Priče o elementima #36: vanadij – metal od stotinu boja

„Na dalekom svjeveru živi boginja Vanadis, prekrasna i zanosna. Jednog je dana netko pokucao na njezina vrata. Boginja je bila umorna, pa je pričekala da pokuca još jednom, ali se kucanje nije ponovilo, jer je onaj tko je kucao otišao. Znatiželjna da vidi tko je to bio, tko je bio taj koji je tako lako odustao, boginja je prišla prozoru i pogledala priliku čovjeka koji je odlazio. „Ah“, rekla se u sebi, „to je taj neodlučni Wöhler, pravo mu budi kad mu je tako malo stalo da uđe!“

Lijepa priča o neodlučnom ljubavniku. No kakve to ima veze s kemijom? Još je čudnije da se u njoj spominje njemački kemičar Friedrich Wöhler, kojeg najviše poznajemo po prvoj organskoj sintezi – pretvorbi amonijeva cijanata u ureu, izvedenu povijesne 1828. godine. No najčudnije je da je ovu neobičnu priču, koju doslovno prenosim, napisao Jöns Jakob Berzelius u pismu svome mladom kolegi, spomenutom Wöhleru. No priča postaje manje zagonetna pročitamo li njezin završetak:

„Nakon nekoliko dana je opet je netko kucao, ali ovog se puta žestoko i uporno, sve dok boginja nije ustala i otvorila mu vrata. Na pragu je stajao Sefström, i tako je on otkrio vanadij“. (Autori koji su prenosili ovu priču znali bi nadodati da je Vanadij bio plod njihove ljubavi, no Berzelius ipak nije išao tako daleko.)

Sada je jasnije. Dva su kemičara bila na tragu novog kemijskog elementa, no jedan je odustao, a drugi je, uporniji, na kraju uspio. No priča ipak nije tako jednostavna. Na tragu novog metala kemičari su bili još 1801. godine, kada je Španjolac Andrés Manuel del Río, koji je našao mjesto profesora mineralogije u Mexico Cityju, analizirajući „smeđu olovnu rudu“ (mineral koji se danas zove vanadinit) dobio spojeve novog kemijskog elementa. Uzorak je poslao Alexanderu von Humboldtu, no on je ubrzo izgubio zanimanje na njega. I sve bi se na tome završilo da se za novi element nije počeo zanimati spomenuti Berzelius, pa ga je na kraju njegov suradnik Nils Gabriel Sefström 1829. godine izdvojio iz šljake švedskih željezara. Mnogi su dakle kucali na vrata lijepe boginje…

Treba doista imati pjesničku i inu maštu pa povezati ime kemijskog elementa sa skandinavskom boginjom proljeća i plodnosti. Naš jezikoslovac Bulcsú László, želeći posve pohrvatiti kemijsku nomenklaturu, preveo je vanadij (vanadium) riječju plodik (zašto ne vesnik, po Vesni, slavenskoj boginji proljeća?). No, tu je pogriješio. Vanadij je dobio ime po bojama proljeća, jer kao što je proljeće godišnje doba najbogatije bojama tako je i vanadij bojama najbogatiji kemijski element: njegovi se spojevi pojavljuju u bijeloj, crnoj, smeđoj, zelenoj, žutoj, crvenoj, ljubičastoj i zlatnoj boji. (Zbog obilja boja, del Río je novi element nazvao pancromium, ali i erythonium, po crvenoj boji.) Uzrok tome je što vanadij ima mnogo oksidacijskih stanja, a svako ima drugu boju koja se još mijenja ovisno o tome što se veže za njegov atom. A oksidacijska stanja elementa su, mogli bismo reći, njegov najveći kapital.

To govorim zato što se na vanadiju temeljila prva protočna baterija. Ona se osniva na četiri oksidacijska stanja vanadija, koja pripadaju ionima V²⁺, V³⁺, VO²⁺ i VO₂⁺; riječ je dakle o oksidacijskim stanjima od II do V. Jedni se ioni nalaze u negolitu (elektrolitu uz anodu), a drugi u posolitu (elektrolitu uz katodu). Pri pražnjenju baterije V²⁺ prelazi u V³⁺ u negolitu, a u posolitu VO₂⁺ prelazi u VO²⁺. Kada sav vanadij u negolitu prijeđe u stanje V³⁺, a u posolitu u stanje VO²⁺, treba uključiti struju i obrnutom reakcijom obnoviti obje otopine.

Koliki je kapacitet takve baterije? I konačan i beskonačan, a u svakom slučaju neodređen. On ne ovisi o veličini same baterije, koja se sastoji od dva elektrodna prostora odvojena polupropusnom membranom, nego o obujmu dvaju spremnika, točnije o količini vanadija u njima. Zvuči fantastično, jer spremnik može biti po volji velik. Štoviše, negolit (otopina V²⁺) i posolit (otopina VO₂⁺) mogli bi se, poput nafte, transportirati cjevovodima ili pak prevoziti tankerima. Umjesto dalekovoda, proizvođače i potrošače električne energije povezivali bi cjevovodi u kojima bi otopine vanadijevih soli tekle u jednom i drugom smjeru. No to je već stvar budućnosti, koja se može, ali ne mora dogoditi.

Mnogo je važnija sadašnjost, a i prošlost vanadija, jer ona se sigurno dogodila. „Bez vanadija ne bi bilo automobila“, rekao je Henry Ford i teško da je pretjerao. Automobila bi dakako bilo, no bili bi mnogo veći i teži: dodatak vanadija čeliku povećava čvrstoću, pa ga se, razumije se, mora manje trošiti za proizvodnju istih strojnih dijelova. No opet nije sve išlo glatko.

To govorim zato što je vanadij otkriven 1829., ali ga je tek 1869. godine – dakle 40 godina nakon otkrića – engleski kemičar Henry Roscoe uspio dobiti u čistom stanju. No i onda je vanadij bio samo kuriozitet kemijskog laboratorija: svjetska proizvodnja vanadija iznosila je 1907. godine samo tri tone. Danas se međutim ne može zamisliti život bez vanadija, jer se vanadijevi čelici (koji sadrže samo 0,1 – 1 % vanadija) koriste u zrakoplovstvu, željezničkom transportu (čelik za opruge), metalurgiji (alatni čelik), elektrotehnici, a naročito u vojnoj industriji – jer se od vanadijevih čelika izrađuju oklopi za tenkove. Usto se vanadijevi oksidi koriste kao katalizatori u proizvodnji sumporne kiseline i krekiranju nafte. Zaista je trebalo jako pokucati na vrata boginje Vanadis!

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik časopisa Priroda i urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Piše za časopis Čovjek i svemir, te mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug-online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, od kojih treba izvojiti „Kemijski leksikon u stripu“, „Metali života – metali smrti“ te „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.