Оксид ванадия (V) - Vanadium(V) oxide
Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК
Пентаоксид диванадия
|
|
Другие имена
Пятиокись ванадия Ванадиевый ангидрид Пятиокись диванадия |
|
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol )
|
|
ЧЭБИ | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.013.855 |
Номер ЕС | |
КЕГГ | |
PubChem CID
|
|
Номер RTECS | |
UNII | |
Номер ООН | 2862 |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
Характеристики | |
V 2 O 5 | |
Молярная масса | 181,8800 г / моль |
Появление | Желтое твердое вещество |
Плотность | 3,357 г / см 3 |
Температура плавления | 690 ° С (1274 ° F, 963 К) |
Точка кипения | 1,750 ° C (3,180 ° F, 2,020 К) (разлагается) |
8,0 г / л (20 ° С) | |
+ 128,0 · 10 −6 см 3 / моль | |
Структура | |
Орторомбический | |
Пммн, № 59 | |
a = 1151 пм, b = 355,9 пм, c = 437,1 пм
|
|
Искаженный тригонально-бипирамидальный (V) | |
Термохимия | |
Стандартная мольная
энтропия ( S |
130,54 Дж / моль · К |
Std энтальпия
формации (Δ F H ⦵ 298 ) |
-1550,590 кДж / моль |
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ˚)
|
-1419,435 кДж / моль |
Опасности | |
Паспорт безопасности | ICSC 0596 |
Пиктограммы GHS | |
Сигнальное слово GHS | Опасность |
H341 , H361 , H372 , H332 , H302 , H335 , H411 | |
NFPA 704 (огненный алмаз) | |
точка возгорания | Не воспламеняется |
Смертельная доза или концентрация (LD, LC): | |
LD 50 ( средняя доза )
|
10 мг / кг (крыса, перорально) 23 мг / кг (мышь, перорально) |
LC Lo ( самый низкий опубликованный )
|
500 мг / м 3 (кошка, 23 мин) 70 мг / м 3 (крыса, 2 часа) |
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
PEL (Допустимо)
|
C 0,5 мг V 2 O 5 / м 3 (соответственно) (твердый)
|
Родственные соединения | |
Другие анионы
|
Окситрихлорид ванадия |
Другие катионы
|
Оксид ниобия (V) Оксид тантала (V) |
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). |
|
проверить ( что есть ?) | |
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.
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
Восстановление до более низких оксидов
При нагревании смеси оксида ванадия (V) и оксид ванадия (III) , конпропорционирование происходит с получением оксида ванадия (IV) , в виде темно-синее твердое вещество:
- 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
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 . 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 преобладают более экзотические виды, такие как V 4 O 12 4- и HV 10 O 28 5- ( декаванадат ).
При обработке тионилхлоридом он превращается в летучий жидкий оксихлорид ванадия , VOCl 3 :
- V 2 O 5 + 3 SOCl 2 → 2 VOCl 3 + 3 SO 2
Другие окислительно-восстановительные реакции
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:
Все ионы в разной степени гидратированы.
Подготовка
Технический V 2 O 5 производится в виде черного порошка, используемого для производства металлического ванадия и феррованадия . 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:
- 2 NH 4 VO 3 → V 2 O 5 + 2 NH 3 + H 2 O
Использует
Производство феррованадия
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 глиноземом в качестве
Производство серной кислоты
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
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 .
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 полимерам пластичности .
Аналогичным образом производится множество других промышленных соединений, включая адипиновую кислоту , акриловую кислоту , щавелевую кислоту и антрахинон .
Другие приложения
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 - это тип проточных батарей, используемых для хранения энергии, в том числе на крупных энергетических объектах, таких как ветряные электростанции .
Биологическая активность
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. Ванадат ( В.О.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.
использованная литература
дальнейшее чтение
- «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
- Как оксид ванадия используется для хранения энергии
- Международная карта химической безопасности 0596
- Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «# 0653» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «# 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