Groupe 5 : le groupe du vanadium

Cinq électrons au-delà du cœur

Le vanadium est [Ar] 3d³ 4s² et le tantale [Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s², avec trois électrons d et deux électrons s. Le niobium les réarrange en [Kr] 4d⁴ 5s¹, l'un des nombreux éléments qui échappent à l'ordre de remplissage simple, mais il dispose tout de même de cinq électrons. Le tantale apparaît presque uniquement à +5, comme dans Ta₂O₅, tandis que le niobium forme des composés +5 et +3.

Le vanadium est le membre le plus souple, avec des états d'oxydation courants de +2, +3, +4 et +5. Chacun a sa propre couleur en solution : jaune pour +5, bleu pour +4, vert pour +3 et violet pour +2 ; une solution de vanadium réduite pas à pas parcourt ainsi un petit arc-en-ciel.

Les tendances dans le groupe

Le point de fusion et la masse volumique augmentent régulièrement. Le vanadium fond à 2183 K, le niobium à 2750 K et le tantale à 3290 K, tandis que la masse volumique passe de 6 g/cm³ à 8,57 g/cm³ puis à 16,69 g/cm³. L'électronégativité varie peu : 1,63, 1,6 et 1,5.

Comme dans le groupe 4, la série des lanthanides donne à l'atome de la période 6 presque la même taille qu'à celui situé au-dessus ; le niobium et le tantale se trouvent donc ensemble dans les mêmes minerais et sont difficiles à séparer. Fort à propos, le tantale porte le nom de Tantale, de la mythologie grecque, et le niobium celui de sa fille Niobé.

Où rencontrer le groupe 5

Un peu de vanadium rend l'acier plus résistant, et l'acier au vanadium a servi pour des outils, des ressorts et la Ford modèle T. De grandes batteries à flux de vanadium stockent l'électricité des parcs éoliens et solaires. Le fil niobium–titane, refroidi à l'hélium liquide, devient supraconducteur dans les aimants des appareils d'IRM et des accélérateurs de particules. Le tantale sert à fabriquer de minuscules condensateurs fiables pour les téléphones et les ordinateurs portables, et comme le corps le tolère, on l'utilise aussi dans les implants.

Le dubnium

Le dubnium (105), nommé d'après la ville de recherche russe de Doubna, n'a été produit que quelques atomes à la fois. Des expériences sur atomes isolés suggèrent qu'il se comporte comme un niobium ou un tantale plus lourd, mais ses propriétés macroscopiques n'ont jamais été mesurées.