Vanadium (V) oksid - Vanadium(V) oxide
|
|
|
|
| Navn | |
|---|---|
|
IUPAC navn
Divanadium pentaoxide
|
|
| Andre navn
Vanadiumpentoksid
Vanadinsyreanhydrid Divanadiumpentoksid |
|
| Identifikatorer | |
|
3D -modell ( JSmol )
|
|
| ChEBI | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.013.855 
|
| EC -nummer | |
| KEGG | |
|
PubChem CID
|
|
| RTECS -nummer | |
| UNII | |
| FN -nummer | 2862 |
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Eiendommer | |
| V 2 O 5 | |
| Molar masse | 181.8800 g/mol |
| Utseende | Gult fast stoff |
| Tetthet | 3,357 g / cm 3 |
| Smeltepunkt | 690 ° C (1.274 ° F; 963 K) |
| Kokepunkt | 1.750 ° C (3.180 ° F; 2.020 K) (brytes ned) |
| 8,0 g/L (20 ° C) | |
| +128,0 · 10 −6 cm 3 /mol | |
| Struktur | |
| Orthorhombic | |
| Pmmn, nr. 59 | |
|
a = 1151 pm, b = 355,9 pm, c = 437,1 pm
|
|
| Forvrengt trigonal bipyramidal (V) | |
| Termokjemi | |
|
Std molar
entropi ( S |
130,54 J/mol · K |
|
Std
formasjonsentalpi (Δ f H ⦵ 298 ) |
-1550,590 kJ/mol |
|
Gibbs fri energi (Δ f G ˚)
|
-1419,435 kJ/mol |
| Farer | |
| Sikkerhetsdatablad | ICSC 0596 |
| GHS -piktogrammer |
  
|
| GHS Signalord | Fare |
| H341 , H361 , H372 , H332 , H302 , H335 , H411 | |
| NFPA 704 (branndiamant) | |
| Flammepunkt | Ikke brennbar |
| Dødelig dose eller konsentrasjon (LD, LC): | |
|
LD 50 ( median dose )
|
10 mg/kg (rotte, oral) 23 mg/kg (mus, oral) |
|
LC Lo ( lavest publisert )
|
500 mg/m 3 (cat, 23 min) 70 mg/m 3 (rotte, 2 timer) |
| NIOSH (amerikanske helseeksponeringsgrenser): | |
|
PEL (tillatt)
|
C 0,5 mg V 2 O 5 /m 3 (resp) (fast stoff)
|
| Relaterte forbindelser | |
|
Andre anioner
|
Vanadiumoksytrichlorid |
|
Andre kationer
|
Niob (V) oksid Tantal (V) oksid |
|
Vanadium (II) oksid Vanadium (III) oksid Vanadium (IV) oksid |
|
|
Med mindre annet er angitt, gis data for materialer i standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|
 bekreft ( hva er ?)
  |
|
| Infobox -referanser | |
Vanadium (V) oksyd ( vanadiumoksyd ) er en uorganisk forbindelse med formel V 2 O 5 . Vanligvis kjent som vanadiumpentoksid , er det et brunt/gult fast stoff, men fargen er dypt oransje når den blir utfelt fra vandig oppløsning. På grunn av sin høye oksidasjonstilstand er det både et amfoterisk oksid og et oksidasjonsmiddel . Fra det industrielle perspektivet er det den viktigste forbindelsen av vanadium , som er hovedforløperen til legeringer av vanadium og er en mye brukt industriell katalysator.
Mineralformen av denne forbindelsen, shcherbinaite, er ekstremt sjelden, finnes nesten alltid blant fumaroler . Et mineral -trihydrat , V 2 O 5 · 3 H 2 O, er også kjent under navnet navajoite.
Kjemiske egenskaper
Reduksjon til lavere oksider
Ved oppvarming av en blanding av vanadium (V) -oksyd og vanadium (III) oksyd , comproportionation oppstår under dannelse av vanadium (IV) oksyd , som et dyp-blått, fast stoff:
- V 2 O 5 + V 2 O 3 → 4 VO 2
Reduksjonen kan også utføres av oksalsyre , karbonmonoksid og svoveldioksid . Ytterligere reduksjon ved bruk av hydrogen eller overskytende CO kan føre til komplekse blandinger av oksider som V 4 O 7 og V 5 O 9 før svart V 2 O 3 er nådd.
