金属钒的电子结构和物理性质 依据纯金属单原子理论(OA)确定了体心立方结构(bcc)V,Nb,Ta的电子结构依次为[Ar](3dn)1.68(3dn)2.94(4sc)0.18(4sf)0.20,[Kr](4dn)0.25(4dc)4.15(5sc)0.21(5sf)0.39,[Xe](5dn)0(5dc)3.92(6sc)0.59(6sf)0.50;并对V,Nb,Ta的面心立方结构(fcc)和密 展开
金属钒的电子结构和物理性质 依据纯金属单原子理论(OA)确定了体心立方结构(bcc)V,Nb,Ta的电子结构依次为[Ar](3dn)1.68(3dn)2.94(4sc)0.18(4sf)0.20,[Kr](4dn)0.25(4dc)4.15(5sc)0.21(5sf)0.39,[Xe](5dn)0(5dc)3.92(6sc)0.59(6sf)0.50;并对V,Nb,Ta的面心立方结构(fcc)和密排六方结构(hcp)初态特征晶体的电子结构进行了研究.在此基础上定性地解释了V,Nb,Ta的电子结构和晶体结构之间的关系;定性解释了bcc结构V,Nb,Ta之间力学性质和输运性质的差异与电子结构的关系;定量计算了其晶格常数、结合能、势能曲线、弹性和热膨胀系数随温度的变化. 钒，原子序数23，原子量50.9415,元素名来源于斯堪的纳维亚女神之名，表示钒的化合物在溶液中所呈现的美丽颜色。1801年西班牙矿物学家里奥在钒铅矿中首次发现，但他错认为是已发现的铬；1830年瑞典化学家塞夫斯特穆在冶炼泰贝格铁矿时再次发现，并命名；1927年，美国化学家马登和里奇制得纯度为99.7%的金属钒。钒在地壳中的含量在0.02%～0.03%之间，居第22位。钒广泛分布于许多矿藏中，主要的有绿硫钒矿、钒云母等，在恒星也已发现钒。自然界存在两种钒的稳定同位素：钒50和钒51，其中钒51的含量为99.76%。 金属钒有淡灰色光泽，有韧性；熔点1890°C，沸点3380°C，密度5.96克/厘米³；金属钒为体心立方晶格；能与多种金属形成合金。 金属钒在常温下有较好的抗蚀性；易溶于浓硫酸、浓硝酸和氢氟酸中；高温下能与多种非金属直接化合；钒的水溶液比较复杂。 金属钒主要用于制造合金钢；五氧化二钒和钒酸盐广泛用作催化剂；还用于制造彩色玻璃和陶瓷，以及油漆和墨水的催干. 钒以钒铁（及其它钒合金）、钒化合物和金属钒的形式广泛应用于冶金、宇航、化工等工业部门。 钒铁是钢铁工业重要的合金添加剂。钒可提高钢的强度、韧性、延展性和耐热性。自六十年代以来，钒在钢铁工业中的应用急剧增加，到1988年已占钒消耗量的85%。钒在钢铁方面的消耗比例为碳素钢占20%，高强度低合金钢占25%，合金钢占20%，工具钢占15%。含钒高强度低合金钢（HSLA）以其强度大而广泛用于输油/气管道、建筑、桥梁、钢轨、压力容器、车厢架等生产建设中。目前各种含钒钢的应用范围越来越广。 金属钒在有色合金中主要用于生产钒钛合金，如Ti-6Al-4V，Ti-6Al-6V-2Sn和Ti-8Al-1V-Mo等。Ti-6Al-4V合金是用于制造飞机和火箭的优良高温结构材料，在美国极受重视，产量占钛基钒合金的一半以上。金属钒还可用于磁性材料、铸铁、硬质合金、超导材料及核反应堆材料等领域。 五氧化二钒和钒化合物主要用于玻璃与陶瓷工业的着色剂、硫酸和石油化工生产用的催化剂。