Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Оксид ванадия (V)
Монослой пятиокиси ванадия
Оксид ванадия (V)
Имена
Название ИЮПАК
Пентаоксид диванадия
Другие имена

Пятиокись ванадия Ванадиевый ангидрид
Пятиокись диванадия
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.013.855 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 215-239-8
КЕГГ
Номер RTECS
  • YW2450000
UNII
Номер ООН2862
  • InChI = 1S / 5O.2V проверитьY
    Ключ: GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • InChI = 1 / 5O.2V / rO5V2 / c1-6 (2) 5-7 (3) 4
    Ключ: GNTDGMZSJNCJKK-HHIHJEONAP
  • O = [V] (= O) O [V] (= O) = O
Свойства [1]
V 2 O 5
Молярная масса181,8800 г / моль
ВнешностьЖелтое твердое вещество
Плотность3,357 г / см 3
Температура плавления 690 ° С (1274 ° F, 963 К)
Точка кипения 1,750 ° С (3,180 ° F, 2,020 К) (разлагается)
8,0 г / л (20 ° С)
+ 128,0 · 10 −6 см 3 / моль
Структура [2]
Орторомбический
Пммн, № 59
a  = 1151 пм, b  = 355,9 пм, c  = 437,1 пм
Искаженный тригонально-бипирамидальный (V)
Термохимия
130,54 Дж / моль · К [3]
-1550,590 кДж / моль [3]
-1419,435 кДж / моль [3]
Опасности
Паспорт безопасностиICSC 0596
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHSОпасность
Положения об опасности GHS
H341 , H361 , H372 , H332 , H302 , H335 , H411
NFPA 704 (огненный алмаз)
4
0
0
точка возгоранияНегорючий
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
LD 50 ( средняя доза )
10 мг / кг (крыса, перорально)
23 мг / кг (мышь, перорально) [5]
LC Lo ( самый низкий опубликованный )
500 мг / м 3 (кошка, 23 мин)
70 мг / м 3 (крыса, 2 часа) [5]
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
C 0,5 мг V 2 O 5 / м 3 (соответственно) (твердый) [4]


C 0,1 мг V 2 O 5 / м 3 (дым) [4]

Родственные соединения
Другие анионы
Окситрихлорид ванадия
Другие катионы
Оксид ниобия (V) Оксид
тантала (V)
Родственные оксиды ванадия
Оксид ванадия (II) Оксид
ванадия (III) Оксид
ванадия (IV)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Оксид ванадия (V) ( ванадий ) представляет собой неорганическое соединение с формулой V 2 O 5 . Обычно известный как пятиокись ванадия , это твердое вещество коричневого / желтого цвета, хотя при осаждении из водного раствора его цвет становится темно-оранжевым. Из-за высокой степени окисления он является как амфотерным оксидом, так и окислителем . С промышленной точки зрения, это наиболее важное соединение ванадия , являющееся основным предшественником сплавов ванадия и широко используемым промышленным катализатором. [6]

Минеральная форма этого соединения - щербинаит - встречается крайне редко, почти всегда встречается среди фумарол . Минеральный тригидрат V 2 O 5 · 3H 2 O также известен под названием навахоит.

Химические свойства [ править ]

Восстановление до низших оксидов [ править ]

При нагревании смеси оксида ванадия (V) и оксид ванадия (III) , конпропорционирование происходит с получением оксида ванадия (IV) , в виде темно-синего твердого вещества: [7]

V 2 O 5 + V 2 O 3 → 4 VO 2

Восстановление также может осуществляться с помощью щавелевой кислоты , монооксида углерода и диоксида серы . Дальнейшее восстановление с использованием водорода или избытка CO может привести к образованию сложных смесей оксидов, таких как V 4 O 7 и V 5 O 9, прежде чем будет получен черный V 2 O 3 .

Кислотно-основные реакции [ править ]

V 2 O 5 представляет собой амфотерный оксид. В отличие от большинства оксидов металлов, он слегка растворяется в воде с образованием бледно-желтого кислого раствора. Таким образом, V 2 O 5 реагирует с сильными невосстанавливающими кислотами с образованием растворов, содержащих бледно-желтые соли, содержащие центры диоксованадия (V):

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

Он также реагирует с сильной щелочью с образованием полиоксованадатов , которые имеют сложную структуру, которая зависит от pH . [8] Если используется избыток водного гидроксида натрия , продукт представляет собой бесцветную соль , ортованадат натрия , Na 3 VO 4 . Если кислоту медленно добавлять к раствору Na 3 VO 4 , цвет постепенно становится более глубоким от оранжевого до красного, прежде чем коричневый гидратированный V 2 O 5 выпадет в осадок около pH 2. Эти растворы содержат в основном ионы HVO 4 2- и V 2 O 7.4- между pH 9 и pH 13, но ниже pH 9 преобладают более экзотические виды, такие как V 4 O 12 4- и HV 10 O 28 5- ( декаванадат ).