Syre-base reaksjoner
V 2 O 5 er et amfotert oksyd. I motsetning til de fleste metalloksider oppløses det litt i vann for å gi en lysegul, sur løsning. Således V 2 O 5 reagerer med sterke ikke-reduserende syrer for å danne oppløsninger som inneholdt det blekgule salter inneholdende dioxovanadium (V) sentra:
- V 2 O 5 + 2 HNO 3 → 2 VO 2 (NO 3 ) + H 2 O
Det reagerer også med sterk alkali for å danne polyoksovanadater , som har en kompleks struktur som er avhengig av pH . Hvis det brukes overflødig vandig natriumhydroksyd, er produktet et fargeløst salt , natriumortovanadat , Na 3 VO 4 . Hvis syren tilsettes langsomt til en oppløsning av Na- 3 VO 4 , fargen blir dypere gradvis gjennom oransje til rød brun før hydratisert V 2 O 5 utfellinger rundt pH 2. Disse løsningene inneholder hovedsakelig ionene HVO 4 2- og V 2 O 7 4 - mellom pH 9 og pH 13, men under pH 9 dominerer flere eksotiske arter som V 4 O 12 4− og HV 10 O 28 5− ( decavanadate ).
Ved behandling med tionylklorid , omdannes det til flyktig flytende vanadiumoksyklorid , VOCl 3 :
- V 2 O 5 + 3 SOCl 2 → 2 VOCl 3 + 3 SO 2
Andre redoksreaksjoner
Saltsyre og brombrintesyre oksideres til det tilsvarende halogenet , f.eks.
- V 2 O 5 + 6HCl + 7H 2 O → 2 [VO (H 2 O) 5 ] 2+ + 4Cl - + Cl 2
Vanadater eller vanadylforbindelser i syreoppløsning reduseres med sinkamalgam gjennom den fargerike banen:
Ionene er alle hydrert i ulik grad.
Forberedelse
Teknisk klasse V 2 O 5 produseres som et svart pulver som brukes til produksjon av vanadiummetall og ferrovanadium . En vanadiummalm eller vanadinrik rest behandles med natriumkarbonat og et ammoniumsalt for å produsere natriummetavanadat , NaVO 3 . Dette materiale ble deretter surgjort til pH 2-3 ved anvendelse av H- 2 SO 4 for å gi et bunnfall av "røde cake" (se ovenfor ). Den røde Kaken blir deretter smeltet ved 690 ° C for å gi det urensede V 2 O 5 .
Vanadium (V) oksid produseres når vanadiummetall varmes opp med overflødig oksygen , men dette produktet er forurenset med andre lavere oksider. Et mer tilfredsstillende laboratorieforberedelse innebærer nedbrytning av ammoniummetavanadat ved 500-550 ° C:
- 2 NH 4 VO 3 → V 2 O 5 + 2 NH 3 + H 2 O
Bruker
Ferrovanadium produksjon
Når det gjelder mengde, er den dominerende bruken av vanadium (V) oksid i produksjonen av ferrovanadium (se ovenfor ). Oksidet blir oppvarmet med skrap jern og ferrosilisium , med kalk tilsatt for å danne et kalsium-silikat slagg . Aluminium kan også brukes, og produserer jern-vanadium-legeringen sammen med aluminiumoksyd som en
Svovelsyreproduksjon
En annen viktig bruk av vanadium (V) oksid er produksjon av svovelsyre , en viktig industrikjemikalie med en årlig verdensomspennende produksjon på 165 millioner tonn i 2001, med en omtrentlig verdi på 8 milliarder dollar. Vanadium (V) oksid tjener det avgjørende formålet med å katalysere den mildt eksotermiske oksidasjonen av svoveldioksid til svoveltrioksid med luft i kontaktprosessen :
- 2 SO 2 + O 2 ⇌ 2 SO 3
Oppdagelsen av denne enkle reaksjon, hvor V 2 O 5 er den mest effektive katalysator, tillates svovelsyre for å bli billig handelsvare kjemiske det er i dag. Reaksjonen utføres mellom 400 og 620 ° C; under 400 ° C V 2 O 5 er inaktivt som en katalysator, og over 620 ° C, det begynner å bryte ned. Siden det er kjent at V 2 O 5 kan reduseres til VO to av SO 2 , er en sannsynlig katalytiske syklus som følger:
- SO 2 + V 2 O 5 → SO 3 + 2VO 2
etterfulgt av
- 2VO 2 +½O 2 → V 2 O 5
Det brukes også som katalysator i den selektive katalytiske reduksjonen (SCR) av NO x -utslipp i noen kraftverk . På grunn av dets effektivitet ved omdannelse av svoveldioksid til svoveltrioksid, og derved svovelsyre, må det utvises spesiell forsiktighet ved driftstemperaturer og plassering av et kraftverks SCR-enhet ved avfyring av svovelholdig drivstoff.
