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 |
| |
| |
| Характеристики[1] | |
| V2О5 | |
| Молярная масса | 181,8800 г / моль |
| Внешность | Желтое твердое вещество |
| Плотность | 3,357 г / см3 |
| 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 см3/ моль | |
| Структура[2] | |
| Орторомбический | |
| Пммн, №59 | |
а = 1151 вечера, б = 355,9 вечера, c = 437,1 вечера | |
| Искаженный тригонально-бипирамидальный (V) | |
| Термохимия | |
Стандартный моляр энтропия (S | 130,54 Дж / моль · К [3] |
Станд. Энтальпия формирование (ΔжЧАС⦵298) | -1550,590 кДж / моль [3] |
Свободная энергия Гиббса (Δжграмм˚) | -1419,435 кДж / моль [3] |
| Опасности | |
| Паспорт безопасности | ICSC 0596 |
| Пиктограммы GHS |    |
| Сигнальное слово GHS | Опасность |
| H341, H361, H372, H332, H302, H335, H411 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Негорючий |
| Смертельная доза или концентрация (LD, LC): | |
LD50 (средняя доза ) | 10 мг / кг (крыса, перорально) 23 мг / кг (мышь, перорально)[5] |
LCLo (самый низкий опубликованный ) | 500 мг / м3 (кот, 23 мин) 70 мг / м3 (крыса, 2 ч.)[5] |
| NIOSH (Пределы воздействия на здоровье в США): | |
PEL (Допустимо) | C 0,5 мг V2О5/ м3 (соответственно) (сплошной)[4]
|
| Родственные соединения | |
Другой анионы | Окситрихлорид ванадия |
Другой катионы | Оксид ниобия (V) Оксид тантала (V) |
| Оксид ванадия (II) Оксид ванадия (III) Оксид ванадия (IV) | |
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 проверять (что   ?) | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Оксид ванадия (V) (Ванадия) это неорганическое соединение с формула V2О5. Обычно известный как пятиокись ванадия, это коричневое / желтое твердое вещество, хотя при осаждении из водного раствора его цвет темно-оранжевый. Из-за высокого степень окисления, это одновременно амфотерный оксид и окислитель. С промышленной точки зрения это важнейшее соединение ванадий, являясь основным предшественником сплавов ванадия и широко используемым промышленным катализатором.[6]
Минеральная форма этого соединения - щербинаит - встречается крайне редко, почти всегда встречается среди фумаролы. Минерал тригидрат, V2О5· 3H2О, также известен под названием навахоит.
Химические свойства
Восстановление до более низких оксидов
При нагревании смеси оксида ванадия (V) и оксид ванадия (III), соразмерность происходит, чтобы дать оксид ванадия (IV), в виде темно-синего твердого вещества:[7]
- V2О5 + V2О3 → 4 ВО2
Уменьшение также может быть произведено Щавелевая кислота, монооксид углерода, и диоксид серы. Дальнейшее сокращение с использованием водород или избыток CO может привести к образованию сложных смесей оксидов, таких как V4О7 и V5О9 перед черным V2О3 достигнуто.
Кислотно-основные реакции
V2О5 является амфотерный окись. В отличие от большинства оксидов металлов, он растворяется немного в воде до получения бледно-желтого кислого раствора. Таким образом, V2О5 реагирует с сильными невосстанавливающими кислотами с образованием растворов, содержащих бледно-желтые соли, содержащие центры диоксованадия (V):
- V2О5 + 2 HNO3 → 2 ВО2(НЕТ3) + H2О
Также он реагирует с сильным щелочь формировать полиоксованадаты, которые имеют сложную структуру, зависящую от pH.[8] Если избыток водной едкий натр используется, продукт бесцветный соль, ортованадат натрия, Na3VO4. Если кислоту медленно добавлять в раствор Na3VO4, цвет постепенно становится более глубоким от оранжевого до красного, а затем становится коричневым, гидратированным.2О5 осаждается около pH 2. Эти растворы содержат в основном ионы HVO.42− и V2О74− между pH 9 и pH 13, но ниже pH 9 более экзотические виды, такие как V4О124− и HV10О285− (декаванадат ) преобладают.
При лечении тионилхлорид, он превращается в летучую жидкость оксихлорид ванадия, VOCl3:[9]
- V2О5 + 3 SOCl2 → 2 ЛОСl3 + 3 СО2
Другие окислительно-восстановительные реакции
Соляная кислота и бромистоводородная кислота окисляются до соответствующих галоген, например,
- V2О5 + 6HCl + 7H2O → 2 [VO (H2O)5]2+ + 4Cl− + Cl2
Ванадаты или же ванадил соединения в кислотном растворе восстанавливаются амальгамой цинка по красочному пути:
Все ионы в разной степени гидратированы.
Подготовка
Технический сорт V2О5 производится в виде черного пороха, используемого для производства ванадий металл и феррованадий.[8] Ванадиевая руда или богатый ванадием остаток обрабатывают карбонат натрия и аммоний соль для производства метаванадат натрия, NaVO3. Затем этот материал подкисляют до pH 2–3, используя ЧАС2ТАК4 с образованием осадка «красного жмыха» (см. над ). Красный кек затем плавится при 690 ° C для получения неочищенного V2О5.
