Металот со сто бои: Ванадиумот од заборавен елемент стана незаменлив во индустријата

На прв поглед, ванадиумот можеби не изгледа како елемент без кој современиот свет би имал сериозен проблем. Не се зборува за него толку често како за железото, бакарот или алуминиумот, а сепак овој метал има важна улога во производството на челик, авијацијата, транспортот, енергетиката и голем број индустриски процеси.

Неговата приказна е необична уште од самиот почеток. Иако првите траги од новиот елемент биле забележани уште на почетокот на XIX век, биле потребни децении за ванадиумот навистина да биде изолиран и да го најде своето место во индустријата.

Приказната за името на елементот е поврзана со скандинавската митологија. Ванадиумот го добил името по Ванадис, едно од имињата на нордиската божица Фреја. Причината за оваа асоцијација лежи во една од највпечатливите особини на елементот – неговите соединенија можат да се појават во голем број различни бои.

Токму боите одиграле значајна улога во историјата на неговото откривање. Во зависност од хемиската состојба во која се наоѓа, ванадиумот може да создава соединенија со бела, црна, кафеава, зелена, жолта, црвена, виолетова и златна нијанса. Причината е неговата способност да се појавува во повеќе оксидациски состојби, при што секоја од нив има различни хемиски и визуелни карактеристики.

Прв кој наишол на траги од овој дотогаш непознат елемент бил шпанскиот минералог Андрес Мануел дел Рио во 1801 година. Додека работел во Мексико Сити, тој анализирал минерал кој денес е познат како ванадинит и во него открил соединенија на нов елемент.

Дел Рио го испратил својот материјал до познатиот германски истражувач Александер фон Хумболт, но интересот за откритието набрзо бил изгубен. Така, елементот останал во сенка уште речиси три децении.

Во приказната потоа се појавува шведскиот хемичар Јонс Јакоб Берцелиус, кој се заинтересирал за необичниот метал. Неговиот соработник Нилс Габриел Сефстром во 1829 година успеал да го идентификува ванадиумот во остатоци од производството на железо во шведските железари.

Оттука потекнува и една интересна анегдота која Берцелиус ја раскажал во писмо до својот млад колега Фридрих Велер. Во неа, откривањето на ванадиумот е претставено како приказна за нордиската божица Ванадис, на чија врата прво тропнал Велер, но брзо се откажал. Подоцна, упорниот Сефстром повторно тропнал, овојпат доволно силно за да му биде отворена вратата. Симболиката била јасна – повеќе научници биле на трага на елементот, но успехот му припаднал на оној што не се откажал.

Иако бил откриен во 1829 година, ванадиумот долго време останал повеќе лабораториска љубопитност отколку практичен материјал. Дури во 1869 година британскиот хемичар Хенри Роско успеал да го добие во релативно чиста форма.

Уште долго потоа неговата употреба била ограничена. За споредба, во 1907 година светското производство на ванадиум изнесувало само околу три тони. Денес, неговата улога е сосема поинаква.

Една од најважните карактеристики на ванадиумот е неговата способност да ја подобри цврстината на челикот. Иако количината на ванадиум во специјалните легури обично е мала, најчесто меѓу 0,1 и 1 процент, неговото присуство може значително да ги подобри механичките својства на материјалот.

Токму затоа ванадиумските челици се користат во бројни индустрии. Тие имаат примена во авијацијата, железничкиот транспорт и производството на алати, а особено значајна е нивната употреба за изработка на цврсти и отпорни компоненти. Ванадиумските легури имаат примена и во воената индустрија, меѓу другото и во производството на оклопни материјали.

Колку значаен станал овој метал за автомобилската индустрија добро го илустрира познатата изјава која му се припишува на Хенри Форд дека без ванадиум немало да има автомобили. Секако, автомобилите би постоеле и без него, но употребата на посилни челици овозможува одредени компоненти да бидат полесни и помали, без притоа да се жртвува потребната цврстина.

Ванадиумот има важна улога и во хемијата. Неговите оксиди се користат како катализатори во индустриското производство на сулфурна киселина, но и во процеси поврзани со преработката на нафта.

Еден од најинтересните потенцијали на елементот, сепак, се појавува во енергетиката. Ванадиумот е основа на таканаречените ванадиумски проточни батерии, системи за складирање електрична енергија кои се разликуваат од класичните батерии по тоа што енергијата се складира во течни електролити.

Системот се потпира на способноста на ванадиумот да менува оксидациски состојби. Различните форми на ванадиум се наоѓаат во два одделни електролити, а при полнењето и празнењето се одвиваат реверзибилни хемиски реакции. На тој начин електричната енергија може да се складира и повторно да се ослободи кога е потребно.

Особено интересна е можноста капацитетот на ваквата батерија да се зголемува со зголемување на количината на електролит. Наместо да се зголемуваат само димензиите на самиот електрохемиски уред, може да се користат поголеми резервоари со течност.

Во иднина, доколку оваа технологија се прошири, ваквите системи би можеле да се користат за складирање на големи количества електрична енергија произведена од обновливи извори. Идејата е вишокот енергија од сончевите и ветерните централи да се складира во електролитите, а потоа да се користи кога производството ќе биде помало.

Така, металот кој некогаш бил речиси заборавен во лабораториите денес се наоѓа во самиот центар на неколку важни индустриски технологии. Од зајакнување на челикот и производство на авиони и возови, па сè до складирање електрична енергија, ванадиумот покажува дека вредноста на еден хемиски елемент не мора да се мери според неговата количина, туку според тоа што може да овозможи.

Неговата историја е долга повеќе од два века и започнува со погрешно разбрано откритие, продолжува со научна истрајност и завршува со метал кој денес има многу поширока примена отколку што можеле да замислат првите хемичари што го забележале. И можеби токму неговата најинтересна страна е тоа што приказната за ванадиумот сè уште не е завршена.