Vanadio

iso = isotopo
NA = abbondanza in natura
TD = tempo di dimezzamento
DM = modalità di decadimento
DE = energia di decadimento in MeV
DP = prodotto del decadimento

Il vanadio è l'elemento chimico di numero atomico 23. Il suo simbolo è V. È un elemento raro, tenero e duttile, che si trova sotto forma di composto in certi minerali. Si usa soprattutto in metallurgia, per la produzione di leghe.

[modifica] Caratteristiche

V è presente con abbondanza del 0,0136% (136ppm) cioè è il 5° elemento per abbondanza tra gli elementi di transizione dopo Fe,Ti,Mn e Zr

Il vanadio è un metallo bianco lucente, morbido e duttile. Ha una buona resistenza alla corrosione da parte degli alcali, dell'acido solforico e dell'acido cloridrico. Esposto all'aria si ossida rapidamente a temperature superiori a 933 K (660°C).

Il vanadio ha una buona consistenza ed una piccola sezione d'urto con i neutroni provenienti dalla fissione nucleare, ciò lo rende adatto per l'impiego in applicazioni legate alla produzione di energia nucleare.

Chimicamente manifesta un comportamento intermedio tra metallo e non-metallo, sia acido che basico.

Gli stati di ossidazione più frequentemente assunti dal vanadio nei suoi composti sono +2, +3, +4 e +5. In un esperimento di laboratorio è possibile osservare colorimetricamente il passaggio del vanadio attraverso questi stati di ossidazione durante la riduzione del vanadato di ammonio NH₄VO₃ con zinco metallico.

In rari casi il vanadio può assumere anche numero di ossidazione +1.

[modifica] Applicazioni

Circa l'80% del vanadio prodotto viene usato come lega ferro-vanadio o come additivo per l'acciaio. Tra gli altri usi rientrano

leghe metalliche quali:
- acciai inossidabili speciali, ad esempio per produrre ferri chirurgici;
- acciai per utensili ad alta velocità e resistenti alla ruggine;
- mescolato a leghe di alluminio e titanio, usato nei motori jet ed in applicazioni aeronautiche.
per via della piccola sezione d'urto con i neutroni di fissione, viene impiegato nell'industria nucleare.
nastri di gallio-vanadio sono contenuti nei magneti superconduttori (175.000 gauss).
composti di vanadio sono usati come catalizzatori nella produzione dell'anidride malonica e dell'acido solforico.
il pentossido di vanadio (V₂O₅) è usato nelle ceramiche ed è anche un catalizzatore in alcuni processi industriali.
il vetro rivestito di diossido di vanadio (VO₂) blocca la radiazione infrarossa (ma non la luce visibile) ad alcune specifiche temperature.

[modifica] Storia

Il vanadio è stato inizialmente scoperto da Andrés Manuel del Río, un mineralogista spagnolo, a Città del Messico nel 1801, che lo chiamò "piombo bruno". Attraverso una serie di esperimenti chimici, notò che il materiale assumeva colorazioni simili a quelle del cromo, lo chiamò quindi paracromo. Successivamente, osservando che la maggior parte dei suoi sali avevano colorazione rossa, cambiò nuovamente il nome in eritronio. Un chimico francese suggerì che l'elemento scoperto da del Río altro non fosse che del cromo impuro, del Río pensò di essersi sbagliato ed accettò l'affermazione.

Nel 1831 lo svedese Nils Gabriel Sefström riscoprì il vanadio in un ossido trovato mentre lavorava su alcuni minerali ferrosi e successivamente durante lo stesso anno Friedrich Wöhler confermò la validità del precedente lavoro di del Río.

Il vanadio metallico fu isolato per la prima volta da Henry Enfield Roscoe nel 1867, che lo ottenne per riduzione del cloruro di vanadio (VCl₃) con l'idrogeno.

Il nome "vanadio" deriva dal nome della dèa Vanadis, dèa della bellezza nella mitologia norrena. Fu scelto per la bellezza e per la varietà dei colori dei composti del vanadio.

[modifica] Ruolo biologico

Un atomo di vanadio è il componente essenziale di alcuni enzimi, in particolare la vanadio-nitrogenasi, usata da alcuni microorganismi per fissare l'azoto. Il vanadio è essenziale per alcuni organismi marini - gli ascidiacea ed i tunicati - dove è presente nelle proteine del loro sangue in concentrazione anche un milione di volte superiore a quella dell'acqua marina circostante. Piccole quantità di vanadio sono essenziali anche per i topi ed i polli, in cui una carenza può portare ad una crescita ridotta ed a problemi nella riproduzione.

Dalla sperimentazione su alcuni modelli animali ed umani, la somministrazione di composti di vanadio sembra poter alleviare i sintomi del diabete mellito, similmente all'effetto del cromo sul metabolismo degli zuccheri. Una larga parte della ricerca è stata dedicata al diabete mellito con lo scopo di trovare un migliore trattamento per questa complessa malattia. In particolare, la ricerca fisiopatologica nei ratti, suggerisce che il vanadio potrebbe essere un possibile agente terapeutico grazie alla sua attività sulla secrezione insulinica ed alle sue proprietà insulino-simili a livello periferico. Infatti, la dimostrazione che tracce dell'elemento vanadio, posseggano capacità analoghe all'insulina nelle cellule isolate, nei tessuti ed in vivo, ha generato un notevole entusiasmo per il suo potenziale valore terapeutico nel diabete umano. Tuttavia, i meccanismi attraverso cui il vanadio provoca i suoi effetti metabolici restano scarsamente compresi.