在美国，35%的五氧化二钒用于生产硫酸，35%用于石油精炼。钒催化剂具有特殊的活性，其它元素难以代替。随着化学工业的迅速发展，钒作为催化剂的重要性将更加显现出来。 钒的应用范围 应用领域 占总量比例（%） 主要用途 使用产品 碳素钢 25 钢筋 FeV HSLA钢 25 建筑，石油管道 FeV 高合金钢 20 铸件，石油管配件 FeV 工具钢 15 高速工具钢，耐磨件 FeV(80%V) 钛合金 10 喷气式发动机零件，飞行器机体 V-Al基合金 化学制品 5 硫酸和顺丁烯二酸酐生产 V2O5和其它钒化合物 材料是一切工程建设的基础。人类文明进步的重要标志之一，就是使用材料的不断更新、增加。材料、能源和信息是现代科学技术发展的三大支柱。 在众多的金属材料中，一种新的金属材料钛已成为耀眼的"新星"。钛是轻金属之一，纯净的钛具有许多优良性能。钛的比重虽然仅是钢的50%，但其强度却超过钢约18%，其延展性更远远优于钢，能象铜一样经得起锤击和拉延。钛的熔点达1600℃，大大高于钢，如把钛和钢同时放在炼钢炉中，钢熔化了，而钛却依然如故。在超低温环境中钢会变脆，掉在地上会被摔碎，而钛在-100℃时也不会变脆，仍具有良好的机械性能。钛还具有良好的耐酸碱、耐腐蚀性能，在强酸碱溶液中，钢铁会被腐蚀得千疮百孔，而钛却安然无恙；钢铁在海水中会迅速锈蚀变质，而钛至少5年内不会锈蚀。用钛锅炒菜，不会产生粘锅现象。用钛合金做的不粘锅已进入家庭。钛与铝相比也有许多优点，钛的硬度高于铝，因此比铝坚固，不易变形；钛的熔点更远远高于铝（600℃）。 以钛为基质，掺入铝、钒、钼、锆等金属，可以得到含钛90%的优质材料--钛合金。钛合金具有重量轻、耐冲击、抗拉压等许多优良性能，是机械、航空、宇航等工业中的高级用材。以钛合金为主体制成的飞机，强度高、重量小，可提高航速约1/3，能大大增加载客量（大型客机能增加100多人），还能节省燃料。用钛合金制造的深海探测器，可深潜至6500米深度，而不会被压坏，而用钢铁制造的潜艇，只能潜至300米。在航天和宇航工业中，钛合金以其优良性能被广泛采用，运载火箭、人造卫星、航天飞机、空间站、行星探测器等，大都采用钛合金制造外壳。这种金属壳体能在太空条件下保持坚韧，能在高速飞行中抵御剧烈的摩擦而产生的高温。 在化学工业中，需要耐腐蚀的泵、阀门、反应器等设备，这些设备也多用钛合金制作。钛与镍结合，还能制成具有记忆功能的"记忆合金"。用这种材料制造汽车外壳，当撞车发生变形时，只要用80℃以上的热风一吹，就能恢复原来形状。 钛也是优秀的装饰材料，表面镀钛的材料，不仅外表光亮美观，而且具有很强的耐磨损和抗腐蚀特性；在真空条件下，将等离子体状态的钛镀在工作或建筑物的表现上，其外观酷似黄金，称为钛金。北京亚运村的火炬、天安门广场的国旗杆球顶、大观园的宝顶等都是用钛金装饰的。用钛金做建筑装饰，不仅能节约大量黄金，而且光彩夺目、雍容华贵，可达到"以假乱真"的效果。钛金还可用于家具、灯饰、卫生洁具、健身器材、自行车、摩托车等的装饰。 钛在地壳中蕴藏丰富，在各种金属储量中占第9位，约为铜、镍、铝、锌总量的17倍。含钛的矿物有70多种，主要是分布于火成岩中的金红石钛铁矿。过去，由于开采困难，成本高，钛的应用受到限制，现在冶炼技术已大大提高，成本正逐渐降低，钛的应用 收起