Оксид ванадия (V) образуется при ванадий металл нагревается с избытком кислород, но этот продукт загрязнен другими, низшими оксидами. Более удовлетворительная лабораторная подготовка включает разложение метаванадат аммония при 500-550 ° С:[11]
- 2 NH4VO3 → V2О5 + 2 NH3 + H2О
Использует
Производство феррованадия
В количественном отношении оксид ванадия (V) в основном используется в производстве феррованадий (видеть над ). Оксид нагревается ломом утюг и ферросилиций, с Лайм добавлен, чтобы сформировать силикат кальция шлак. Алюминий также может быть использован для производства сплава железо-ванадий вместе с глинозем как побочный продукт.[8]
Производство серной кислоты
Еще одно важное применение оксида ванадия (V) - производство серная кислота, важный промышленный химикат, годовой объем производства которого в мире составил 165 миллионов метрических тонн в 2001 году, а его приблизительная стоимость - 8 миллиардов долларов США. Оксид ванадия (V) служит важной цели катализирование мягко экзотермический окисление диоксида серы в триоксид серы по воздуху в контактный процесс:
- 2 ТАК2 + O2 ⇌ 2 SO3
Открытие этой простой реакции, для которой V2О5 это самый эффективный катализатор, позволивший серной кислоте стать дешевым товарным химическим веществом, которым она является сегодня. Реакцию проводят при температуре от 400 до 620 ° C; ниже 400 ° C V2О5 неактивен как катализатор, а при температуре выше 620 ° C начинает разрушаться. Поскольку известно, что V2О5 может быть уменьшено до VO2 автор: SO2, один из вероятных каталитических циклов выглядит следующим образом:
- ТАК2 + V2О5 → ТАК3 + 2ВО2
с последующим
- 2VO2 + ½O2 → V2О5
Он также используется в качестве катализатора в селективное каталитическое восстановление (SCR) из НЕТИкс выбросы в некоторых электростанции. 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 производится V2О5-каталитическое окисление бутана воздухом:
- C4ЧАС10 + 4 O2 → С2ЧАС2(CO)2O + 8 H2О
Малеиновый ангидрид используется для производства полиэстер смолы и алкидные смолы.[13]
Фталевый ангидрид аналогично производится V2О5-катализируемое окисление орто-ксилол или же нафталин при 350–400 ° С. Уравнение для окисления ксилола:
- C6ЧАС4(CH3)2 + 3 O2 → С6ЧАС4(CO)2O + 3 H2О
Фталевый ангидрид является предшественником пластификаторы, используемый для придания полимерам пластичности.
Аналогичным образом производится множество других промышленных соединений, в том числе адипиновая кислота, акриловая кислота, Щавелевая кислота, и антрахинон.[6]
Другие приложения
Благодаря высокому коэффициенту термическое сопротивление оксид ванадия (V) находит применение в качестве материала детектора в болометры и микроболометр массивы для тепловидение. Он также находит применение в качестве датчика этанола на уровнях ppm (до 0,1 ppm).
Ванадиевые окислительно-восстановительные батареи являются разновидностью проточная батарея используется для хранения энергии, в том числе на крупных энергетических объектах, таких как ветряные электростанции.[14]
Биологическая активность
Оксид ванадия (V) проявляет очень умеренную острую токсичность для человека с LD50 около 470 мг / кг. Большая опасность возникает при вдыхании пыли, когда LD50 колеблется от 4–11 мг / кг при 14-дневном воздействии.[6] Ванадат (VO3−
4), образующийся при гидролизе V2О5 при высоком pH ингибирует ферменты, перерабатывающие фосфат (PO43−). Однако способ действия остается неуловимым.[8]
Рекомендации
- ^ 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..
- ^ Шкловер, В .; Haibach, T .; Ried, F .; Nesper, R .; Новак, П. (1996), "Кристаллическая структура продукта Mg2+ вставка в V2О5 монокристаллы », J. Solid State Chem., 123 (2): 317–23, Дои:10.1006 / jssc.1996.0186.
- ^ а б 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», Геол. Surv., Т. 1452, 1978. [1]
- ^ а б Карманный справочник NIOSH по химической опасности. "#0653". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ а б «Ванадиевая пыль». Немедленно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH). Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ а б c Гюнтер Бауэр, Фолькер Гютер, Ганс Хесс, Андреас Отто, Оскар Ройдл, Хайнц Роллер, Зигфрид Саттельбергер «Ванадий и соединения ванадия» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2005, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a27_367
- ^ Г. Брауэр (1963). «Ванадий, ниобий, тантал». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд.. Нью-Йорк: Academic Press. п. 1267.
- ^ а б c d Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов. Оксфорд: Pergamon Press. С. 1140, 1144. ISBN 978-0-08-022057-4..
- ^ Г. Брауэр (1963). «Ванадий, ниобий, тантал». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд.. Нью-Йорк: Academic Press. п. 1264.
- ^ «Степени окисления ванадия». RSC Education. Получено 2019-10-04.
- ^ Г. Брауэр (1963). «Ванадий, ниобий, тантал». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд.. Нью-Йорк: Academic Press. п. 1269.
- ^ «Гиббс-Воль Окисление нафталина». Комплексные органические названия реакций и реагенты. 2010. Дои:10.1002 / 9780470638859.conrr270. ISBN 9780470638859.
- ^ Tedder, J.M .; Нечватал, А .; Табб, А. Х., ред. (1975), Основы органической химии: Часть 5, Промышленные продукты, Чичестер, Великобритания: John Wiley & Sons.
- ^ REDT Energy Storage. «Использование VRFB для возобновляемых источников энергии».
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 человека 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 оксидных ионов, проводящих стабильные фазы ванадата висмута", Chem. Mater., 10 (11): 3400–4, Дои:10.1021 / см 980092f.
внешняя ссылка
- 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)
- IPCS Критерии гигиены окружающей среды 81: Ванадий
- IPCS Руководство по охране труда и технике безопасности 042: Ванадий и некоторые соли ванадия