Оксид ванадия(V)

Оксид ванадия(V)
Оксид ванадия(V)
Общие
Систематическое; наименование	Оксид ванадия(V)
Хим. формула	O5V2 и V2O5
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Молярная масса	181.88 г/моль
Плотность	3,357 г/см³
Термические свойства
	Температура
• плавления	670 °C
• кипения	2030 °C
• разложения	3182 ℉
Мол. теплоёмк.	127,7 Дж/(моль·К)
Давление пара	0 Па
Химические свойства
	Растворимость
• в воде	0,35 г/100 мл
Структура
Кристаллическая структура	ромбическая
Классификация
Рег. номер CAS	1314-62-1
PubChem	14814
Рег. номер EINECS	215-239-8
SMILES	O=[V](=O)O[V](=O)=O
InChI	InChI=1S/5O.2V GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N
RTECS	YW2450000
ChEBI	30045
Номер ООН	2862
ChemSpider	14130
Безопасность
ЛД50	10 мг/кг
Токсичность	Чрезвычайно токсичен (СДЯВ), яд общетоксического действия, нейротоксичен, канцерогенен, мутагенен, ирритант .
Пиктограммы ECB
NFPA 704	0 4 1 OX
	Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
	Медиафайлы на Викискладе

Оксид ванадия(V) (пентаоксид диванадия) — неорганическое соединение ванадия и кислорода, высший оксид ванадия.

Физические свойства

Порошкообразное ядовитое вещество бледно-оранжевого цвета. Также встречаются кристаллы жёлто-красного цвета. Плотность 3,34 г/см³. Температура кипения +1827 °C. Температура плавления +680 °C. Диамагнетик. Полупроводник n-типа. Хорошо растворяется в щелочах, кислотах. Растворимость в воде незначительна (0,07 г/л при 25°С^[2] и 100 °С). Не растворим в этаноле.

Химические свойства

Незначительно растворяется в воде, с образованием бледно-жёлтого раствора, содержащего метаванадиевую кислоту HVO₃, которая сообщает раствору кислую реакцию. Проявляет амфотерные свойства (с преобладанием кислотных). При сплавлении с щелочами образуются хорошо растворимые в воде ортованадаты:

{\mathsf {V_{2}O_{5}+6KOH\rightarrow 2K_{3}VO_{4}+3H_{2}O}}

{\mathsf {V_{2}O_{5}+6NaOH\rightarrow 2Na_{3}VO_{4}+3H_{2}O}}

Соединения ванадия(V) являются сильными окислителями. Так, например, концентрированная соляная кислота окисляется оксидом ванадия до свободного хлора:

{\mathsf {V_{2}O_{5}+6HCl\rightarrow 2VOCl_{2}+Cl_{2}+3H_{2}O}}

Окислительная активность пентаоксида ванадия из нефти и нефтепродуктов

Оксид ванадия(V), образующийся в результате выжигания остатков нефтяного кокса на крекирующих катализаторах (регенерации катализаторов) реагирует с их цеолитной компонентой и необратимо^[3] дезактивирует («отравляет») их, разрушая их активную кристаллическую структуру, причём этот процесс усиливается при высоких температурах и в присутствии ионов натрия.^[4]^[5] Аналогичная проблема встаёт и до крекинга, при каталитическом гидрообессеривании нефти и тяжёлых нефтяных фракций^[6].

Кроме того, пятиокись ванадия в дымовых газах от сгорания ванадийсодержащего горючего корродирует поверхности нагрева жаростойких деталей двигателей внутреннего сгорания и паровых котлов,^[7] причём особенно подвержены ванадиевой коррозии лопатки газовых турбин^[8]. При температурах выше 650 °C находящийся в полужидком состоянии V₂O₅ катализирует процесс окисления металла турбинных лопаток кислородом и в то же время растворяет продукты этого окисления, причём этот процесс усиливается серой^[9] и натрием (плавящийся при 625 °C ванадилванадат натрия Na₂O·V₂O₄·5V₂O₅ растворяет защитную плёнку оксидов железа на поверхности стали)^[10].

Применение

Компонент специальных стёкол, глазурей и люминофоров красного свечения.^[11] Он широко применяется в качестве положительного электрода (анода) в мощных литиевых батареях и аккумуляторах.

Оксид ванадия может быть использован, чтобы стимулировать центры окраски в корунде (минерал Al₂O₃), для создания имитации александрита, хотя александрит в природе является хризобериллом (BeAl₂O₄)^[12].