После обработки тионилхлоридом он превращается в летучий жидкий оксихлорид ванадия , VOCl 3 : [9]

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

Другие окислительно-восстановительные реакции [ править ]

Соляная кислота и бромистоводородная кислота окисляются до соответствующего галогена , например,

V 2 O 5 + 6HCl + 7H 2 O → 2 [VO (H 2 O) 5 ] 2+ + 4Cl - + Cl 2

Ванадаты или соединения ванадила в растворе кислоты восстанавливаются амальгамой цинка по красочному пути:

VO 2 +желтый → VO 2+синий → В 3+зеленый → Версия 2+фиолетовый[10]

Все ионы в разной степени гидратированы.

Подготовка [ править ]

Оранжевая частично гидратированная форма V 2 O 5
Осадок «красного кека», представляющий собой водный V 2 O 5.

Техническая чистота V 2 O 5 производится в виде черного порошка, используемого для производства металлического ванадия и феррованадия . [8] Ванадиевая руда или обогащенный ванадием остаток обрабатывают карбонатом натрия и солью аммония для получения метаванадата натрия , NaVO 3 . Затем этот материал подкисляют до pH 2–3, используя H 2 SO 4, с получением осадка «красной лепешки» (см. Выше ). Затем красный кек плавят при 690 ° C с получением неочищенного V 2 O 5 .

Оксид ванадия (V) образуется при нагревании металлического ванадия с избытком кислорода , но этот продукт загрязнен другими, низшими оксидами. Более удовлетворительная лабораторная подготовка включает разложение метаванадата аммония при 500-550 ° C: [11]

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

Использует [ редактировать ]

Производство феррованадия [ править ]

В количественном отношении оксид ванадия (V) преимущественно используется в производстве феррованадия (см. Выше ). Оксид нагревают железным ломом и ферросилицием с добавлением извести для образования силикатно-кальциевого шлака . Алюминий также может быть использован для производства сплава железа с ванадием вместе с оксидом алюминия в качестве побочного продукта. [8]

Производство серной кислоты [ править ]

Еще одним важным применением оксида ванадия (V) является производство серной кислоты , важного промышленного химического вещества, годовое мировое производство которого в 2001 году составило 165 миллионов тонн, а приблизительная стоимость - 8 миллиардов долларов США. Оксид ванадия (V) служит решающей цели - катализировать умеренно экзотермическое окисление диоксида серы до триоксида серы воздухом в контактном процессе :

2 SO 2 + O 2 ⇌ 2 SO 3

Открытие этой простой реакции, для которой V 2 O 5 является наиболее эффективным катализатором, позволило серной кислоте стать дешевым товарным химическим веществом, которым она является сегодня. Реакцию проводят при температуре от 400 до 620 ° C; ниже 400 ° C V 2 O 5 неактивен как катализатор, а выше 620 ° C он начинает разрушаться. Поскольку известно, что V 2 O 5 может быть восстановлен до VO 2 с помощью SO 2 , один из вероятных каталитических циклов выглядит следующим образом:

SO 2 + V 2 O 5 → SO 3 + 2VO 2

с последующим

2ВО 2 + ½O 2 → V 2 O 5

Он также используется в качестве катализатора при селективном каталитическом восстановлении (SCR) выбросов NO x на некоторых электростанциях . Из-за его эффективности в преобразовании диоксида серы в триоксид серы и, следовательно, в серную кислоту, при сжигании серосодержащего топлива необходимо соблюдать особую осторожность при рабочих температурах и размещении блока СКВ на электростанции.

Прочие окисления [ править ]

Предложены первые шаги в катализируемом ванадием окислении нафталина до фталевого ангидрида с V 2 O 5, представленным в виде молекулы, против его истинной протяженной структуры. [12]

Малеиновый ангидрид получают путем катализируемого V 2 O 5 окисления бутана воздухом:

С 4 Н 10 + 4 О 2 → С 2 Н 2 (СО) 2 О + 8 Н 2 О

Малеиновый ангидрид используется для производства полиэфирных и алкидных смол . [13]

Фталевый ангидрид получают аналогичным образом катализируемым V 2 O 5 окислением орто-ксилола или нафталина при 350–400 ° C. Уравнение для окисления ксилола:

С 6 Н 4 (СН 3 ) 2 + 3 О 2 → С 6 Н 4 (СО) 2 О + 3 Н 2 О

Фталевый ангидрид является предшественником пластификаторов , используемых для придания пластичности полимерам.

