Óxido de vanadio (V)
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Óxido de vanadio (V)
Monocapa de pentóxido de vanadio
Óxido de vanadio (V)
Nombres
Nombre IUPAC
Pentóxido de divanadio
Otros nombres

Pentóxido de vanadio Anhídrido
vanadico Pentóxido de divanadio
Identificadores
  • 1314-62-1 chequeY
Modelo 3D ( JSmol )
CHEBI
ChemSpider
Tarjeta de información ECHA100.013.855 Edita esto en Wikidata
Número CE
  • 215-239-8
KEGG
Número RTECS
  • YW2450000
UNII
un numero2862
  • InChI = 1S / 5O.2V chequeY
    Clave: GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N chequeY
  • EnChI = 1 / 5O.2V / rO5V2 / c1-6 (2) 5-7 (3) 4
    Clave: GNTDGMZSJNCJKK-HHIHJEONAP
  • O = [V] (= O) O [V] (= O) = O
Propiedades [1]
V 2 O 5
Masa molar181,8800 g / mol
AparienciaSólido amarillo
Densidad3.357 g / cm 3
Punto de fusion 690 ° C (1274 ° F; 963 K)
Punto de ebullición 1,750 ° C (3,180 ° F; 2,020 K) (se descompone)
8.0 g / L (20 ° C)
+ 128,0 · 10 −6 cm 3 / mol
Estructura [2]
Ortorrómbico
Mmmm, No. 59
a  = 1151 pm, b  = 355.9 pm, c  = 437.1 pm
Bipiramidal trigonal distorsionada (V)
Termoquímica
130,54 J / mol · K [3]
Entalpía
estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 )
-1550,590 kJ / mol [3]
Energía libre de Gibbs (Δ f G ˚)
-1419,435 kJ / mol [3]
Riesgos
Ficha de datos de seguridadICSC 0596
Pictogramas GHS
Palabra de señal GHSPeligro
Declaraciones de peligro GHS
H341 , H361 , H372 , H332 , H302 , H335 , H411
NFPA 704 (diamante de fuego)
4
0
0
punto de inflamabilidadNo es inflamable
Dosis o concentración letal (LD, LC):
LD 50 ( dosis media )
10 mg / kg (rata, oral)
23 mg / kg (ratón, oral) [5]
LC Lo ( menor publicado )
500 mg / m 3 (gato, 23 min)
70 mg / m 3 (rata, 2 h) [5]
NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.):
PEL (permitido)
C 0,5 mg V 2 O 5 / m 3 (resp) (sólido) [4]


C 0,1 mg V 2 O 5 / m 3 (humo) [4]

Compuestos relacionados
Otros aniones
Oxitricloruro de vanadio
Otros cationes
Óxido de niobio (V) Óxido de
tantalio (V)
Óxidos de vanadio relacionados
Óxido de vanadio (II) Óxido de
vanadio (III) Óxido de
vanadio (IV)
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒norte verificar  ( ¿qué es   ?)chequeY☒norte
Referencias de Infobox

El vanadio (V) óxido ( óxido de vanadio ) es el compuesto inorgánico con la fórmula V 2 O 5 . Comúnmente conocido como pentóxido de vanadio , es un sólido marrón / amarillo, aunque recién precipitado de una solución acuosa, su color es naranja intenso. Debido a su alto estado de oxidación , es tanto un óxido anfótero como un agente oxidante . Desde la perspectiva industrial, es el compuesto más importante de vanadio , siendo el principal precursor de las aleaciones de vanadio y es un catalizador industrial ampliamente utilizado. [6]

La forma mineral de este compuesto, la shcherbinaita, es extremadamente rara y casi siempre se encuentra entre las fumarolas . Un mineral trihidrato , V 2 O 5 · 3H 2 O, también se conoce con el nombre de navajoita.

Propiedades químicas

Reducción a óxidos inferiores

Al calentar una mezcla de óxido de vanadio (V) y óxido de vanadio (III) , se produce una conmutación para dar óxido de vanadio (IV) , como un sólido de color azul oscuro: [7]

V 2 O 5 + V 2 O 3 → 4 VO 2

La reducción también puede efectuarse con ácido oxálico , monóxido de carbono y dióxido de azufre . Una reducción adicional con hidrógeno o CO en exceso puede conducir a mezclas complejas de óxidos como V 4 O 7 y V 5 O 9 antes de que se alcance el V 2 O 3 negro .

Reacciones ácido-base

V 2 O 5 es un óxido anfótero . A diferencia de la mayoría de los óxidos metálicos, se disuelve ligeramente en agua para dar una solución ácida de color amarillo pálido. Por tanto, el V 2 O 5 reacciona con ácidos no reductores fuertes para formar soluciones que contienen las sales de color amarillo pálido que contienen centros de dioxovanadio (V):

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

También reacciona con álcali fuerte para formar polioxovanadatos , que tienen una estructura compleja que depende del pH . [8] Si se usa hidróxido de sodio acuoso en exceso , el producto es una sal incolora , ortovanadato de sodio , Na 3 VO 4 . Si se agrega ácido lentamente a una solución de Na 3 VO 4 , el color se oscurece gradualmente de naranja a rojo antes de que el V 2 O 5 hidratado marrón precipite alrededor de pH 2. Estas soluciones contienen principalmente los iones HVO 4 2− y V 2 O 74− entre pH 9 y pH 13, pero por debajo de pH 9 predominan especies más exóticas como V 4 O 12 4− y HV 10 O 28 5− ( decavanadato ).

