Vanadij je hemijski element sa simbolom V i atomskim brojem 23. To je čelično-sivi metal s plavim odsjajem. Dosta je tvrd, ali veoma kovan metal, te se ubraja u prelazne metale. U periodnom sistemu, vanadij, zajedno sa težim elementima niobijem, tantalom i dubnijem, sačinjava 5. grupu ili grupu vanadija. Najveći dio vanadija koristi se u takozvanom ferovanadiju za proizvodnju posebnih čelika. Dodatak vanadija u hrom-vanadijskim čelicima dovodi do povećanja žilavosti a time i do povećanja otpornosti čelika.
Element posjeduje različite biološke uloge i značaj, a za mnoge žive organizme je esencijalni mineral. Tako naprimjer vanadij ima određenu ulogu pri upravljanju enzimima koji učestvuju u fosforiliranju, a koriste ga i neke bakterije za fiksiranje dušika. S druge strane, za njega ili njegove spojeve sumnja se da djeluju kao mutageni klastogeni koji izazivaju promjene na hromosomima te su proglašeni otrovima i karcinogenima.
Najpoznatiji spoj vanadija je vanadij(V)-oksid, koji se koristi kao katalizator u proizvodnji sumporne kiseline.
Historija thumb|150px|lijevo|Andrés Manuel del Río Metal, za koji se kasnije ispostavilo da je vanadij, otkrio je španski mineralog Andrés Manuel del Río u meksičkoj rudi olova, kasnije nazvanoj vanadinit. Novi element, on je nazvao panhromij zbog njegove raznolikosti u pogledu boja, a kasnije je preimenovan u eritronij jer su njegove soli nakon zakiseljavanja dobijale crvenu boju. Međutim, del Riovo otkriće su opovrgavali Alexander von Humboldt te kasnije i francuski hemičar H.V. Collett-Desotils zbog sličnosti vanadija sa spojevima hroma, te su smatrali da se kod navodnog novog elementa radi o hromu sa određenim primjesama.
Vanadij je ponovno otkrio 1830. godine švedski hemičar Nils Gabriel Sefström. On je ispitivao željezo iz švedskog rudnika željeza Taberg, tako što je rudu otapao u hlorovodičnoj kiselini. Pri tome je pored drugih poznatih materijala otkrio i jedan nepoznati element, koji je u nekim osobinama dosta nalikovao hromu, ali je također pokazivao i osobine svojstvene uraniju. Međutim, nakon kasnijih ispitivanja, nije se radilo o ova dva elementa. Novom elementu dali su ime po Vanadisu, drugom imenu nordijske božice Freye. Nedugo zatim Friedrich Wöhler, koji se s Berzeliusom već s tim bavio, pružio je dokaz identiteta i povezao vanadij sa ranije opisanim eritronijem.
Vanadij u čistom, metalnom obliku prvi je sačinio Henry Enfield Roscoe 1867. putem redukcije vanadij(II) hlorida sa vodikom. Čisti 99,7% vanadij dobili su John Wesley Marden i Malcolm Rich 1925. godine redukcijom vanadij(V) oksida sa kalcijem. U Engleskoj se od 1903. počeo koristiti vanadij za legiranje čelika. Veća upotreba ovog elementa u industriji čelika otpočela je 1905. kada je Henry Ford počeo koristiti vanadijske čelike u proizvodnji svojih automobila.
Osobine Fizičke thumb|Kristalna struktura vanadija, a = 302,4 pm Vanadij je nemagnetični, tvrdi ali kovni teški metal, čelično-plave nijanse. Ima gustoću od 6,11 g/cm3. Čisti vanadij je relativno mehak, ali u prisustvu i najmanje količine primjese drugih elemenata postaje izuzetno tvrd i ima izuzetno veliku mehaničku čvrstoću. Po većini osobina, on nalikuje svom "komšiji" iz periodnog sistema, titaniju. Tačka topljenja čistog vanadija iznosi 1910 °C, a ako su prisutne nečistoće, poput ugljika, ona je znatno viša. Tako naprimjer pri udjelu od oko 10% ugljika, tačka topljenja iznosi oko 2700 °C. Vanadij se kristalizira slično kao hrom ili niobij u kubičnoj prostorno-centriranoj kristalnoj strukturi sa Im3m i parametrom rešetke a = 302,4 pm kao i dvije formulske jedinice po elementarnoj ćeliji.
