Nos tutelles

CNRS

Nom tutelle 1

Nos partenaires

Nom tutelle 2 Nom tutelle 3

Rechercher





Accueil > Science pour tous > 2019 - Année internationale du tableau périodique des éléments > Archives des éléments présentés

Vanadium

Le vanadium est un métal à l’aspect argenté, ductile et malléable, particulièrement résistant à l’oxydation et à la corrosion. Il est présent dans de très nombreux minerais et scories de la métallurgie de l’acier. Sa large distribution dans la croûte terrestre (0.019 %) en fait le 20ème élément par ordre d’abondance. Cet élément semble essentiel à l’état de trace pour tous les mammifères (environ 10 microgrammes/jour dans l’espèce humaine), bien que son rôle exact soit encore imparfaitement connu (contrôle de la glycémie, différenciation cellulaire). Sa carence n’est pas répertoriée.

Billes de vanadium métallique
Crédit photo : W. Oelen, 2005

Le métal lui-même est sans danger, mais de nombreux dérivés sont toxiques. Les sels de vanadium étant peu ou pas absorbés par voie orale, l’intoxication se fait par inhalation des poussières ou aérosols. Les effets sont principalement respiratoires, potentiellement sévères ou létaux. Le caractère tératogène de l’oxyde V2O5 est également suspecté.
L’obtention du métal pur nécessite le grillage des minerais (vanadite, carnotite, patronite) en présence de chlorure, carbonate ou hydroxyde de sodium vers 800°C. On obtient, après purification, le vanadate de sodium (NaVO3) qui est ensuite réduit par le calcium sous atmosphère d’argon.
Les dérivés du vanadium en solution dans l’eau sont diversement colorés.

Solutions aqueuses acides de différents sels de vanadium
Ion VO2+(jaune) → VO2+(bleu) → V3+(vert) → V2+(pourpre)
Crédit photo : W. Oelen, http://woelen.homescience.net/science/index.html

Étymologie  : Le vanadium a été découvert – entre autres – au sein de l’Université de Stockholm par Nils qui lui a donné le nom de la déesse scandinave de la beauté et de l’amour, Vanadis.

Origine  : Le vanadium de l’Univers est formé en partie (25%) lors de l’explosion des étoiles massives (plus de 8 fois la masse du Soleil) en fin de vie, appelée supernova de type II. L’autre partie (environ 75%) est formé lors d’explosions de supernova de type Ia, c’est à dire l’explosion d’une naine blanche dans un système binaire, rendue instable par l’accrétion de matière provenant d’un compagnon au stade géante rouge.

Historique  : Le minéralogiste mexico-espagnol A.M. del Río découvrit au sein d’un échantillon de vanadite un nouveau métal qu’il baptisa « panchromium » en raison de la diversité de couleurs de ses sels. Il demanda confirmation de sa recherche auprès de ses confrères français de l’École des Mines de Paris, lesquels conclurent, de façon erronée, que ce nouveau métal était du chrome très impur. L’élément fut « redécouvert » en 1831 au sein de minerais de fer par le suédois Sefström. Bien que le chimiste allemand Wölher ait confirmé presque aussitôt la validité de la découverte de del Río… c’est bien Sefström qui attribua le nom de notre élément 23.
Il fut très difficile par la suite d’isoler le métal à l’état pur (travaux de Rescoe, 1869)

Le vanadium dans la vie courante  :

Outillage multifonction à base d’acier chrome/vanadium
Crédit photo : Armchair, 2012,

La grande majorité du vanadium est utilisée dans la fabrication de pièces d’acier particulièrement résistantes à la corrosion et aux chocs (blindages, outils, cadres de vélo, tiges de pistons, vilebrequins). De tels aciers renferment de 0.5 à 5 % de vanadium.
Le pentoxyde de vanadium V2O5 est un catalyseur très utilisé en chimie, notamment pour la synthèse de l’acide sulfurique et des dérivés acryliques (précurseurs de peintures, textiles).

Le vanadium à l’Institut UTINAM  : Les vanadates comme inhibiteurs de corrosion

Un inhibiteur de corrosion est un composé chimique qui, ajouté à faible concentration au milieu corrosif, ralentit ou stoppe le processus de corrosion d’un métal placé au contact de ce milieu. Ainsi, pour limiter la dégradation d’un matériau, des inhibiteurs de corrosion peuvent être incorporés dans les revêtements pour améliorer leur protection. Les composés du vanadium sont connus comme étant des inhibiteurs de corrosion.
Des études utilisant les ions vanadates (VO43-) pour augmenter la résistance à la corrosion des alliages d’aluminium ont été menées à l’Institut UTINAM. Toutefois, leur utilisation reste limitée car leur chimie en solution est relativement complexe. En effet, les ions vanadates forment des polyanions en fonction de l’acidité du milieu : [VO43-] (pH 14-13), [HVO4]2- (pH 13-8), [V3O9]3- (pH 8-6), [V10O28]6- (pH 6), [HV10O28]5- (pH 6-3), [H2V10O28]4- (pH 3-2). Ces polyanions de tailles importantes, particulièrement en milieu acide, sont plus difficilement incorporés dans les revêtements et perdent de leur efficacité en tant qu’inhibiteur de corrosion.

Polyanions de vanadate
Crédit Wikipédia / decavanadate ion image based on vanadate ion described in "Dipotassium bis[hexaaquacobalt(II)] decavanadate tetrahydrate, U. Lee, Y.-H. Jung and H.-C. Joo, Acta Cryst. (2003). E59, i72-i74, doi:10.1107/S1600536803006317" Axiosaurus - Own work / Domain Public