Óxido de vanádio (V) - Vanadium(V) oxide
Nomes | |
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Nome IUPAC
Pentóxido de divanádio
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Outros nomes
Pentóxido de vanádio
Anidrido vanádico pentóxido de divanádio |
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Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol )
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ChEBI | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.013.855 |
Número EC | |
KEGG | |
PubChem CID
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Número RTECS | |
UNII | |
Número ONU | 2862 |
Painel CompTox ( EPA )
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Propriedades | |
V 2 O 5 | |
Massa molar | 181,8800 g / mol |
Aparência | Sólido amarelo |
Densidade | 3,357 g / cm 3 |
Ponto de fusão | 690 ° C (1.274 ° F; 963 K) |
Ponto de ebulição | 1.750 ° C (3.180 ° F; 2.020 K) (decompõe-se) |
8,0 g / L (20 ° C) | |
+ 128,0 · 10 −6 cm 3 / mol | |
Estrutura | |
Ortorrômbico | |
Pmmn, No. 59 | |
a = 1151 pm, b = 355,9 pm, c = 437,1 pm
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Bipiramidal trigonal distorcida (V) | |
Termoquímica | |
Entropia molar padrão ( S |
130,54 J / mol · K |
-1550,590 kJ / mol | |
Energia livre de Gibbs (Δ f G ˚)
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-1419,435 kJ / mol |
Perigos | |
Ficha de dados de segurança | ICSC 0596 |
Pictogramas GHS | |
Palavra-sinal GHS | Perigo |
H341 , H361 , H372 , H332 , H302 , H335 , H411 | |
NFPA 704 (diamante de fogo) | |
Ponto de inflamação | Não inflamável |
Dose ou concentração letal (LD, LC): | |
LD 50 ( dose mediana )
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10 mg / kg (rato, oral) 23 mg / kg (camundongo, oral) |
LC Lo (o mais baixo publicado )
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500 mg / m 3 (gato, 23 min) 70 mg / m 3 (rato, 2 h) |
NIOSH (limites de exposição à saúde dos EUA): | |
PEL (permitido)
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C 0,5 mg V 2 O 5 / m 3 (resp) (sólido)
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Compostos relacionados | |
Outros ânions
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Oxitricloreto de vanádio |
Outros cátions
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Óxido de nióbio (V) Óxido de tântalo (V) |
Óxido de vanádio (II) Óxido de vanádio (III) Óxido de vanádio (IV) |
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Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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verificar (o que é ?) | |
Referências da Infobox | |
O óxido de vanádio (V) ( vanádia ) é o composto inorgânico com a fórmula V 2 O 5 . Comumente conhecido como pentóxido de vanádio , é um sólido marrom / amarelo, embora quando recentemente precipitado da solução aquosa, sua cor seja laranja forte. Devido ao seu alto estado de oxidação , é tanto um óxido anfotérico quanto um agente oxidante . Do ponto de vista industrial, é o composto mais importante do vanádio , sendo o principal precursor das ligas de vanádio e um catalisador industrial amplamente utilizado.
A forma mineral desse composto, a shcherbinaita, é extremamente rara, quase sempre encontrada entre as fumarolas . Um tri-hidrato mineral , V 2 O 5 · 3H 2 O, também é conhecido pelo nome de navajoita.
Propriedades quimicas
Redução para óxidos mais baixos
Após o aquecimento de uma mistura de óxido de vanádio (V) e óxido de vanádio (III) , o comproporcionamento ocorre para dar óxido de vanádio (IV) , como um sólido azul escuro:
- V 2 O 5 + V 2 O 3 → 4 VO 2
A redução também pode ser efetuada por ácido oxálico , monóxido de carbono e dióxido de enxofre . A redução adicional usando hidrogênio ou CO em excesso pode levar a misturas complexas de óxidos, como V 4 O 7 e V 5 O 9, antes que o V 2 O 3 preto seja alcançado.
Reações ácido-base
V 2 O 5 é um óxido anfotérico . Ao contrário da maioria dos óxidos de metal, ele se dissolve levemente em água para dar uma solução ácida amarelo pálido. Assim, V 2 O 5 reage com ácidos não redutores fortes para formar soluções contendo os sais amarelos pálidos contendo centros de dioxovanádio (V):
- V 2 O 5 + 2 HNO 3 → 2 VO 2 (NO 3 ) + H 2 O
Ele também reage com álcalis fortes para formar polioxovanadatos , que têm uma estrutura complexa que depende do pH . Se o excesso de hidróxido de sódio aquoso for usado, o produto é um sal incolor , ortovanadato de sódio , Na 3 VO 4 . Se o ácido for adicionado lentamente a uma solução de Na 3 VO 4 , a cor se aprofunda gradualmente do laranja ao vermelho antes que o V 2 O 5 hidratado marrom precipite em torno do pH 2. Essas soluções contêm principalmente os íons HVO 4 2− e V 2 O 7 4 - entre pH 9 e pH 13, mas abaixo de pH 9 espécies mais exóticas como V 4 O 12 4− e HV 10 O 28 5− ( decavanadate ) predominam.