Tras el tratamiento con cloruro de tionilo , se convierte en oxicloruro de vanadio líquido volátil , VOCl 3 : [9]

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

Otras reacciones redox

El ácido clorhídrico y el ácido bromhídrico se oxidan al halógeno correspondiente , por ejemplo,

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

Los compuestos de vanadilo o vanadilo en solución ácida se reducen mediante la amalgama de zinc a través de la vía colorida:

VO 2 +amarillo → VO 2+azul → V 3+verde → V 2+púrpura[10]

Todos los iones están hidratados en diversos grados.

Preparación

La naranja, forma parcialmente hidratada de V 2 O 5
Precipitado de "torta roja", que es V 2 O 5 hidratado

El V 2 O 5 de grado técnico se produce como un polvo negro que se utiliza para la producción de vanadio metálico y ferrovanadio . [8] Un mineral de vanadio o un residuo rico en vanadio se trata con carbonato de sodio y una sal de amonio para producir metavanadato de sodio , NaVO 3 . Luego, este material se acidifica a pH 2-3 usando H 2 SO 4 para producir un precipitado de "torta roja" (ver arriba ). La torta roja se funde luego a 690 ° C para producir el V 2 O 5 crudo .

El óxido de vanadio (V) se produce cuando el metal de vanadio se calienta con un exceso de oxígeno , pero este producto está contaminado con otros óxidos inferiores. Una preparación de laboratorio más satisfactoria implica la descomposición del metavanadato de amonio a 500-550 ° C: [11]

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

Usos

Producción de ferrovanadio

En términos de cantidad, el uso dominante del óxido de vanadio (V) es la producción de ferrovanadio (véase más arriba ). El óxido se calienta con chatarra de hierro y ferrosilicio , con cal añadida para formar una escoria de silicato de calcio . También se puede usar aluminio , produciendo la aleación de hierro-vanadio junto con alúmina como subproducto. [8]

Producción de ácido sulfúrico

Otro uso importante del óxido de vanadio (V) es en la fabricación de ácido sulfúrico , un importante químico industrial con una producción mundial anual de 165 millones de toneladas en 2001, con un valor aproximado de US $ 8 mil millones. El óxido de vanadio (V) tiene el propósito crucial de catalizar la oxidación levemente exotérmica del dióxido de azufre a trióxido de azufre por el aire en el proceso de contacto :

2 SO 2 + O 2 ⇌ 2 SO 3

El descubrimiento de esta simple reacción, para la cual el V 2 O 5 es el catalizador más eficaz, permitió que el ácido sulfúrico se convirtiera en el producto químico barato que es hoy. La reacción se realiza entre 400 y 620 ° C; por debajo de 400 ° C, el V 2 O 5 está inactivo como catalizador, y por encima de 620 ° C comienza a descomponerse. Dado que se sabe que el V 2 O 5 puede reducirse a VO 2 mediante el SO 2 , un ciclo catalítico probable es el siguiente:

SO 2 + V 2 O 5 → SO 3 + 2VO 2

seguido por

2VO 2 + ½O 2 → V 2 O 5

También se utiliza como catalizador en la reducción catalítica selectiva (SCR) de las emisiones de NO x en algunas centrales eléctricas . Debido a su eficacia para convertir el dióxido de azufre en trióxido de azufre y, por lo tanto, en ácido sulfúrico, se debe tener especial cuidado con las temperaturas de operación y la ubicación de la unidad SCR de una central eléctrica cuando se encienden combustibles que contienen azufre.

Otras oxidaciones

Se propusieron los primeros pasos en la oxidación catalizada por vanadio de naftaleno a anhídrido ftálico , con V 2 O 5 representado como una molécula frente a su verdadera estructura extendida. [12]

El anhídrido maleico se produce mediante la oxidación catalizada por V 2 O 5 del butano con aire:

C 4 H 10 + 4 O 2 → C 2 H 2 (CO) 2 O + 8 H 2 O

El anhídrido maleico se utiliza para la producción de resinas de poliéster y resinas alquídicas . [13]

El anhídrido ftálico se produce de manera similar mediante la oxidación catalizada por V 2 O 5 de orto-xileno o naftaleno a 350–400 ° C. La ecuación es para la oxidación del xileno:

C 6 H 4 (CH 3 ) 2 + 3 O 2 → C 6 H 4 (CO) 2 O + 3 H 2 O

El anhídrido ftálico es un precursor de los plastificantes , utilizado para conferir flexibilidad a los polímeros.