Катализаторы из оксида ванадия(V) используют в производстве серной кислоты по методу фирмы «Монсанто» для окисления диоксида серы до триоксида,^[13] для окисления углеводородов,^[14] получения уксусной и муравьиной кислот, получения фталевого и малеинового ангидридов, анилиновых красителей.

Получение

Получают при сжигании металлического ванадия в кислороде под давлением. Также получают прокаливанием на воздухе или в кислороде других оксидов: VO, V₂O₃, VO₂. Так же можно получить прокаливанием метаванадата аммония:

{\mathsf {4NH_{4}VO_{3}+3O_{2}\ \xrightarrow {^{o}t} \ 2V_{2}O_{5}+2N_{2}\!\uparrow +\ 8H_{2}O}}

При гидролизе хлорида ванадия(V) и бромида ванадия(V). При взаимодействии с V₂O₅ образуются ванадаты — соли ванадиевой кислоты, H₂[O(V₂O₅)_2,5]

Токсичность

Оксид ванадия(V) ядовит. Смертельная доза (ЛД50) для крыс орально — 10 мг/кг. Смертельная доза для человека орально примерно — 1 г. Яд общетоксического действия, влияет на ЦНС, канцерогенен, мутагенен, ирритант. ПДК в воздухе рабочей зоны составляет 0,5 мг/м³, что в два раза меньше ПДК хлора. При вдыхании вызывает раздражение дыхательной системы, при долгом контакте вызывает патологические изменения в организме, может отражаться на здоровье будущих детей. Наносит большой и долгосрочный вред окружающей среде при попадании в водоемы.

Нахождение в природе

В природе встречается в виде минерала щербинаита, а также в составе ванадиевых руд.

Примечания

↑ ¹ ² http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0653.html
↑ MacChesney J. B., Guggenheim H. J. [https://www.elsevier.com/ Journal of Physics and Chemistry of Solids / Growth and electrical properties of vanadium dioxide single crystals containing selected impurity ions] (нем.) // Elsevier B.V. : журнал. — 1969. — Februar (Bd. 30, Nr. 30). — S. 225—234. — ISSN 0022-3697. Архивировано 11 декабря 2019 года.
↑ Катализатор можно повторно синтезировать из деактивированного материала (отравленного катализатора), то есть переработать
↑ Усовершенствованный сокатализатор улавливания тяжелых металлов для процесса флюид каталитического крекинга (неопр.). Дата обращения: 13 октября 2016. Архивировано 14 октября 2016 года.
↑ Потехин В. М., Потехин В. В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки. — СПб. : Химиздат, 2005. — С. 755. — 912 с. — ISBN 978-5-93808-093-2.
↑ Берг Г.А., Хабибуллин С.Г. Каталитическое гидрооблагораживание нефтяных остатков. — Л. : Химия, 1986. — С. 151–152. — 192 с.
↑ Магомедов Р. Н., Попова А. З., Марютина Т. А., Кадиев Х. М., Хаджиев С. Н. Состояние и перспективы деметаллизации тяжелого нефтяного сырья (обзор) : [арх. 14 октября 2016] // Нефтехимия. — 2015. — Т. 55, № 4. — ISSN 0028-2421.
↑ Э. Г. Теляшев, О. П. Журкин, Н. М. Ямаев, Р. Р. Везиров, У. Б. Имашев. Определение ванадия в нефтях и нефтепродуктах. — М. : ЦНИИТЭнефтехим, 1990. — С. 2. — 21 с. — 500 экз.
↑ Газотурбинное топливо // Топлива, смазочные материалы, технические жидкости : ассортимент и применение / Под ред. В. М. Школьникова. — М. : Химия, 1989. — ISBN 5-7254-0280-1.
↑ Спиркин В. Г. Химмотология топлив / Под ред. И. Г. Фукса. — М. : Нефть и газ, 2002. — С. 176. — 182 с.
↑ Пат. № 2013150387 Российская федерация, МПК C 09 K 11/78, C 09 K 11/82. Способ синтеза люминофора на основе ортованадата иттрия[Текст] / Томина Е. В.; заявитель и патентообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ВГУ») — № 2013150387/05; заявл. 12.11.2013; опубл. 20.05.2015, Бюл. № 14 — 1 с.
↑ White, Willam B.; Roy, Rustum; McKay, Chrichton (1962). «The Alexandrite Effect: And Optical Study». American Mineralogist 52: 867—871.
↑ Белов П.С., Голубева И.А., Низова С.А. Экология производства химических продуктов из нефти и газа. — М. : Химия, 1991. — С. 62. — 256 с.
↑ Пат. № 2456072 Российская федерация, МПК B 01 J 23/00, B 01 J 37/04, B 01 J 37/08, B 01 J 23/44, C 07 °C 51/16, C 07 °C 51/21, C 07 °C 253/24. Катализатор для окисления углеводородов при газофазном контакте, способ получения этого катализатора и способ газофазного окисления углеводородов с использованием этого катализатора [Текст] / Ким Джин-До.; заявитель и патентообладатель ЭлДжи Кем, Лтд., ЭсЭнЮ Ар энд ДиБиФаундейшн — № 2010150511/04; заявл.09.06.2009; опубл.20.07.2012, Бюл. № 20 — 13 с.