È chiaro che il trattamento con vanadio porta alla correzione di diverse anomalie associate al diabete, nel metabolismo glucidico e lipidico e nell'espressione genica. Comunque, molti di questi effetti insulino-simili in vivo possono essere attribuiti all'osservazione che il potere ipoglicemizzante del vanadio dipende dalla presenza di insulina endogena, mentre il fatto che l'omeostasi metabolica nei modelli animali non sembra essere interessata, testimonia che il vanadio non agisce del tutto indipendentemente in vivo, bensì aumenta la sensibilità dei tessuti a bassi livelli plasmatici d'insulina.

Un'altra considerazione cruciale è la dipendenza dalla dose, poiché gli effetti insulino-simili del vanadio nelle cellule isolate, sono stati spesso provati ad alte concentrazioni, che non sono normalmente raggiunte nel trattamento cronico in vivo, potendo indurre effetti collaterali tossici.

Inoltre, il vanadio sembra essere selettivo per specifiche funzioni dell'insulina in alcuni tessuti, mentre non riesce ad influenzarne altre.

Così come non sono esattamente definite le forme intracellulari attive del vanadio, sono ancora sconosciuti i suoi siti d'azione a livello metabolico e di trasduzione del segnale.

Quindi, l'obiettivo è quello di verificare l'evidenza che il vanadio sia o meno un agente insulino-simile a basse concentrazioni in vivo. Considerando gli effetti del vanadio sul metabolismo glucidico e su quello lipidico, si può concludere che esso non agisce globalmente, ma in modo selettivo, migliorando piuttosto che imitando gli effetti dell'insulina in vivo.

Alla luce di quanto sopra, le proprietà antidiabetiche dei derivati del vanadio, prospettano una nuova classe di composti con promettenti capacità terapeutiche e favorevoli caratteristiche farmacocinetiche, dovute innanzitutto alla via di somministrazione orale.

Bibliografia

Mechanism of Vanadium action: insulin-mimetic or insulin-enhancing agent? [Can J Physiol Pharmacol 2000 Oct; 78 (10):829-47]

Vanadium and diabetes: pancreatic and peripheral insulinomimetic properties [Ann Pharm Fr 2000 Oct; 58 (5):531]

[modifica] Disponibilità

Il vanadio non si trova mai puro in natura, ad eccezione del fungo Amanita Muscaria, che ne contiene in minime dosi. Poi solo allo stato di composto con altri elementi. È presente in circa 65 minerali, tra cui la patronite (VS₄), la vanadinite [Pb₅(VO₄)3Cl] e la carnotite [K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O]. Il vanadio è anche presente nella bauxite ed in giacimenti di combustibili fossili quali petrolio, carbone e sabbie catramose.

Lo spettro del vanadio è stato anche osservato nella luce del Sole e di alcune altre stelle.

Molto del vanadio metallico prodotto viene ottenuto dalla riduzione del pentossido di vanadio (V₂O₅) con calcio metallico.

[modifica] Composti

Il pentossido di vanadio (V₂O₅) si usa come catalizzatore e come fissante per colori. Di colore giallo. È estremamente tossico se respirato, ed è anche pericoloso per l'ambiente.

Il Vanadilsolfato (VOSO₄), detto anche solfato ossido idrato di vanadio (IV), viene usato (ma la sua utilità è controversa) come integratore dietetico per aumentare i livelli di insulina e nel bodybuilding. Se sia realmente efficace per i bodybuilder è comunque da dimostrare; in ogni caso, tale composto è tossico ad alte dosi.

I vanadati, sali ottenuti dall'acido vanadico, sono generalmente molto colorati (perlopiù nello spettro cromatico del giallo) e molti trovano impiego come pigmenti per applicazioni vernicianti o dove siano richieste caratteristiche che i pigmenti organici non raggiungono. Il monovanadato di sodio è il più semplice, mentre molto usato è il vanadato di bismuto. I vanadati sono generalmente tossici, soprattutto quelli più solubili come il vanadato d'ammonio che vengono assorbti velocemente dall'organismo.

[modifica] Isotopi

Il vanadio in natura è costituito di un solo isotopo, il ⁵¹V, che è l'unico stabile. Sono stati sintetizzati altri 15 radioisotopi, di cui i più stabili sono il ⁵⁰V con una emivita di 1.4E17 anni, il ⁴⁹V con 330 giorni, e il ⁴⁸V con 15.9735 giorni. Tutti gli altri isotopi hanno emivite di meno di un'ora, e anzi la maggioranza non raggiunge i 10 secondi. Il vanadio ha anche un meta stato.

Gli isotopi di vanadio vanno in peso atomico da 43.981 amu (⁴³V) a 59.959 amu (⁴⁹V). Il modo di decadimento più frequente prima dell'isotopo stabile più abbondante (il ⁵¹V) è la cattura elettronica, che produce isotopi di titanio; il modo di decadimento più frequente dopo di esso è il decadimento beta, che produce isotopi di cromo.

[modifica] Precauzioni

Il vanadio in polvere è infiammabile e tutti i suoi composti sono considerati altamente tossici, causa di cancro alle vie respiratorie quando vengono inalati. Il più pericoloso è il pentossido di vanadio.

L'OSHA (l'ente statunitense per la sicurezza sul lavoro) ha fissato un limite di esposizione TLV-TWA di 0,05 mg/m³ per il pentossido di vanadio in polvere e di 0,1 mg/m³ per i vapori del medesimo. Un limite di 35 mg/m³ di composti di vanadio è considerato critico; non va mai superato in quanto è alta la probabilità che causi danni permanenti o la morte.