Ispod kritične temperature od 5,13 K, vanadij postaje superprovodnik. Kao i čisti vanadij, i njegove legure sa galijem, niobijem i cirkonijem također su superprovodnici. Pri temperaturama ispod 5,13 K, kao i metali iz njegove grupe niobij i tantal, vanadij isitnjen u sićušnim grudvicama od po 200 atoma iskazuje neobičnu osobinu električne polarizacije koja do danas nije objašnjena. Osim njega, takvu osobinu imaju samo nemetali.
Hemijske Vanadij nije plemeniti metal i u mogućnosti je reagirati sa mnogim nemetalima. Izložen zraku zadržava metalni sjaj nekoliko sedmica. Međutim, nakon dužeg vremenskog perioda postaje primjetan nastanak zelenkaste korozije. Ukoliko je potrebno konzervirati metalni vanadij, on se mora držati zatvoren u atmosferi argona. Pri visokoj temperaturi napada ga kisik i oksidira u vanadij(V) oksid. I dok sa ugljikom i dušikom reagira tek kad je zagrijan do bijelog usijanja, reakcije sa fluorom i hlorom odvijaju se i u hladnom stanju.
Prema kiselinama i bazama pri sobnoj temperaturi, vanadij je pretežno stabilan zbog svog tankog pasiviziranog sloja oksida. Napada ga samo fluoridna kiselina kao i kiseline koje djeluju snažno oksidirajuće, poput vruće dušične kiseline, koncentrirane sumporne kiseline i carske vode.
Do temperature od oko 500 °C, vanadij može apsorbirati vodik. Pri tome metal postaje veoma krhak i može se vrlo lahko pretvoriti u prah. Vodik se može osloboditi iz vanadija tek pri 700 °C u vakuumu.
Izotopi Poznato je 25 izotopa vanadija i šest nuklearnih izomera. Samo dva izotopa se javljaju u prirodi. To su izotop 50V sa prirodnom rasprostranjenošću od 0,25% i 51V kojeg ima 99,75%. Izotop 50V je blago radioaktivan. Raspada se sa vremenom poluraspada od 1,5 · 1017 godina tako što 83% izotopa putem elektronskog zahvata prelazi u 50Ti dok 17% izotopa putem β−-raspada prelazi u 50Cr. Oba jezgra se mogu koristiti za ispitivanja sa NMR-spektroskopijom.
Najstabilniji vještački izotopi su 48V sa vremenom poluraspada od 16 dana i 49V koji ima vrijeme poluraspada od 330 dana. Ovi izotopi našli su primjenu u nuklearnoj medicini kao traseri. Svi ostali izotopi i nuklearni izomeri su veoma nestabilni i raspadaju se u vremenu od nekoliko minuta ili sekundi.
Rasprostranjenost thumb|lijevo|Vanadinit thumb|190px|lijevo|Proizvodnja ruda vanadija Vanadij na Zemlji je veoma čest hemijski element. U kontinentalnoj Zemljinoj kori njegov udio iznosi oko 120 ppm. Sa sličnim udjelom, u Zemljinoj kori nalaze se i elementi kao što su cirkonij, hlor i hrom. Vanadij se ne javlja samorodan, nego u sklopu raznih minerala. I pored relativno velike rasprostranjenosti, nalazišta vanadija u kojima se on nalazi u većim koncentracijama vrlo su rijetka, jer su i mnogi njegovi minerali veoma rijetki. U usporedbi sa Zemljinom korom, njegov udio u morskoj vodi je znatno niži i kreće se oko 1,3 μg/l.
U najvažnije minerale vanadija uglavnom se ubrajaju vanadati kao što je vanadinit [Pb5(VO4)3Cl], deskloizit, Pb(Zn, Cu) [OH|VO4] i karnotit [K2(UO2)2(VO4)2·3H2O], kao i vanadij-sulfat patronit VS4. Najveći dio vanadija nalazi se u tragovima u sklopu drugih metala, najčešće u rudama željeza poput magnetita. Udio vanadija u titanij-željeznim rudama iznosi većinom između 0,3 i 0,8%, ali u mnogim južnoafričkim rudama može iznositi i do 1,7%.
Biljni i životinjski organizmi također sadrže vanadij, tako naprimjer u čovjekovom organizmu udio vanadija iznosi oko 0,3 mg/kg. Najviše vanadija sadržano je u ćelijskim jedrima ili mitohondrijama. Neki živi organizmi, prije svega neke vrste plaštaša iz klase Ascidiacea i gljiva muhara, imaju sposobnost obogaćivanja vanadija. Kod Ascidiacea udio vanadija je i do 10 miliona puta veći od njegovog udjela u okolnoj morskoj vodi. Zbog udjela vanadija u tim živim bićima, i ugalj i nafta koji su nastali od njih, također sadrže vanadij. Udio vanadija u nafti i uglju iznosi do 0,1 %. Naročito velike udjele vanadija mogu se naći u nafti koja potječe iz Venecuele i Kanade.
