Vanadin(V)oxid

Vanadin(V)oxid
Vanadium pentoxide monolayer
Vanadium(V) oxide
Namn
IUPAC namn
Divanadiumpentaoxid
Andra namn


Vanadinpentoxid Vanadinsyraanhydrid Divanadiumpentoxid
Identifierare
3D-modell ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.013.855 Edit this at Wikidata
EG-nummer
  • 215-239-8
KEGG
RTECS-nummer
  • YW2450000
UNII
FN-nummer 2862
  • InChI=1S/5O.2V  check Y
    Nyckel: GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N  check Y
  • InChI=1/5O.2V/rO5V2/c1-6(2)5-7(3)4
    Nyckel: GNTDGMZSJNCJKK-HHIHJEONAP
  • O=[V](=O)O[V](=O)=O
Egenskaper
V2O5 _ _ _
Molar massa 181,8800 g/mol
Utseende Gult fast ämne
Densitet 3,35 g/cm 3
Smältpunkt 681 °C (1 258 °F; 954 K)
Kokpunkt 1 750 °C (3 180 °F; 2 020 K) (sönderdelas)
0,7 g/L (20 °C)
+128,0·10 -6 cm3 / mol
Strukturera
Ortorhombisk
Pmmn, nr 59
a = 1151 pm, b = 355,9 pm, c = 437,1 pm
Förvrängd trigonal bipyramidal (V)
Termokemi
127,7 J/(mol·K)

Std molär entropi ( S ⦵ 298 )
131,0 J/(mol·K)

Std formationsentalpi ( Δ f H ⦵ 298 )
-1550,6 kJ/mol
Gibbs fri energi (Δ f G ⦵ )
-1419,5 kJ/mol
Faror
GHS- märkning :
Muta. 2; Repr. 2; STOT RE 1Acute Tox.4; STOT SE 3Aquatic Chronic 2
Fara
H302 , H332 , H335 , H341 , H361 , H372 , H411
NFPA 704 (branddiamant)
4
0
0
Flampunkt Ej brandfarlig
Dödlig dos eller koncentration (LD, LC):
LD 50 ( mediandos )

10 mg/kg (råtta, oral) 23 mg/kg (mus, oral)

500 mg/m 3 (katt, 23 min) 70 mg/m 3 (råtta, 2 timmar)
NIOSH (USA:s hälsoexponeringsgränser):
PEL (tillåtet)
C 0,5 mg V 2 O 5 /m 3 (resp.) (fast)


C 0,1 mg V2O5 / m3 ( rök )

Säkerhetsdatablad (SDS) ICSC 0596
Besläktade föreningar
Andra anjoner
Vanadinoxitriklorid

Niob(V)oxid Tantal(V)oxid


Vanadin(II)oxid Vanadin(III)oxid Vanadin(IV)oxid
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
☒  N ( vad är check☒ Y N ?)

Vanadin(V)oxid ( vanadin ) är den oorganiska föreningen med formeln V 2 O 5 . Allmänt känd som vanadinpentoxid , är det ett brunt/gult fast ämne, även om färgen är djupt orange när den fälls ut från vattenlösning. På grund av dess höga oxidationstillstånd är det både en amfoter oxid och ett oxidationsmedel . Ur ett industriellt perspektiv är det den viktigaste föreningen av vanadin , som är den huvudsakliga föregångaren till legeringar av vanadin och är en allmänt använd industriell katalysator.

Mineralformen av denna förening, shcherbinaite, är extremt sällsynt och finns nästan alltid bland fumaroler . Ett mineraltrihydrat , V2O5 · 3H2O , är också känt under namnet navajoit.

Kemiska egenskaper

Reduktion till lägre oxider

Vid upphettning av en blandning av vanadin(V)oxid och vanadin(III)oxid sker en proportionering för att ge vanadin(IV)oxid, som ett djupblått fast ämne:

V 2 O 5 + V 2 O 3 → 4 VO 2

Reduktionen kan också åstadkommas med oxalsyra , kolmonoxid och svaveldioxid . Ytterligare reduktion med användning av väte eller överskott av CO kan leda till komplexa blandningar av oxider såsom V 4 O 7 och V 5 O 9 innan svart V 2 O 3 uppnås.

Syra-bas-reaktioner

V2O5 är en amfoter oxid . _ Till skillnad från de flesta metalloxider löser den sig något i vatten för att ge en blekgul, sur lösning. Sålunda reagerar V 2 O 5 med starka icke-reducerande syror för att bilda lösningar som innehåller de blekgula salterna som innehåller dioxovanadium(V) -centra:

V 2 O 5 + 2 HNO 3 → 2 VO 2 (NO 3 ) + H 2 O

Det reagerar också med stark alkali och bildar polyoxovanadater , som har en komplex struktur som beror på pH . Om överskott av vattenhaltig natriumhydroxid används är produkten ett färglöst salt , natriumortovanadat , Na 3 VO 4 . Om syra långsamt tillsätts till en lösning av Na 3 VO 4 fördjupas färgen gradvis genom orange till röd innan brunt hydratiserat V 2 O 5 fälls ut runt pH 2. Dessa lösningar innehåller huvudsakligen jonerna HVO 4 2− och V 2 O 7 4 − mellan pH 9 och pH 13, men under pH 9 dominerar mer exotiska arter som V 4 O 12 4− och HV 10 O 28 5− ( dekavanadat ).

Vid behandling med tionylklorid omvandlas den till den flyktiga vätskan vanadinoxiklorid , VOCl 3 :

V 2 O 5 + 3 SOCl 2 → 2 VOCl 3 + 3 SO 2

Andra redoxreaktioner

Saltsyra och bromvätesyra oxideras till motsvarande halogen , t.ex.

