Vanadium (V) oxid – Wikipedia

Posted on by
before-content-x4

Vanadium (V) oxid
Vanadiumpentoxid-Monoschicht
Vanadium (V) oxid
Namen
IUPAC-Name

Divanadiumpentaoxid
Andere Namen

Vanadiumpentoxid
Vanadasäureanhydrid
Divanadiumpentoxid
Kennungen
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.013.855 Bearbeiten Sie dies bei Wikidata
EG-Nummer
KEGG
RTECS-Nummer
UNII
UN-Nummer 2862
Eigenschaften[1]
V.2Ö5
Molmasse 181,8800 g / mol
Aussehen Gelber Feststoff
Dichte 3,357 g / cm3
Schmelzpunkt 690 ° C (1,274 ° F; 963 K)
Siedepunkt 1.750 ° C (3.180 ° F; 2.020 K) (zersetzt sich)
8,0 g / l (20 ° C)
+ 128,0 · 10−6 cm3/ mol
Struktur[2]
Orthorhombisch
Pmmn, Nr. 59

ein = 1151 Uhr, b = 355,9 Uhr, c = 437,1 Uhr
Verzerrtes trigonales Bipyramidal (V)
Thermochemie
130,54 J / mol · K. [3]
-1550,590 kJ / mol [3]
-1419,435 kJ / mol [3]
Gefahren
Sicherheitsdatenblatt ICSC 0596
GHS-Piktogramme Muta. 2; Repr. 2; STOT RE 1Akutes Tox.4; STOT SE 3Aquatic Chronic 2
GHS Signalwort Achtung
H341, H361, H372, H332, H302, H335, H411
NFPA 704 (Feuerdiamant)
Flammability code 0: Will not burn. E.g. water Health code 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g. VX gas Reactivity code 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogen Special hazards (white): no code

NFPA 704 vierfarbiger Diamant
Flammpunkt Nicht brennbar
Tödliche Dosis oder Konzentration (LD, LC):
10 mg / kg (Ratte, oral)
23 mg / kg (Maus, oral)[5]
500 mg / m3 (Katze, 23 min)
70 mg / m3 (Ratte, 2 Stunden)[5]
NIOSH (US-Gesundheitsgrenzwerte):
C 0,5 mg V.2Ö5/ m3 (bzw.) (fest)[4]

C 0,1 mg V.2Ö5/ m3 (Rauch)[4]
Verwandte Verbindungen
Vanadiumoxytrichlorid
Niob (V) oxid
Tantal (V) oxid
Vanadium (II) oxid
Vanadium (III) oxid
Vanadium (IV) oxid
Sofern nicht anders angegeben, werden Daten für Materialien in ihrem Standardzustand (bei 25 ° C) angegeben [77 °F]100 kPa).
☒N. überprüfen (was ist prüfenY.☒N. ?)
Infobox-Referenzen

Vanadium (V) oxid ((Vanadia) ist die anorganische Verbindung mit der Formel V.2Ö5. Üblicherweise bekannt als VanadiumpentoxidEs ist ein braun / gelber Feststoff, obwohl seine Farbe, wenn er frisch aus einer wässrigen Lösung ausgefällt wird, tief orange ist. Aufgrund seiner hohen Oxidationsstufe ist es sowohl ein amphoteres Oxid als auch ein Oxidationsmittel. Aus industrieller Sicht ist es die wichtigste Vanadiumverbindung, die Hauptvorstufe für Vanadiumlegierungen und ein weit verbreiteter industrieller Katalysator.[6]

Die Mineralform dieser Verbindung, Shcherbinait, ist äußerst selten und kommt fast immer bei Fumarolen vor. Ein mineralisches Trihydrat, V.2Ö5· 3H2O, ist auch unter dem Namen Navajoite bekannt.