Аналогичным образом производится множество других промышленных соединений, включая адипиновую кислоту , акриловую кислоту , щавелевую кислоту и антрахинон . [6]

Другие приложения [ править ]

Благодаря высокому коэффициенту термического сопротивления оксид ванадия (V) находит применение в качестве материала детектора в болометрах и массивах микроболометров для тепловидения . Он также находит применение в качестве датчика этанола на уровнях ppm (до 0,1 ppm).

Ванадиевые окислительно-восстановительные батареи представляют собой проточные батареи, используемые для хранения энергии, в том числе на крупных энергетических объектах, таких как ветряные электростанции . [14]

Биологическая активность [ править ]

Оксид ванадия (V) проявляет очень умеренную острую токсичность для человека с LD50 около 470 мг / кг. Наибольшая опасность возникает при вдыхании пыли, где LD50 колеблется в пределах 4–11 мг / кг при 14-дневном воздействии. [6] Ванадат (за кадром)3-
4), образующийся в результате гидролиза V 2 O 5 при высоком pH, по-видимому, ингибирует ферменты, перерабатывающие фосфат (PO 4 3- ). Однако способ действия остается неуловимым. [8]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Weast, Роберт С., изд. (1981). CRC Справочник по химии и физике (62-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. Б-162. ISBN 0-8493-0462-8..
  2. ^ Шкловер, В .; Haibach, T .; Ried, F .; Nesper, R .; Новак П. (1996), "Кристаллическая структура продукта внедрения Mg 2+ в монокристаллы V 2 O 5 ", J. Solid State Chem. , 123 (2): 317-23, DOI : 10,1006 / jssc.1996.0186.
  3. ^ a b c Р. Роби, Б. Хемингуэй и Дж. Фишер, «Термодинамические свойства минералов и родственных веществ при 298,15 К и давлении 1 бар и при более высоких температурах», US Geol. Surv., Т. 1452, 1978 [1]
  4. ^ a b Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «# 0653» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  5. ^ a b «Ванадиевая пыль» . Немедленно опасная для жизни или здоровья концентрация (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  6. ^ a b c Гюнтер Бауэр, Фолькер Гютер, Ханс Хесс, Андреас Отто, Оскар Ройдл, Хайнц Роллер, Зигфрид Саттельбергер «Ванадий и соединения ванадия» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2005, Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a27_367
  7. ^ Г. Брауэр (1963). «Ванадий, ниобий, тантал». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . Нью-Йорк: Academic Press. п. 1267.
  8. ^ а б в г Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Pergamon Press . стр. 1140, 1144. ISBN 978-0-08-022057-4..
  9. ^ Г. Брауэр (1963). «Ванадий, ниобий, тантал». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . Нью-Йорк: Academic Press. п. 1264.
  10. ^ «Степени окисления ванадия» . RSC Education . Проверено 4 октября 2019 .
  11. ^ Г. Брауэр (1963). «Ванадий, ниобий, тантал». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . Нью-Йорк: Academic Press. п. 1269.
  12. ^ "Гиббс-Воль Окисление нафталина". Комплексные органические названия реакций и реагентов . 2010. DOI : 10.1002 / 9780470638859.conrr270 . ISBN 9780470638859.
  13. ^ Теддер, JM; Нечватал, А .; Табб, AH, ред. (1975), Основы органической химии: Часть 5, Промышленные продукты , Чичестер, Великобритания: John Wiley & Sons.
  14. ^ REDT Energy Storage. «Использование VRFB для возобновляемых приложений» .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • «Пятиокись ванадия», кобальт в твердых металлах и сульфат кобальта, арсенид галлия, фосфид индия и пятиокись ванадия (PDF) , Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для людей 86, Лион, Франция: Международное агентство по изучению рака, 2006 г., стр. 227–92, ISBN 92-832-1286-Х.
  • Vaidhyanathan, B .; Balaji, K .; Рао, К.Дж. (1998), "Твердотельный синтез оксид-ионных проводящих стабилизированных фаз ванадата висмута с помощью микроволнового излучения", Chem. Матер. , 10 (11): 3400-4, DOI : 10.1021 / cm980092f.

Внешние ссылки [ править ]

  • Как оксид ванадия используется в накоплении энергии
  • Международная карта химической безопасности 0596
  • Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0653» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  • Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0654» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  • Пятиокись ванадия и другие неорганические соединения ванадия ( Краткий международный документ по химической оценке 29)
  • Критерии гигиены окружающей среды 81 МПХБ : Ванадий
  • Руководство IPCS по охране здоровья и безопасности 042: Ванадий и некоторые соли ванадия