钒及对人体健康危害的介绍
钒的理化性质
钒是具有金属光泽的银白色金属,属稀有难溶性金属,在一定温度下具有弹性和延展性,属不良导体。由于钒N层上有2 个价电子,M 层有3 个价电子,因此可以构成不同的原子价,最高化合价为+ 5 。在已知各种钒化合物中,钒可以是- 1 、0 、+ 2 、+ 3 、+ 4 和+ 5 价,其中以+ 4 和+ 5 价化合物最为稳定。
钒通常以钒氧键的形式存在,为负价的氧包绕,形成不同配体的化合物。自然界中常见的钒化合物有五氧化二钒(V2O5) 、三氧化二钒(V2O3) 、偏钒酸铵(NH4VO3) 和三氯化钒(VCl3) 。5 价钒是一种强氧化剂,其它价态钒具有还原性。钒化合物的水溶性均较差,其中氯化钒和氯氧钒的沸点较低。钒也能与有机化合物发生反应,生成通常并不稳定有机金属化合物。随着化学工业的迅猛发展,这种化合物的数量正在逐渐增加,其中像乙酰醋酸钒在形成聚合物中产生。钒化合物多带有不同的颜色特征,5 价钒化合物常呈褐色或红色;4 价、3 价和2 价钒化物分别呈蓝、绿和紫色。
钒的用途
它一般被用在材料工程中作为合金的成分。
把钒掺进钢里，可以制成钒钢。钒钢比普通钢结构更紧密，韧性、弹性与机械强度更高。钒钢制的穿甲弹，能够射穿40厘米厚的钢板。但是，在钢铁工业上，并不是把纯的金属钒加到钢铁中制成钒钢，而是直接采用含钒的铁矿炼成钒钢。
钒的化学性质十分稳定，在常温下不会被氧化。钒对食盐溶液及海水具有高度的耐蚀性。碱溶液及硫酸对它不起作用，氢氟酸、热的浓硫酸和硝酸以及王水能溶解钒。熔融的碱、碳酸钾、硝酸钾可溶解钒并形成钒酸盐。钒与硅和碳形成的硅化物和碳化物具有高的硬度及化学稳定性。
钒的盐类的颜色真是五光十色，有绿的、红的、黑的、黄的，绿的碧如翡翠，黑的犹如浓墨。如二价钒盐常呈紫色；三价钒盐呈绿色，四价钒盐呈浅蓝色，四价钒的碱性衍生物常是棕色或黑色，而五氧化二钒则是红色的。这些色彩缤纷的钒的化合物，被制成鲜艳的颜料：把它们加到玻璃中，制成彩色玻璃，也可以用来制造各种墨水。
钒与健康
钒可能是引起躁狂郁抑症的原因。研究发现,病人红细胞的Na + ,K+ —ATP 酶的活性与血浆钒的浓度成反比,当细胞内钒酸盐浓度增加时,则钠泵活性降低。躁狂郁抑症患者的遗传缺陷正是细胞不能产生新的钠泵(Na + ,K+ —ATP 酶)位点,破坏了Na + ,K+ 进出细胞的平衡,细胞内钠含量增高,引起代谢紊乱。给患者服用维生素C 或非经口服EDTA 均可使病情缓解。患者康复后,血钒降到正常水平。
此外,适量钒还具有预防龋齿、糖尿病和动脉粥样硬化作用。
钒的毒性研究
20 世纪初钒曾用于治疗贫血、“黄萎病”结核和糖尿病,也曾作为防腐剂、杀螺旋体药物及增进食欲、滋补强壮剂而应用于医药界,在法国一度成为一种倍受关注的灵丹妙药。
当10 年后重新认识这种药物时,发现疗效并不明确,特别是Dutton 首次报道职业性接触V2O5 对工人的危害后,许多问题被提出商榷,此后许多学者开始从毒理学角度对其进行研究。
研究表明,金属钒的毒性很低,但钒化合物(钒盐) 对人和动物都具有中至高等毒性。钒化合物的毒性与动物种类、染毒途径、投入剂量有关。钒阳离子和阴离子状态都具有毒性,而毒性大小还取决于化合物的理化性质。与其它化学毒物相同,一般随着原子价的增加和溶解度增大而毒性增强,即5 价钒化合物毒性最强,V2O5 较V2O3 和VO2 易溶解,因而毒性更大。
钒化合物较强的毒性及致癌作用,包括造成DNA 损伤和细胞转化等负面的生物效应,其中钒酸根介导的活性氧物种的产生起重要作用。反过来,研究结果表明同样是因为产生活性氧物种,一些钒化合物表现细胞静止作用,这种作用使钒化合物有用作抗肿瘤药的可能。活性氧物种是由VO2 + 单电子自氧化时生成的,不过即使给予V (V) 也有降糖作用。这是因为V (V) 在体内还原成VO2 + 造成的。例如若给大鼠灌入一些过氧钒酸根配合物,在一定剂量,对于几种白血病有抑制作用。据推测这与这些化合物在体内产生的V( IV) 以及由之生成的活性氧,如O-•2 的作用有关。令人感兴趣的是,VO2 + 对寄主动物的毒性远远小于钒酸根的毒性。钒的这种选择性抑制肿瘤作用可能与VO2 + 是通过转铁蛋白机制进入细胞有关。因为肿瘤细胞的转铁蛋白受体过度表达,所以更多的VO2 + 结合到肿瘤细胞上。另一个令人感兴趣的是利用VO2 + 与Fe2 + 的相似性,VO2 + 可以代替Fe2 + 以博莱霉素配合物形式杀伤癌细胞。体外实验证明在有H2O2 存在下,VO2 + —博莱霉素可定点切断DNA。
此外,钒盐注射液的pH 值也影响毒性,pH 值愈高,毒性愈大。金属钒、碳化钒和亚铁钒的研磨气溶胶虽非高毒,但长期接触高浓度仍可产生类似V2O5 中毒的症状。总之,钒化合物对实验动物的毒性作用是明确的,但其作用机理目前尚不十分清楚。
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