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Vanádio – Prótons – Nêutrons – Elétrons – Configuração de elétrons

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O Vanádio é um metal de transição duro, cinza prateado, dúctil e maleável. O Vanádio é usado principalmente para produzir ligas de aço especiais, como aços para ferramentas de alta velocidade e algumas ligas de alumínio. O Vanádio é geralmente adicionado ao aço para inibir o crescimento do grão durante o tratamento térmico. O Vanádio ocorre naturalmente em cerca de 65 minerais e em depósitos de combustíveis fósseis. É produzido na China e na Rússia a partir de escória de fundição de aço.

Prótons e nêutrons no Vanádio

Número de prótons - Número atômicoO Vanádio é um elemento químico com número atômico 23, o que significa que existem 23 prótons em seu núcleo. O número total de prótons no núcleo é chamado de número atômico do átomo e recebe o símbolo Z. A carga elétrica total do núcleo é, portanto, +Ze, onde e (carga elementar) é igual a 1,602 x 10-19 coulombs.

O número total de nêutrons no núcleo de um átomo é chamado de número de nêutrons do átomo e recebe o símbolo N. O número de nêutrons mais o número atômico é igual ao número de massa atômica: N+Z=A . A diferença entre o número de nêutrons e o número atômico é conhecida como excesso de nêutrons: D = N – Z = A – 2Z.

Para elementos estáveis, geralmente há uma variedade de isótopos estáveis. Isótopos são nuclídeos que possuem o mesmo número atômico e, portanto, são o mesmo elemento, mas diferem no número de nêutrons. Números de massa de isótopos típicos de Vanádio são 51. 

Principais isótopos de Vanádio

O Vanádio de ocorrência natural é composto de um isótopo estável,  51V, e um isótopo radioativo,  50V. Este último tem uma meia-vida de 1,5×1017 anos e uma abundância natural de 0,25%.

Vanádio-50 é composto de 23 prótons, 27 nêutrons e 23 elétrons.

Vanádio-51 é composto de 23 prótons, 28 nêutrons e 23 elétrons. 51V tem um spin nuclear de 7⁄2, o que é útil para espectroscopia de NMR.

isótopos estáveis

Isótopo Abundância número de nêutrons
51V 99,75% 28

Isótopos Instáveis ​​Típicos

Isótopo Meia-vida Modo Decaimento produtos
49V 329 (3) d captura eletrônica 49Ti
50V 1,5×1017 a captura eletrônica 50Ti

Elétrons e configuração eletrônica

O número de elétrons em um átomo eletricamente neutro é o mesmo que o número de prótons no núcleo. Portanto, o número de elétrons no átomo neutro do Vanádio é 23. Cada elétron é influenciado pelos campos elétricos produzidos pela carga nuclear positiva e os outros (Z – 1) elétrons negativos no átomo.

Como o número de elétrons e seu arranjo são responsáveis ​​pelo comportamento químico dos átomos, o número atômico identifica os vários elementos químicos. A configuração desses elétrons segue os princípios da mecânica quântica. O número de elétrons nas camadas de elétrons de cada elemento, particularmente na camada de valência mais externa, é o fator primário na determinação de seu comportamento de ligação química. Na tabela periódica, os elementos são listados em ordem crescente de número atômico Z.

A configuração eletrônica do Vanádio é [Ar] 3d3 4s2.

Possíveis estados de oxidação são +2,3,4,5.

A química do Vanádio é notável pela acessibilidade dos quatro estados de oxidação adjacentes 2-5. Os compostos de vanádio(II) são agentes redutores e os compostos de Vanádio(V) são agentes oxidantes. Compostos de Vanádio (IV) geralmente existem como derivados de vanádio, que contêm o centro de VO2+.

Liga mais comum de Vanádio

Os aços rápidos são ligas complexas à base de ferro de carbono, cromo, vanádio, molibdênio ou tungstênio, ou combinações dos mesmos. O vanádio é geralmente adicionado ao aço para inibir o crescimento do grão durante o tratamento térmico. Ao controlar o crescimento do grão, melhora a resistência e a tenacidade dos aços endurecidos e revenidos. O tamanho do grão determina as propriedades do metal. Por exemplo, tamanho de grão menor aumenta a resistência à tração e tende a aumentar a ductilidade. Um tamanho de grão maior é preferido para melhorar as propriedades de fluência em alta temperatura. O vanádio é adicionado para promover a resistência à abrasão e para produzir carbonetos duros e estáveis ​​que, sendo apenas parcialmente solúveis, liberam pouco carbono na matriz.

Sobre os prótons

prótonUm próton é uma das partículas subatômicas que compõem a matéria. No universo, os prótons são abundantes, constituindo cerca de metade de toda a matéria visível. Ele tem uma carga elétrica positiva (+1e) e uma massa de repouso igual a 1,67262 × 10−27 kg (938,272 MeV/c2) — ligeiramente mais leve que a do nêutron, mas quase 1,836 vezes maior que a do elétron. O próton tem um raio quadrado médio de cerca de 0,87 × 10−15 m, ou 0,87 fm, e é um spin – ½ férmion.

Os prótons existem nos núcleos de átomos típicos, junto com suas contrapartes neutras, os nêutrons. Nêutrons e prótons, comumente chamados de núcleons, estão unidos no núcleo atômico, onde representam 99,9% da massa do átomo. A pesquisa em física de partículas de alta energia no século 20 revelou que nem o nêutron nem o próton não são o menor bloco de construção da matéria.