Andre oksidasjoner
Maleinsyreanhydrid blir produsert av V 2 O 5 -catalysed oksydering av butan med luft:
- C 4 H 10 + 4 O 2 → C 2 H 2 (CO) 2 O + 8 H 2 O
Maleinsyreanhydrid brukes til produksjon av polyesterharpikser og alkydharpikser .
Ftalsyreanhydrid fremstilles på lignende måte ved V 2 O 5 -catalysed oksydasjon av orto-xylen eller naftalen ved 350-400 ° C. Ligningen er for xylenoksidasjonen:
- C 6 H 4 (CH 3 ) 2 + 3 O 2 → C 6 H 4 (CO) 2 O + 3 H 2 O
Ftalinsyreanhydrid er en forløper til myknere , brukt for å gi smidighet til polymerer.
En rekke andre industrielle forbindelser produseres på samme måte, inkludert adipinsyre , akrylsyre , oksalsyre og antrakinon .
Andre applikasjoner
På grunn av sin høye termiske motstandskoeffisient finner vanadium (V) oksid bruk som detektormateriale i bolometre og mikrobolometer -matriser for termisk avbildning . Den finner også anvendelse som etanol -sensor i ppm -nivåer (opptil 0,1 ppm).
Vanadium redoks batterier er en type strømbatteri som brukes til energilagring, inkludert store kraftanlegg som vindparker .
Biologisk aktivitet
Vanadium (V) oksid viser meget beskjeden akutt toksisitet for mennesker, med en LD50 på omtrent 470 mg/kg. Den største faren er ved innånding av støv, der LD50 varierer fra 4–11 mg/kg for en 14-dagers eksponering. Vanadate ( VO3−
4), Som dannes ved hydrolyse av V 2 O 5 ved høy pH, ser ut til å hemme enzymer som prosess-fosfat (PO 4 3- ). Handlingsmåten forblir imidlertid unnvikende.
Referanser
Videre lesning
- "Vanadiumpentoksid", kobolt i harde metaller og koboltsulfat, galliumarsenid, indiumfosfid og vanadiumpentoksid (PDF) , IARC -monografier om evaluering av kreftfremkallende risiko for mennesker 86, Lyon, Frankrike: International Agency for Research on Cancer, 2006, s. 227–92, ISBN 92-832-1286-X.
- Vaidhyanathan, B .; Balaji, K .; Rao, KJ (1998), "Mikrobølge-assistert solid-state syntese av oksyd-ionledende stabiliserte vismut-vanadatfaser", Chem. Mater. , 10 (11): 3400–4, doi : 10.1021/cm980092f.
Eksterne linker
- Hvordan vanadiumoksid brukes i energilagring
- Internasjonalt kjemisk sikkerhetskort 0596
- NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0653" . National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
- NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0654" . National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
- Vanadiumpentoksid og andre uorganiske vanadiumforbindelser ( kortfattet internasjonalt kjemisk vurderingsdokument 29)
- IPCS Environmental Health Criteria 81: Vanadium
- IPCS helse- og sikkerhetsveiledning 042: Vanadium og noen vanadinsalter