De manera similar, se producen una variedad de otros compuestos industriales, que incluyen ácido adípico , ácido acrílico , ácido oxálico y antraquinona . [6]

Otras aplicaciones

Debido a su alto coeficiente de resistencia térmica , el óxido de vanadio (V) se utiliza como material detector en bolómetros y conjuntos de microbolómetros para imágenes térmicas . También encuentra aplicación como sensor de etanol en niveles de ppm (hasta 0,1 ppm).

Las baterías redox de vanadio son un tipo de batería de flujo que se utiliza para el almacenamiento de energía, incluidas grandes instalaciones de energía como los parques eólicos . [14]

Actividad biológica

El óxido de vanadio (V) presenta una toxicidad aguda muy modesta para los seres humanos, con una DL50 de aproximadamente 470 mg / kg. El mayor peligro es la inhalación del polvo, donde el LD50 varía de 4 a 11 mg / kg para una exposición de 14 días. [6] Vanadato ( VO3−
4), formado por hidrólisis de V 2 O 5 a pH alto, parece inhibir las enzimas que procesan el fosfato (PO 4 3− ). Sin embargo, el modo de acción sigue siendo difícil de alcanzar. [8]

Referencias

  1. ^ Weast, Robert C., ed. (1981). Manual CRC de Química y Física (62ª ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. pag. B-162. ISBN 0-8493-0462-8..
  2. ^ Shklover, V .; Haibach, T .; Ried, F .; Nesper, R .; Novak, P. (1996), "Estructura cristalina del producto de la inserción de Mg 2+ en monocristales de V 2 O 5 ", J. Solid State Chem. , 123 (2): 317–23, doi : 10.1006 / jssc.1996.0186.
  3. ^ a b c R. Robie, B. Hemingway y J. Fisher, "Propiedades termodinámicas de minerales y sustancias relacionadas a 298,15 K y 1 bar de presión ya temperaturas más altas", EE.UU. Geol. Surv., Vol. 1452, 1978. [1]
  4. ^ a b Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos. "# 0653" . Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  5. ^ a b "Polvo de vanadio" . Concentraciones inmediatamente peligrosas para la vida o la salud (IDLH) . Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  6. ^ a b c Günter Bauer, Volker Güther, Hans Hess, Andreas Otto, Oskar Roidl, Heinz Roller, Siegfried Sattelberger "Vanadio y compuestos de vanadio" en Enciclopedia de química industrial de Ullmann, 2005, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002 / 14356007.a27_367
  7. ^ G. Brauer (1963). "Vanadio, niobio, tantalio". En G. Brauer (ed.). Manual de Química Inorgánica Preparativa, 2ª Ed . Nueva York: Academic Press. pag. 1267.
  8. ↑ a b c d Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1984). Química de los elementos . Oxford: Pergamon Press . págs. 1140, 1144. ISBN 978-0-08-022057-4..
  9. ^ G. Brauer (1963). "Vanadio, niobio, tantalio". En G. Brauer (ed.). Manual de Química Inorgánica Preparativa, 2ª Ed . Nueva York: Academic Press. pag. 1264.
  10. ^ "Los estados de oxidación del vanadio" . Educación RSC . Consultado el 4 de octubre de 2019 .
  11. ^ G. Brauer (1963). "Vanadio, niobio, tantalio". En G. Brauer (ed.). Manual de Química Inorgánica Preparativa, 2ª Ed . Nueva York: Academic Press. pag. 1269.
  12. ^ "Oxidación de naftaleno de Gibbs-Wohl". Reacciones y reactivos de nombres orgánicos completos . 2010. doi : 10.1002 / 9780470638859.conrr270 . ISBN 9780470638859.
  13. ^ Tedder, JM; Nechvatal, A .; Tubb, AH, eds. (1975), Química orgánica básica: Parte 5, Productos industriales , Chichester, Reino Unido: John Wiley & Sons.
  14. ^ Almacenamiento de energía REDT. "Uso de VRFB para aplicaciones renovables" .

Otras lecturas

  • "Pentóxido de vanadio", Cobalto en metales duros y sulfato de cobalto, arseniuro de galio, fosfuro de indio y pentóxido de vanadio (PDF) , IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans 86, Lyon, Francia: Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer, 2006, págs. 227–92, ISBN 92-832-1286-X.
  • Vaidhyanathan, B .; Balaji, K .; Rao, KJ ​​(1998), "Síntesis de estado sólido asistida por microondas de fases de vanadato de bismuto estabilizadas conductoras de iones de óxido", Chem. Mater. , 10 (11): 3400–4, doi : 10.1021 / cm980092f.

enlaces externos

  • Cómo se usa el óxido de vanadio en el almacenamiento de energía
  • Tarjeta internacional de seguridad química 0596
  • Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos. "# 0653" . Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  • Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos. "# 0654" . Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  • Pentóxido de vanadio y otros compuestos inorgánicos de vanadio ( Documento de evaluación química internacional conciso 29)
  • Criterios de salud ambiental del IPCS 81: Vanadio
  • Guía de salud y seguridad del IPCS 042: Vanadio y algunas sales de vanadio
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