Anhidridă vanadică
| Anhidridă vanadică | |
|---|---|
 | |
 | |
| Numele IUPAC | |
| pentoxid de divanadiu | |
| Denumiri alternative | |
| oxid de vanadiu (V) | |
| Caracteristici generale | |
| Formula moleculară sau brută | V 2 O 5 |
| Masa moleculară ( u ) | 181,88 g / mol |
| Aspect | galben solid |
| numar CAS | |
| Numărul EINECS | 215-239-8 |
| PubChem | 14814 |
| ZÂMBETE | O=[V](=O)O[V](=O)=O |
| Proprietăți fizico-chimice | |
| Densitate (g / cm 3 , în cs ) | 3,36 (20 ° C) |
| Solubilitate în apă | (20 ° C) abia solubil |
| Temperatură de topire | 690 ° C (963 K) |
| Temperatura de fierbere | 1.750 ° C (~ 2.023 K) (descompunere) |
| Informații de siguranță | |
| Simboluri de pericol chimic | |
   | |
| Pericol | |
| Fraze H | 300 - 310 - 332 - 341 - 361 - 372 - 335 - 411 |
| Sfaturi P | 260 - 301 + 310 - 302 + 350 - 361 - 405 - 501 [1] [2] |
Anhidrida vanadică (sau oxidul de vanadiu (V) sau pentoxidul de divanadiu ) este compusul chimic cu formula V 2 O 5 . Cunoscut în mod obișnuit sub numele de pentoxid de vanadiu , acest solid galben-portocaliu este cel mai important compus al vanadiului . [3] La încălzire, pierde oxigen reversibil. Datorită acestei caracteristici V 2 O 5 catalizează multe reacții de oxidare; cea utilizată la scară mai mare este oxidarea dioxidului de sulf (SO 2 ) pentru producerea de acid sulfuric (H 2 SO 4 ). Este un compus toxic , ușor solubil în apă, spre deosebire de majoritatea oxizilor metalici de tranziție care sunt insolubili. V 2 O 5 este un oxid amfoteric și reacționează adesea ca oxidant . În natură V 2 O 5 se găsește în șcherbinaitul mineral; foarte rar, se găsește doar în unele fumarole .
Sinteză
V 2 O 5 pentru uz tehnic se obține sub formă de pulbere neagră pentru utilizare în producția de vanadiu metalic și feroviar-radioadiu . [3] În acest caz, pornim de la un mineral de vanadiu, cum ar fi vanadinita sau carnotita , sau de la un alt reziduu care conține vanadiu, și îl prăjim cu carbonat de sodiu (Na 2 CO 3 ) obținând metavanadat de sodiu (NaVO 3 ). Acest material este acidulat cu acid sulfuric (H 2 SO 4) formând un polyivanadate care precipită, și apoi se topește la 690 ° C pentru a obține V prime 2 O 5.
V 2 O 5 este, de asemenea, principalul produs obținut prin încălzirea vanadiului metalic în exces de oxigen, dar în acest fel produsul este contaminat cu alți oxizi. În laborator, o modalitate bună de a prepara V 2 O 5 este de a descompune metavanadatul de amoniu la aproximativ 200 ° C:
- 2NH 4 VO 3 → V 2 O 5 (s) + 2 NH 3 + H 2 O
Reactivitate
Reacții acido-bazice
V 2 O 5 este un oxid amfoteric . Apoi, reacționează cu acizi puternici nereducători formând soluții care conțin ioni de dioxovanadiu (V) galben deschis (VO 2 + ):
- V 2 O 5 + 2 HNO 3 → 2 VO 2 + + 2NO 3 - + H 2 O
De asemenea, reacționează cu baze puternice pentru a forma polivanați, o familie de compuși cu o structură complexă care depinde de pH . [3] În exces de bază puternică se formează ionul ortvanadat incolor (VO 4 3– ). Dacă acidul este adăugat încet la această soluție, culoarea se întunecă treptat, trecând de la portocaliu la roșu, până când precipită un hidrat de V 2 O 5 de culoare maro la aproximativ pH 2. Între pH 9 și 13 aceste soluții conțin în principal ionii HVO 4 2− și V 2 O 7 4− ; sub pH 9 se formează diferite specii cu condensare ridicată, printre care predomină V 4 O 12 4− și HV 10 O 28 5− .
Prin reacție cu clorura de tionil , se formează oxitriclorură de vanadiu (VOCl 3 ):
Reacții redox
În V 2 O 5 numărul de oxidare al vanadiului este +5 (maximul posibil pentru un element din grupa 5 ) și, prin urmare, acționează adesea ca oxidant , formând specii de vanadiu mai mici. De exemplu, în soluție apoasă acidul clorhidric și acidul bromhidric sunt oxidate pentru a forma halogenul corespunzător, în timp ce vanadiul este redus la o specie foarte stabilă de vanadiu (IV), ionul albastru vanadil (VO 2+ ):
- V 2 O 5 (s) + 2HCl + 4H + → 2VO 2+ + Cl 2 + 3H 2 O
V 2 O 5 solid este redus cu acid oxalic , CO și SO2 pentru a forma de vanadiu (IV) oxid (VO 2), un albastru închis solid. Pentru o reducere suplimentară cu hidrogen sau exces de CO, se formează amestecuri complexe de oxizi precum V 4 O 7 și V 5 O 9 pentru a ajunge apoi la oxidul negru V 2 O 3 .