Chemische Eigenschaften[edit]

Reduktion zu niedrigeren Oxiden[edit]

Beim Erhitzen eines Gemisches aus Vanadium (V) -oxid und Vanadium (III) -oxid tritt eine Komproportionierung auf, um Vanadium (IV) -oxid als tiefblauen Feststoff zu ergeben:[7]

V.2Ö5 + V.2Ö3 → 4 VO2

Die Reduktion kann auch durch Oxalsäure, Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid erfolgen. Eine weitere Reduktion mit Wasserstoff oder überschüssigem CO kann zu komplexen Oxidmischungen wie V führen4Ö7 und V.5Ö9 vor schwarz V.2Ö3 ist erreicht.

Säure-Base-Reaktionen[edit]

V.2Ö5 ist ein amphoteres Oxid. Im Gegensatz zu den meisten Metalloxiden löst es sich leicht in Wasser und ergibt eine hellgelbe, saure Lösung. Also V.2Ö5 reagiert mit starken nicht reduzierenden Säuren unter Bildung von Lösungen, die die hellgelben Salze enthalten, die Dioxovanadium (V) -Zentren enthalten:

V.2Ö5 + 2 HNO3 → 2 VO2(NEIN3) + H.2Ö

Es reagiert auch mit starkem Alkali unter Bildung von Polyoxovanadaten, die eine komplexe Struktur aufweisen, die vom pH-Wert abhängt.[8] Wenn überschüssiges wässriges Natriumhydroxid verwendet wird, ist das Produkt ein farbloses Salz, Natriumorthovanadat, Na3VO4. Wenn Säure langsam zu einer Lösung von Na gegeben wird3VO4Die Farbe vertieft sich allmählich von orange nach rot, bevor braunes hydratisiertes V entsteht2Ö5 fällt um pH 2 aus. Diese Lösungen enthalten hauptsächlich die Ionen HVO42− und V.2Ö74− zwischen pH 9 und pH 13, aber unter pH 9 exotischere Arten wie V.4Ö124− und HV10Ö285− (decavanadate) überwiegen.

Bei Behandlung mit Thionylchlorid wandelt es sich in das flüchtige flüssige Vanadiumoxychlorid VOCl um3::[9]

V.2Ö5 + 3 SOCl2 → 2 VOCl3 + 3 SO2

Andere Redoxreaktionen[edit]

Salzsäure und Bromwasserstoffsäure werden zu dem entsprechenden Halogen oxidiert, z.

V.2Ö5 + 6HCl + 7H2O → 2[VO(H2O)5]2+ + 4Cl– – + Cl2

Vanadate oder Vanadylverbindungen in saurer Lösung werden durch Zinkamalgam auf dem farbenfrohen Weg reduziert:

VO2+Gelb → VO2+Blau → V.3+Grün → V.2+lila[10]

Die Ionen sind alle unterschiedlich stark hydratisiert.

Vorbereitung[edit]

Die orangefarbene, teilweise hydratisierte Form von V.2Ö5

Niederschlag von “rotem Kuchen”, der wasserhaltig ist V.2Ö5

Technische Klasse V.2Ö5 wird als Schwarzpulver hergestellt, das zur Herstellung von Vanadiummetall und Ferrovanadium verwendet wird.[8] Ein Vanadiumerz oder ein Vanadium-reicher Rückstand wird mit Natriumcarbonat und einem Ammoniumsalz behandelt, um Natriummetavanadat, NaVO, herzustellen3. Dieses Material wird dann mit H auf pH 2–3 angesäuert2DAMIT4 um einen Niederschlag von “rotem Kuchen” zu ergeben (siehe oben). Der rote Kuchen wird dann bei 690ºC geschmolzen, um das rohe V herzustellen2Ö5.

