Exposé sur la chimie minérale
Thème : Le groupe du vanadium
Professeur : M. Diallo Brahima
Présenté par:
Le vanadium est un métal blanc, brillant, dur, ductile, rare et l’on le trouve dans au moins 65 minerais comme la patronite VS4, la vanadinite Pb5(VO4)3Cl et la carnotite K2(UO2)2.3H2O.
Le niobium est un métal gris, rare, relativement mou et ductile. On peut le retrouver dans le pentoxyde de niobium Nb2O5
Le tantale est un métal gris-bleu, lourd, dur mais ductile, très résistant à la corrosion des acides, et bon conducteur de la chaleur et de l’électricité. On le trouve dans le minéral appelé tantalite et dans certains minerais complexes sous forme d’oxyde, associé au niobium, notamment dans le coltan, de couleur rouge.
Le protactinium est un métal gris-argent et présent en faible quantité dans les gisements naturels de minerais uranifères. C’est un des plus rares et des plus coûteux des éléments naturels.
Le vanadium est obtenu par traitement de la carnotite par l’acide sulfurique à chaud et un oxydant comme le chlorate de sodium pendant 24 heures.
L’hydrure de calcium peut être employé comme réducteur sur l’oxyde de niobium pour obtenir de niobium en poudre métallique : NbO2+2CaH2 Nb+2CaO+2H2.
Le tantale est obtenu par séparation chimique qui se fait par traitement des minerais avec un mélange d’acide fluorhydrique et d’acide sulfurique à plus de 90°C. Cela provoque une réaction qui permet au tantale et au niobium en fluorures complexes, qui peuvent être séparés des impuretés.
Le protactinium se forme lors de la lente décroissance radioactive de l’uranium.
Eléments | Densité | Point de fusion (°C) | Point d’ébullition (°C) | Conductivité thermique (W.m-1.K-1) |
Vanadium (V) | 7 | 1910 | 3407 | 30,7 |
Niobium (Nb) | 6 | 2477 | 4744 | 53,7 |
Tantale (Ta) | 6,5 | 3017 | 5458 | 57,5 |
Protactinium (Pa) | 15,4 | 1572 | 4026,85 | 47 |
Eléments | Symbole | Structure électronique | Etat d’oxydation (*) |
Vanadium Niobium Tantale Protactinium | V Nb Ta Pa | [Ar] 3d3 4s2 [Kr] 4d3 5s2 [Xe] 4f14 5d3 6s2 [Rn] 6d3 7s2 | - 1, 0, 1, 2, 3, 4, 5 - 1, 2, 3, 4, 5 - 1, 2, 3, 4, 5 4, 5 |
Etat d’oxydation et la structure électronique des éléments du groupe du vanadium
Ce groupe de métaux montre des valences variables, et le vanadium possède un domaine étendu d’états d’oxydation. Le caractère ionique et les propriétés basiques décroissent quand la valence augmente. L’état d’oxydation + 5 est le plus élevé que présente le groupe ; les composés de vanadium (+ 5) sont oxydants, alors que ceux de Nb (+ 5) et Ta (+ 5) sont stables. Les états d’oxydation inférieurs deviennent moins stables et plus difficiles à préparer suivant l’ordre :
V Nb Ta Pa
Le vanadium est utilisé pour stocker de l’énergie électrique dans des batteries à flux, dans certains alliages d’acier inoxydable, mélangé à l’aluminium et au titane on l’utilise dans la fabrication des moteurs de jet.
Le niobium est utilisé pour les pipelines, les fusées et les satellites envoyés dans l’espace, la construction automobile ou la carrosserie.
Le tantale est utilisé pour la fabrication d’instruments chirurgicaux et d’implants car il ne réagit pas avec les fluides corporels, il est très connu en électronique pour la fabrication de condensateurs dits gouttes de tantale.
Le protactinium est utilisé dans des scintillateurs de détection de rayons X et des céramiques de condensateurs.
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