În soluție acidă, vanadatele și alte specii de vanadiu (V) pot fi reduse cu amalgam de zinc, obținându-se o serie de specii cu culori caracteristice, unde numărul de oxidare al vanadiului scade progresiv de la +5 la +2:
- VO 3 - incolor → VO 2 + galben → VO 2+ albastru → V 3+ verde → V 2+ violet
Utilizări
Producția de acid sulfuric
Principala utilizare a oxidului de vanadiu (V) este la fabricarea acidului sulfuric prin metoda de contact. Acidul sulfuric este un produs important al industriei chimice; în 2001, au fost produse 165 de milioane de tone, pentru o valoare de aproximativ 8 miliarde de dolari. Vanadiul (V) joacă un rol crucial ca catalizator pentru oxidarea moderat exotermă a dioxidului de sulf în trioxid de sulf , care are loc în aer:
- 2SO 2 + O 2 ⇌ 2SO 3
Descoperirea acestei reacții simple, pentru care V 2 O 5 este cel mai eficient catalizator cunoscut, a permis acidului sulfuric să devină substanța chimică consumatoare de masă și cu costuri reduse care este astăzi. Reacția se efectuează între 400 și 620 ° C; sub 400 ° CV 2 O 5 este un catalizator inactiv, în timp ce peste 620 ° C începe să se descompună. Deoarece SO 2 este cunoscut pentru a reduce V 2 O 5 la VO 2 , un ciclu catalitic probabil este următorul:
- SO 2 + V 2 O 5 (s) → SO 3 (g) + 2VO 2 (s) urmat de
- 2VO 2 (s) + 1/2 O 2 (g) → V 2 O 5
Paradoxal, V 2 O 5 este, de asemenea, utilizat ca catalizator în reducerea catalitică selectivă (SCR) a emisiei de oxizi de azot NO x în unele centrale electrice . Deoarece V 2 O 5 este deosebit de eficient în transformarea dioxidului de sulf în trioxid de sulf și, prin urmare, în acid sulfuric, trebuie acordată o atenție deosebită temperaturii de funcționare și amplasării unității SCR în centralele electrice la arderea combustibililor care conțin sulf.
Alte oxidări
Un alt material industrial important, utilizat pentru fabricarea rășinilor poliesterice și a rășinilor alchidice , este anhidrida maleică . [4] Pentoxidul de vanadiu catalizează sinteza acestuia pornind de la diferiți compuși organici bazici, precum n - butan , furfural și benzen ; dintre acestea, acesta din urmă este utilizat în producția comercială. Într-un proces conex, V 2 O 5 catalizează oxidarea orto - xilenei sau naftalenei la 350-400º pentru a sintetiza anhidridă ftalică , care este utilizată pentru obținerea plastifianților pentru producerea de PVC .
Alte aplicații
În ceea ce privește cantitatea, utilizarea principală a pentoxidului de vanadiu este în producția de railradium . Oxidul este încălzit cu resturi de fier și aluminiu , rezultând aliajul fier-vanadiu, plus alumină ca produs secundar. În 2005, o penurie de V 2 O 5 a provocat o creștere a prețului de până la aproximativ 40 $ / kg, ceea ce, la rândul său, a crescut prețul radioului feroviar [1] .
Rezistența electrică a pentoxidului de vanadiu are un coeficient de temperatură ridicat și, prin urmare, V 2 O 5 este utilizat în detectoare, cum ar fi bolometrele și microbolometrele de serie pentru termografie .
Printre noile aplicații posibile se numără prepararea materialelor ceramice de vanadat de bismut pentru celule de oxid solid , [5] și baterii redox de vanadiu , un tip de baterii cu flux utilizate pentru stocarea energiei în instalații mari, cum ar fi fermele eoliene .
Activitatea biologică
Deși foarte toxic pentru oameni, vanadiul se găsește în diferite organisme, în special în stropi de mare. Aceste organisme marine conțin o proteină capabilă să concentreze vanadiu până la o valoare de o sută de ori mai mare decât apele marine. Rolul acestei proteine nu este cunoscut. Hidroliza V 2 O 5 la valori ridicate ale pH-ului produce ionul vanadat (VO 4 3− ), care pare să inhibe enzimele care tratează ionul fosfat (PO 4 3− ). Mecanismul real de acțiune este evaziv pentru moment. [3]
Notă
- ^ Fișă informativă pentoxid de divanadiu pe IFA-GESTIS Arhivat 16 octombrie 2019 la Internet Archive .
- ^ Eliminați în conformitate cu legile în vigoare.
- ^ a b c d ( EN ) NN Greenwood, A. Earnshaw, Chimia elementelor , ediția a II-a, Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3365-4 .
- ^ (EN) JM Tedder, A. Nechvatal, A .H. Tubb (ed.), Chimie organică de bază: partea 5, produse industriale , Chichester, Marea Britanie, John Wiley & Sons, 1975.
- ^ B. Vaidhyanathan, K. Balaji, KJ Rao ,, Sinteza în stare solidă asistată de microunde a ionului oxid care conduce faze de vanadat de bismut stabilizate. , în Chem. Mater. , vol. 10, 1998, p. 3400, DOI : 10.1021 / cm980092f .
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre anhidridă vanadică
linkuri externe
- ( EN ) Anhidridă vanadică , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