Sobre Neutrons

Um nêutron é uma das  partículas subatômicas  que compõem a matéria. No universo, os nêutrons são abundantes, constituindo mais da metade de toda a matéria visível. Ele não tem carga elétrica e uma massa de repouso igual a 1,67493 × 10−27 kg – ligeiramente maior que a do próton, mas quase 1,839 vezes maior que a do elétron. O nêutron tem um raio quadrado médio de cerca de 0,8 × 10−15 m, ou 0,8 fm, e é um férmion spin-½.

Os núcleos atômicos consistem em prótons e nêutrons, que se atraem através da força nuclear, enquanto os prótons se repelem através da força elétrica devido à sua carga positiva. Essas duas forças competem, levando a várias estabilidades de núcleos. Existem apenas certas combinações de nêutrons e prótons, que formam núcleos estáveis.

Os nêutrons estabilizam o núcleo, pois atraem uns aos outros e os prótons, o que ajuda a compensar a repulsão elétrica entre os prótons. Como resultado, à medida que o número de prótons aumenta, uma proporção crescente de nêutrons para prótons é necessária para formar um núcleo estável. Se houver muitos ou poucos nêutrons para um determinado número de prótons, o núcleo resultante não é estável e sofre decaimento radioativoIsótopos instáveis  ​decaem através de vários caminhos de decaimento radioativo, mais comumente decaimento alfa, decaimento beta ou captura de elétrons. Muitos outros tipos raros de decaimento, como fissão espontânea ou emissão de nêutrons, são conhecidos. Deve-se notar que todas essas vias de decaimento podem ser acompanhadas pela subsequente emissão de radiação gama. Decaimentos alfa ou beta puros são muito raros.

Sobre elétrons e configuração de elétrons

A tabela periódica é uma exibição tabular dos elementos químicos organizados com base em seus números atômicos, configurações eletrônicas e propriedades químicas. A configuração eletrônica é a distribuição de elétrons de um átomo ou molécula (ou outra estrutura física) em orbitais atômicos ou moleculares. O conhecimento da configuração eletrônica de diferentes átomos é útil para entender a estrutura da tabela periódica dos elementos.

Todo sólido, líquido, gás e plasma é composto de átomos neutros ou ionizados. As propriedades químicas do átomo são determinadas pelo número de prótons, na verdade, pelo número e disposição dos elétrons. A configuração desses elétrons segue os princípios da mecânica quântica. O número de elétrons nas camadas de elétrons de cada elemento, particularmente na camada de valência mais externa, é o fator primário na determinação de seu comportamento de ligação química. Na tabela periódica, os elementos são listados em ordem crescente de número atômico Z.

É o princípio de exclusão de Pauli que exige que os elétrons de um átomo ocupem diferentes níveis de energia, em vez de todos se condensarem no estado fundamental. A ordenação dos elétrons no estado fundamental de átomos multieletrônicos começa com o estado de energia mais baixo (estado fundamental) e se move progressivamente a partir daí na escala de energia até que cada um dos elétrons do átomo receba um conjunto único de números quânticos. Este fato tem implicações importantes para a construção da tabela periódica dos elementos.

configuração eletrônica - blocos - elementosAs duas primeiras colunas do lado esquerdo da tabela periódica são onde os  subníveis s  estão sendo ocupados. Por causa disso, as duas primeiras linhas da tabela periódica são rotuladas como o bloco s. Da mesma forma, o bloco p são as seis colunas mais à direita da tabela periódica, o bloco d são as 10 colunas intermediárias da tabela periódica, enquanto o bloco f é a seção de 14 colunas que normalmente é descrita como separada do corpo principal da tabela periódica. Poderia ser parte do corpo principal, mas então a tabela periódica seria bastante longa e complicada.

Para átomos com muitos elétrons, essa notação pode se tornar extensa e, portanto, uma notação abreviada é usada. A configuração eletrônica pode ser visualizada como os elétrons do núcleo, equivalentes ao gás nobre do período anterior, e os elétrons de valência (por exemplo, [Xe] 6s2 para o bário).

Estados de Oxidação

Os estados de oxidação são tipicamente representados por números inteiros que podem ser positivos, zero ou negativos. A maioria dos elementos tem mais de um estado de oxidação possível. Por exemplo, o carbono tem nove possíveis estados inteiros de oxidação de -4 a +4.

A definição atual do IUPAC Gold Book de estado de oxidação é:

“O estado de oxidação de um átomo é a carga desse átomo após a aproximação iônica de suas ligações heteronucleares…”

e o termo número de oxidação é quase sinônimo. Um elemento que não é combinado com nenhum outro elemento diferente tem um estado de oxidação de 0. O estado de oxidação 0 ocorre para todos os elementos – é simplesmente o elemento em sua forma elementar. Um átomo de um elemento em um composto terá um estado de oxidação positivo se tiver seus elétrons removidos. Da mesma forma, a adição de elétrons resulta em um estado de oxidação negativo. Também distinguimos entre os estados de oxidação possíveis e comuns de cada elemento. Por exemplo, o silício tem nove possíveis estados inteiros de oxidação de -4 a +4, mas apenas -4, 0 e +4 são estados de oxidação comuns.

Resumo

Elemento Vanádio
Número de prótons 23
Número de nêutrons (isótopos típicos) 51
Número de elétrons 23
configuração eletrônica [Ar] 3d3 4s2
Estados de oxidação +2,3,4,5

Vanádio-tabela periódica

Fonte: www.luciteria.com


Propriedades de outros elementos

Vanádio - Comparação de Prótons - Nêutrons e Elétrons

Tabela Periódica em resolução 8K

Outras propriedades do Vanádio