Литература

Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред.: Кнунянц И. Л.. — М. : Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4 : Пол-Три. — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4.

[_3a5ee6355a10ca63-1] ¹ ² http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0653.html

[2] MacChesney J. B., Guggenheim H. J. [https://www.elsevier.com/ Journal of Physics and Chemistry of Solids / Growth and electrical properties of vanadium dioxide single crystals containing selected impurity ions] (нем.) // Elsevier B.V. : журнал. — 1969. — Februar (Bd. 30, Nr. 30). — S. 225—234. — ISSN 0022-3697. Архивировано 11 декабря 2019 года.

[3] Катализатор можно повторно синтезировать из деактивированного материала (отравленного катализатора), то есть переработать

[4] Усовершенствованный сокатализатор улавливания тяжелых металлов для процесса флюид каталитического крекинга (неопр.). Дата обращения: 13 октября 2016. Архивировано 14 октября 2016 года.

[5] Потехин В. М., Потехин В. В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки. — СПб. : Химиздат, 2005. — С. 755. — 912 с. — ISBN 978-5-93808-093-2.

[6] Берг Г.А., Хабибуллин С.Г. Каталитическое гидрооблагораживание нефтяных остатков. — Л. : Химия, 1986. — С. 151–152. — 192 с.

[деметал.-7] Магомедов Р. Н., Попова А. З., Марютина Т. А., Кадиев Х. М., Хаджиев С. Н. Состояние и перспективы деметаллизации тяжелого нефтяного сырья (обзор) : [арх. 14 октября 2016] // Нефтехимия. — 2015. — Т. 55, № 4. — ISSN 0028-2421.

[8] Э. Г. Теляшев, О. П. Журкин, Н. М. Ямаев, Р. Р. Везиров, У. Б. Имашев. Определение ванадия в нефтях и нефтепродуктах. — М. : ЦНИИТЭнефтехим, 1990. — С. 2. — 21 с. — 500 экз.

[9] Газотурбинное топливо // Топлива, смазочные материалы, технические жидкости : ассортимент и применение / Под ред. В. М. Школьникова. — М. : Химия, 1989. — ISBN 5-7254-0280-1.

[10] Спиркин В. Г. Химмотология топлив / Под ред. И. Г. Фукса. — М. : Нефть и газ, 2002. — С. 176. — 182 с.

[11] Пат. № 2013150387 Российская федерация, МПК C 09 K 11/78, C 09 K 11/82. Способ синтеза люминофора на основе ортованадата иттрия[Текст] / Томина Е. В.; заявитель и патентообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ВГУ») — № 2013150387/05; заявл. 12.11.2013; опубл. 20.05.2015, Бюл. № 14 — 1 с.

[12] White, Willam B.; Roy, Rustum; McKay, Chrichton (1962). «The Alexandrite Effect: And Optical Study». American Mineralogist 52: 867—871.

[13] Белов П.С., Голубева И.А., Низова С.А. Экология производства химических продуктов из нефти и газа. — М. : Химия, 1991. — С. 62. — 256 с.

[14] Пат. № 2456072 Российская федерация, МПК B 01 J 23/00, B 01 J 37/04, B 01 J 37/08, B 01 J 23/44, C 07 °C 51/16, C 07 °C 51/21, C 07 °C 253/24. Катализатор для окисления углеводородов при газофазном контакте, способ получения этого катализатора и способ газофазного окисления углеводородов с использованием этого катализатора [Текст] / Ким Джин-До.; заявитель и патентообладатель ЭлДжи Кем, Лтд., ЭсЭнЮ Ар энд ДиБиФаундейшн — № 2010150511/04; заявл.09.06.2009; опубл.20.07.2012, Бюл. № 20 — 13 с.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]