U svijetu je 2006. iskopano ukupno 55.700 tona ruda vanadija (preračunato u vidu metala). Najznačajniji proizvođači su Južnoafrička Republika, Kina i Rusija. Vanadij se ne smatra rijetkom sirovinom jer su njegove ukupne poznate rezerve procijenjene na oko 63 miliona tona.
Dobijanje thumb|lijevo|Vanadij čistoće 99,95% elektrolučno istopljen i jetkan thumb|lijevo|Vanadij čistoće 99,9 %, dendritički narasli kristali, načinjeni vakuumskom sublimacijom Dobijanje metalnog vanadija odvija se u nekoliko koraka. Prvo se iz raznih početnih sirovina mora dobiti vanadij(V) oksid. On se dalje može reducirati do elementarnog vanadija, te dalje po potrebi pročišćavati. Moguće polazne sirovine iz kojih se može dobiti vanadij su njegove rude poput karnotita i patronita, titanijsko-željezne rude koje ga također sadržavaju i sirova nafta. Rude vanadija u prošlosti su bile vrlo važne za njegovu proizvodnju, ali danas ne igraju važnu uloge jer su ih zamijenile titanijsko-željezne rude.
Kada se željezne rude sa primjesama vanadija reduciraju u procesu visoke peći, vanadij prvo ostaje u sirovom željezu. Da bi se ono dalje prerađivalo u čelik, tokom njegovog oplemenjivanja kada se u smjesu upuhava kisik. U tom procesu vanadij prelazi u šljaku. Ona sadrži i do 25% vanadij(V) oksida te je vrlo važna sirovina za dobijanje ovog metala. Da bi se dalje dobio čisti vanadij(V) oksid, fino isitnjena šljaka se prži sa oksidirajućim natrijevim solima poput natrij-hlorida ili natrij-karbonata. Time nastaje nerastvorljivi natrij-metavanadat, koji se taloženjem odvaja od ostatka šljake. Dodavanjem kiselina i amonijevih soli ostatak vanadija se istaloži iz šljake u vidu nastalog amonij-polivandata. On se također može pretvoriti u vanadij(V) oksid pomoću žarenja. I iz drugih ruda koje sadrže vanadij također se može dobiti ovaj oksid na isti način. Iz sirove nafte, vanadij se dobija pomoću emulzije dodavanjem vode i magnezij-nitrata u naftu te se ta emulzija izdvaja. Daljnji tok prerade uglavnom odgovara procesu kao i kod željeznih ruda.
Dobijanje metalnog vanadija dešava se pomoću redukcije vanadij(V) oksida sa drugim metalima. Kao redukcijsko sredstvo mogu poslužiti aluminij, kalcij, ferosilicij ili ugljik. S ugljikom nastaju karbidi vanadija, iz kojih se metalni vanadij vrlo teško može odvojiti:
redukcija sa kalcijem
Da bi se dobio potpuno čisti vanadij, kao redukcijsko sredstvo se mora koristiti relativno skupi kalcij ili aluminij, jer se u postupku sa dosta jeftinijim ferosilicijem ne može postići vrlo visok stepen čistoće vanadija. Dok se pri primjeni kalcija odmah dobija potpuno čisti vanadij, u reakciji s aluminijem se prethodno dobija legura vanadija i aluminija, iz koje se putem sublimacije u vakuumu izdvaja čisti vanadij. Najveći dio proizvedenog vanadija u svijetu ne troši se u obliku čistog metala, nego u formi legura sa željezom, takozvanim ferovanadijem, u kojem vanadij učestvuje sa najmanje 50%. Da bi se on dobio, nije potrebno prethodno izdvajati čisti vanadij. Umjesto toga, šljaka koja sadrži vanadij i željezo reducira se sa ferosilicijem i kalcij-karbonatom do ferovanadija. Ovako dobijena legura primjenjuje se u većini tehničkih aplikacija.
Najčišći vanadij se može dobiti bilo elektrohemijski ili pomoću van Arkel-de Boerovog procesa. Za to je neophodno čisti vanadij istopiti sa jodom u staklenoj ampuli iz koje je odstranjen zrak. U zagrijanoj ampuli nastaje vanadij(III) jodid koji se na vreloj volframskoj žici raspada na veoma čisti vanadij i elementarni jod.
redukcija u van Arkel-de Boerovom procesu
Upotreba thumb|desno|Alat načinjen od vanadijskog čelika Legure