Vanadium (V) -oxid entsteht, wenn Vanadiummetall mit überschüssigem Sauerstoff erhitzt wird, dieses Produkt ist jedoch mit anderen niederen Oxiden verunreinigt. Eine zufriedenstellendere Laborvorbereitung beinhaltet die Zersetzung von Ammoniummetavanadat bei 500-550 ° C:[11]

2 NH4VO3 → V.2Ö5 + 2 NH3 + H.2Ö

Ferrovanadium-Produktion[edit]

In Bezug auf die Menge ist die dominierende Verwendung von Vanadium (V) oxid die Herstellung von Ferrovanadium (siehe oben). Das Oxid wird mit Eisenschrott und Ferrosilicium erhitzt, wobei Kalk zugesetzt wird, um eine Calciumsilicatschlacke zu bilden. Es kann auch Aluminium verwendet werden, das die Eisen-Vanadium-Legierung zusammen mit Aluminiumoxid als Nebenprodukt erzeugt.[8]

Schwefelsäureproduktion[edit]

Eine weitere wichtige Verwendung von Vanadium (V) oxid ist die Herstellung von Schwefelsäure, einer wichtigen Industriechemikalie mit einer weltweiten Jahresproduktion von 165 Millionen Tonnen im Jahr 2001 und einem ungefähren Wert von 8 Milliarden US-Dollar. Vanadium (V) oxid dient dem entscheidenden Zweck, die leicht exotherme Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid durch Luft im Kontaktprozess zu katalysieren:

2 SO2 + O.2 SO 2 SO3

Die Entdeckung dieser einfachen Reaktion, für die V.2Ö5 ist der effektivste Katalysator, der es Schwefelsäure ermöglicht, die billige Grundchemikalie zu werden, die es heute ist. Die Reaktion wird zwischen 400 und 620 ° C durchgeführt; unter 400 ° C die V.2Ö5 ist als Katalysator inaktiv und oberhalb von 620 ° C beginnt es sich zu zersetzen. Da bekannt ist, dass V.2Ö5 kann auf VO reduziert werden2 von SO2Ein wahrscheinlicher Katalysezyklus ist wie folgt:

DAMIT2 + V.2Ö5 → SO3 + 2VO2

gefolgt von

2VO2 + ½O2 → V.2Ö5

Es wird auch als Katalysator bei der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von NO verwendetx Emissionen in einigen Kraftwerken. Aufgrund seiner Wirksamkeit bei der Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid und damit Schwefelsäure muss beim Brennen schwefelhaltiger Brennstoffe besonders auf die Betriebstemperaturen und die Platzierung der SCR-Einheit eines Kraftwerks geachtet werden.

Andere Oxidationen[edit]

Vorgeschlagene frühe Schritte bei der Vanadium-katalysierten Oxidation von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid mit V.2Ö5 dargestellt als Molekül gegen seine wahre erweiterte Struktur.[12]

Maleinsäureanhydrid wird vom V produziert2Ö5-katalysierte Oxidation von Butan mit Luft:

C.4H.10 + 4 O.2 → C.2H.2(CO)2O + 8 H.2Ö

Maleinsäureanhydrid wird zur Herstellung von Polyesterharzen und Alkydharzen verwendet.[13]

Phthalsäureanhydrid wird in ähnlicher Weise von V hergestellt2Ö5-katalysierte Oxidation von ortho-Xylol oder Naphthalin bei 350–400 ° C. Die Gleichung gilt für die Xyloloxidation:

C.6H.4(CH3)2 + 3 O.2 → C.6H.4(CO)2O + 3 H.2Ö

Phthalsäureanhydrid ist eine Vorstufe von Weichmachern, die verwendet werden, um Polymeren Geschmeidigkeit zu verleihen.

Eine Vielzahl anderer industrieller Verbindungen wird auf ähnliche Weise hergestellt, einschließlich Adipinsäure, Acrylsäure, Oxalsäure und Anthrachinon.[6]

Andere Anwendungen[edit]

Vanadium (V) oxid findet aufgrund seines hohen Wärmewiderstandskoeffizienten Verwendung als Detektormaterial in Bolometern und Mikrobolometer-Arrays für die Wärmebildgebung. Es findet auch Anwendung als Ethanolsensor in ppm-Werten (bis zu 0,1 ppm).