V2O5 + 6HCl + 7H2O → 2[ VO ( H2O ) 5 ] 2+ + 4Cl − + Cl2

Vanadat eller vanadylföreningar i sur lösning reduceras av zinkamalgam genom den färgglada vägen:

VO 2 + gul → VO 2+ blå → V 3+ grön → V 2+ lila

Jonerna är alla hydratiserade i varierande grad.

Förberedelse

Den orange, delvis hydratiserade formen av V 2 O 5
Fällning av "röd kaka", som är vattenhaltig V 2 O 5

Teknisk kvalitet V 2 O 5 produceras som ett svart pulver som används för tillverkning av vanadinmetall och ferrovanadium . En vanadinmalm eller vanadinrik återstod behandlas med natriumkarbonat och ett ammoniumsalt för att producera natriummetavanadat, NaVO 3 . Detta material surgörs sedan till pH 2–3 med H 2 SO 4 för att ge en fällning av "röd kaka" (se ovan ). Den röda kakan smälts sedan vid 690 °C för att producera den råa V 2 O 5 .

Vanadin(V)oxid produceras när vanadinmetall värms upp med överskott av syre , men denna produkt är förorenad med andra, lägre oxider. En mer tillfredsställande laboratorieförberedelse innebär nedbrytning av ammoniummetavanadat vid 500–550 °C:

2 NH 4 VO 3 → V 2 O 5 + 2 NH 3 + H 2 O

Används

Ferrovanadium produktion

När det gäller kvantitet är den dominerande användningen av vanadin(V)oxid vid framställning av ferrovanadium (se ovan ). Oxiden värms upp med järnskrot och ferrokisel , med kalk tillsatt för att bilda en kalciumsilikatslagg . Aluminium kan också användas för att producera järn-vanadinlegeringen tillsammans med aluminiumoxid som en

Svavelsyraproduktion

En annan viktig användning av vanadin(V)oxid är vid tillverkning av svavelsyra , en viktig industrikemikalie med en årlig världsomspännande produktion på 165 miljoner ton 2001, med ett ungefärligt värde av 8 miljarder USD. Vanadin(V)oxid tjänar det avgörande syftet att katalysera den milt exoterma oxidationen av svaveldioxid till svaveltrioxid med luft i kontaktprocessen :

2 SO 2 + O 2 ⇌ 2 SO 3

Upptäckten av denna enkla reaktion, för vilken V 2 O 5 är den mest effektiva katalysatorn, gjorde att svavelsyra blev den billiga råvarukemikalie den är idag. Reaktionen utförs mellan 400 och 620°C; under 400 °C är V2O5 inaktiv som katalysator och över 620 °C börjar den brytas ned . Eftersom det är känt att V 2 O 5 kan reduceras till VO 2 med SO 2 , är en trolig katalytisk cykel som följer:

SO 2 + V 2 O 5 → SO 3 + 2VO 2

följd av

2VO 2 +½O 2 → V 2 O 5

Den används också som katalysator i den selektiva katalytiska reduktionen (SCR) av NO x -utsläpp i vissa kraftverk och dieselmotorer. På grund av dess effektivitet i att omvandla svaveldioxid till svaveltrioxid och därmed svavelsyra, måste särskild försiktighet iakttas med driftstemperaturer och placering av ett kraftverks SCR-enhet vid eldning av svavelhaltiga bränslen.

Andra oxidationer

Föreslagna tidiga steg i den vanadinkatalyserade oxidationen av naftalen till ftalsyraanhydrid , med V 2 O 5 representerad som en molekyl kontra dess verkliga utökade struktur.

Maleinsyraanhydrid produceras genom V 2 O 5 -katalyserad oxidation av butan med luft:

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

Maleinsyraanhydrid används för framställning av polyesterhartser och alkydhartser .

Ftalsyraanhydrid framställs på liknande sätt genom V 2 O 5 -katalyserad oxidation av orto-xylen eller naftalen vid 350–400 °C. Ekvationen för den vanadinoxidkatalyserade oxidationen av o-xylen till ftalsyraanhydrid:

C 6 H 4 (CH 3 ) 2 + 3 O 2 → C 6 H 4 (CO) 2 O + 3 H 2 O

Ekvationen för den vanadinoxidkatalyserade oxidationen av naftalen till ftalsyraanhydrid:

C 10 H 8 + 4½ O 2 → C 6 H 4 (CO) 2 O + 2CO 2 + 2H 2 O

Ftalsyraanhydrid är en prekursor till mjukgörare , som används för att ge polymerer böjlighet.

En mängd andra industriella föreningar produceras på liknande sätt, inklusive adipinsyra , akrylsyra , oxalsyra och antrakinon .

Andra applikationer

På grund av sin höga värmebeständighetskoefficient finner vanadin(V)oxid användning som detektormaterial i bolometrar och mikrobolometermatriser för värmeavbildning . Den kan även användas som etanolsensor i ppm-nivåer (upp till 0,1 ppm).

Vanadium redoxbatterier är en typ av flödesbatteri som används för energilagring , inklusive stora kraftanläggningar som vindkraftsparker . Vanadinoxid används också som katod i litiumjonbatterier.

Biologisk aktivitet

V2o5label.jpg

Vanadin(V)oxid uppvisar mycket blygsam akut toxicitet för människor, med en LD50 på cirka 470 mg/kg. Den större faran är vid inandning av dammet, där LD50 varierar från 4–11 mg/kg för en 14-dagars exponering. Vanadat ( VO
3− 4 ), bildat genom hydrolys av V 2 O 5 vid högt pH, verkar hämma enzymer som bearbetar fosfat (PO 4 3− ). Men handlingssättet förblir svårfångat. [ bättre källa behövs ]

Anförda källor

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Vanadium(V)_oxide&oldid=1137959083 "