાં રૂપાંતર કરી, મૅગ્નેશિયમ ધાતુ વડે અપચયન કરવામાં આવે છે. પ્રાપ્ત થતી ધાતુ 99.7 % શુદ્ધ હોય છે.

ગુણધર્મો : તે ચાંદી જેવી સફેદ ચળકતી ધાતુ છે. તે ઊંચાં ગલનબિંદુ અને ઉત્કલનબિંદુ ધરાવે છે; પરંતુ વિશિષ્ટ ઘનતા ઓછી છે. તેના ગલનબિંદુ જેટલા તાપમાને તે સૌથી ઓછા પ્રમાણમાં બાષ્પશીલ ગુણધર્મ દર્શાવે છે. શુદ્ધ ધાતુ મૃદુ અને પ્રતન્ય છે; પરંતુ અશુદ્ધિઓને લીધે તે સખત અને બરડ બને છે.

વેનેડિયમના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો સારણી 1માં આપ્યાં છે :

સારણી 1 : વેનેડિયમના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો

ગુણધર્મ	મૂલ્ય
પરમાણુક્રમાંક	23
પરમાણુભાર	50.9415
ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના	[Ar]3d34s2
વિદ્યુતઋણતા	1.6
ગલનબિંદુ (°સે.)	1915
ઉત્કલનબિંદુ (°સે.)	3350
ઘનતા (20° સે.) (ગ્રા./ઘ.સેમી.)	6.11
વિદ્યુત અવરોધકતા (20° સે.) (μ ઓહ્મ સેમી.)	~ 25
કુદરતી સમસ્થાનિકો	2

શુદ્ધ ધાતુ સામાન્ય તાપમાને સ્થાયી છે; પરંતુ હવા અથવા ઑક્સિજનની હાજરીમાં સળગે છે.

ગરમ કરેલી ધાતુ નાઇટ્રોજન, કાર્બન અને સિલિકોન જેવી અધાતુઓ સાથે પ્રક્રિયા કરી અનુક્રમે નાઇટ્રાઇડ, કાર્બાઇડ અને સિલિકાઇડ ક્ષારો બનાવે છે.

હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ, નાઇટ્રિક ઍસિડ અને અમ્લરાજ (aqua regia) જેવા ઉપચયનકર્તા ઍસિડમાં વેનેડિયમ દ્રાવ્ય છે.

પાણી અને આલ્કલી દ્રાવણોની તેના પર અસર થતી નથી. હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ તથા મંદ સલ્ફ્યુરિક ઍસિડમાં તે અદ્રાવ્ય છે.

જુદી જુદી ઉપચયન-સ્થિતિ પ્રમાણે તેના ચાર ઑક્સાઇડ VO, V₂O₃, VO₂ અને V₂O₅ બને છે.

હાઇડ્રોજન અને ઑક્સિજન સાથે તેના બે નીચી ઉપચયન-સ્થિતિ ધરાવતાં સંયોજનો બેઝિક ગુણધર્મ ધરાવે છે; જ્યારે બે ઊંચી ઉપચયન-સ્થિતિવાળા ક્ષારો ઉભયધર્મી હોય છે.

ઍસિડી દ્રાવણમાં +2થી +4 ઉપચયન-સ્થિતિવાળા ક્ષારો જાંબલીથી ભૂરા રંગના હોય છે; જ્યારે +5 ઉપચયન-સ્થિતિવાળા ક્ષારો લીલાશ પડતા પીળા રંગના હોય છે.

વેનેડિયમ લોખંડ સાથે, પ્રવાહી સ્થિતિમાં હોય તો, દરેક પ્રમાણમાં મિશ્ર થઈ શકે છે.

ઉપયોગ : વેનેડિયમ ધાતુનાં પતરાં, પટ્ટીઓ, વરખ, સળિયા, તાર અને ટ્યૂબો ઊંચા તાપમાને કરવામાં આવતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં વપરાય છે.

વેનેડિયમ અને લોખંડની મિશ્રધાતુ, ફેરોવેનેડિયમ સ્ટીલ, સ્પ્રિંગ બનાવવા અને ઊંચી ગતિવાળાં ઓજારો (high speed tools) માટે વપરાય છે.

0.1થી 0.3 % જેટલી વેનેડિયમ ધાતુને લોખંડ સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે તો તે લોખંડમાં રહેલા કાર્બન સાથે સંયોજાઈને કાર્બાઇડ (V₄C₃) બનાવે છે. પરિણામે બનતી મિશ્રધાતુની યાંત્રિક મજબૂતી ઊંચા તાપમાને પણ ટકી રહે છે. આથી ઊંચા તાપમાને કરવામાં આવતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં આ મિશ્રધાતુ વપરાય છે.

વેનેડિયમની તાંબું, નિકલ અને ઍલ્યુમિનિયમ સાથેની મિશ્રધાતુઓ પણ ઉપયોગી છે. આવી મિશ્રધાતુઓ લેડસંગ્રાહક કોણમાં લેડને બદલે વાપરી શકાય છે. વેનેડિયમ સ્ટીલની આઘાતનો (shock) પ્રતિકાર કરવાની શક્તિ વધારે હોવાથી મોટરના ભાગોની બનાવટમાં તે વપરાય છે; જ્યારે ઍૅલ્યુમિનિયમ સાથે વેનેડિયમની મિશ્રધાતુનો ઉપયોગ વિમાનના ભાગો બનાવવા થાય છે.

કાચની બનાવટમાં 0.2 % જેટલું વેનેડિયમ ઉમેરવામાં આવે, તો તેવા કાચ 3580 Å થી ઓછી તરંગલંબાઈનાં કિરણોને અટકાવે છે, જેથી આંખમાં હાનિકર્તા કિરણો જતાં અટકે છે.

વેનેડિયમ પૅન્ટૉક્સાઇડ (V₂O₅) ઉદ્દીપક તરીકે કાર્બનિક અને અકાર્બનિક ઉદ્યોગોમાં બહોળા પ્રમાણમાં વપરાય છે.

વેનેડિયમ અને જૈવરસાયણ :  કેટલાંક પૃષ્ઠવંશીઓ (vertebrats) તેમનાં લોહીમાં વેનેડિયમ એકઠું કરવાની અસાધારણ ક્ષમતા ધરાવે છે. દા.ત., ફલુસિયા મેમિલાટા (Phallusia mammilata) જેવો સમુદ્રીકીટ (seaworm) વેનેડિયમનું 1,900 ppm જેટલું પ્રમાણ ધરાવે છે, જે પ્રમાણ તે જેમાં જીવે છે તે દરિયાના પાણી કરતાં દસ લાખ ગણું વધારે છે. અન્ય એક જીવ ઍસિડિયા નિગ્રા (Ascidia nigra) તેના રક્તકોષોમાં 1.45 % (14,500 ppm) જેટલું V ધરાવે છે. એમ કહેવાય છે કે ઍસિડિયા ફૉસ્ફેટ અને પૉલિફૉસ્ફેટને બદલે કદાચ ભૂલથી વેનેડેટ અને પૉલિવેનેડેટને એકઠાં કરે છે. નાઇટ્રોજનનું સ્થાયીકરણ (fixing) કરતાં અનેક જીવાણુઓ (bacteria) વેનેડિયમ ધરાવે છે.

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