Vanadium-Redox-Batterien sind eine Art Durchflussbatterie, die zur Energiespeicherung verwendet wird, einschließlich großer Kraftwerke wie Windparks.[14]

Biologische Aktivität[edit]

V2o5label.jpg

Vanadium (V) oxid zeigt mit einer LD50 von etwa 470 mg / kg eine sehr geringe akute Toxizität für den Menschen. Die größere Gefahr besteht beim Einatmen des Staubes, wobei die LD50 bei einer 14-tägigen Exposition zwischen 4 und 11 mg / kg liegt.[6] Vanadate (VO3−
4), gebildet durch Hydrolyse von V.2Ö5 scheint bei hohem pH-Wert Enzyme zu hemmen, die Phosphat (PO) verarbeiten43−). Die Wirkungsweise bleibt jedoch schwer fassbar.[8]

Verweise[edit]

  1. ^ Weast, Robert C., Hrsg. (1981). CRC Handbuch für Chemie und Physik (62. Ausgabe). Boca Raton, FL: CRC-Presse. p. B-162. ISBN 0-8493-0462-8..
  2. ^ Shklover, V.; Haibach, T.; Ried, F.; Nesper, R.; Novak, P. (1996), “Kristallstruktur des Produkts von Mg2+ Einfügen in V.2Ö5 Einkristalle “, J. Solid State Chem., 123 (2): 317–23, doi:10.1006 / jssc.1996.0186.
  3. ^ ein b c R. Robie, B. Hemingway und J. Fisher, “Thermodynamische Eigenschaften von Mineralien und verwandten Substanzen bei 298,15 K und 1 bar Druck und bei höheren Temperaturen”, US Geol. Surv., Vol. 1452, 1978. [1]
  4. ^ ein b NIOSH Pocket Guide für chemische Gefahren. “# 0653”. Nationales Institut für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (NIOSH).
  5. ^ ein b “Vanadiumstaub”. Sofort gefährlich für Lebens- und Gesundheitskonzentrationen (IDLH). Nationales Institut für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (NIOSH).
  6. ^ ein b c Günter Bauer, Volker Güther, Hans Hess, Andreas Otto, Oskar Roidl, Heinz Roller, Siegfried Sattelberger “Vanadium und Vanadiumverbindungen” in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002 / 14356007.a27_367
  7. ^ G. Brauer (1963). “Vanadium, Niob, Tantal”. In G. Brauer (Hrsg.). Handbuch der präparativen anorganischen Chemie, 2. Aufl. NY: Akademische Presse. p. 1267.
  8. ^ ein b c d Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemie der Elemente. Oxford: Pergamonpresse. S. 1140, 1144. ISBN 978-0-08-022057-4..
  9. ^ G. Brauer (1963). “Vanadium, Niob, Tantal”. In G. Brauer (Hrsg.). Handbuch der präparativen anorganischen Chemie, 2. Aufl. NY: Akademische Presse. p. 1264.
  10. ^ “Die Oxidationsstufen von Vanadium”. RSC Bildung. Abgerufen 2019-10-04.
  11. ^ G. Brauer (1963). “Vanadium, Niob, Tantal”. In G. Brauer (Hrsg.). Handbuch der präparativen anorganischen Chemie, 2. Aufl. NY: Akademische Presse. p. 1269.
  12. ^ “Gibbs-Wohl-Naphthalinoxidation”. Umfassende organische Namensreaktionen und Reagenzien. 2010. doi:10.1002 / 9780470638859.conrr270. ISBN 9780470638859.
  13. ^ Tedder, JM; Nechvatal, A.; Tubb, AH, Hrsg. (1975), Grundlegende organische Chemie: Teil 5, Industrieprodukte, Chichester, Großbritannien: John Wiley & Sons.
  14. ^ REDT Energiespeicher. “Verwenden von VRFB für erneuerbare Anwendungen”.

Weiterführende Literatur[edit]

Externe Links[edit]


after-content-x4