Após o tratamento com cloreto de tionila , ele se converte no oxicloreto de vanádio líquido volátil , VOCl 3 :
- V 2 O 5 + 3 SOCl 2 → 2 VOCL 3 + 3 SO 2
Outras reações redox
O ácido clorídrico e o ácido bromídrico são oxidados ao halogênio correspondente , por exemplo,
- V 2 O 5 + 6HCl + 7H 2 O → 2 [VO (H 2 O) 5 ] 2+ + 4Cl - + Cl 2
Vanadatos ou compostos de vanadil em solução ácida são reduzidos pelo amálgama de zinco através da via colorida:
Os íons são todos hidratados em vários graus.
Preparação
O grau técnico V 2 O 5 é produzido como um pó preto usado para a produção de vanádio metálico e ferrovanádio . Um minério de vanádio ou resíduo rico em vanádio é tratado com carbonato de sódio e um sal de amônio para produzir metavanadato de sódio , NaVO 3 . Este material é então acidificado a pH 2–3 usando H 2 SO 4 para produzir um precipitado de "bolo vermelho" (veja acima ). O bolo vermelho é então fundido a 690 ° C para produzir o V 2 O 5 bruto .
O óxido de vanádio (V) é produzido quando o vanádio metálico é aquecido com excesso de oxigênio , mas este produto está contaminado com outros óxidos inferiores. Uma preparação de laboratório mais satisfatória envolve a decomposição de metavanadato de amônio a 500-550 ° C:
- 2 NH 4 VO 3 → V 2 O 5 + 2 NH 3 + H 2 O
Usos
Produção de ferrovanádio
Em termos de quantidade, o uso dominante do óxido de vanádio (V) é na produção de ferrovanádio (ver acima ). O óxido é aquecido com sucata de ferro e ferrossilício , com adição de cal para formar uma escória de silicato de cálcio . O alumínio também pode ser usado, produzindo a liga de ferro-vanádio junto com alumina como um
Produção de ácido sulfúrico
Outro uso importante do óxido de vanádio (V) é na fabricação de ácido sulfúrico , um importante produto químico industrial com uma produção mundial anual de 165 milhões de toneladas em 2001, com um valor aproximado de US $ 8 bilhões. O óxido de vanádio (V) serve ao propósito crucial de catalisar a oxidação moderadamente exotérmica de dióxido de enxofre em trióxido de enxofre por ar no processo de contato :
- 2 SO 2 + O 2 ⇌ 2 SO 3
A descoberta dessa reação simples, para a qual V 2 O 5 é o catalisador mais eficaz, permitiu que o ácido sulfúrico se tornasse o produto químico barato que é hoje. A reação é realizada entre 400 e 620 ° C; abaixo de 400 ° C, o V 2 O 5 é inativo como catalisador e acima de 620 ° C começa a se decompor. Uma vez que se sabe que V 2 O 5 pode ser reduzido a VO 2 pelo SO 2 , um provável ciclo catalítico é o seguinte:
- SO 2 + V 2 O 5 → SO 3 + 2VO 2
Seguido por
- 2VO 2 + ½O 2 → V 2 O 5
Também é utilizado como catalisador na redução catalítica seletiva (SCR) das emissões de NO x em algumas usinas . Devido à sua eficácia na conversão de dióxido de enxofre em trióxido de enxofre e, portanto, ácido sulfúrico, deve-se tomar cuidado especial com as temperaturas de operação e a localização da unidade SCR de uma usina de energia ao queimar combustíveis contendo enxofre.
Outras oxidações
O anidrido maleico é produzido pela oxidação de butano catalisada por V 2 O 5 com ar:
- C 4 H 10 + 4 O 2 → C 2 H 2 (CO) 2 O + 8 H 2 O
O anidrido maleico é usado para a produção de resinas de poliéster e resinas alquídicas .
O anidrido ftálico é produzido de forma semelhante pela oxidação catalisada por V 2 O 5 de orto-xileno ou naftaleno a 350-400 ° C. A equação é para a oxidação do xileno:
- C 6 H 4 (CH 3 ) 2 + 3 O 2 → C 6 H 4 (CO) 2 O + 3 H 2 O
O anidrido ftálico é um precursor de plastificantes , usado para conferir flexibilidade aos polímeros.
Uma variedade de outros compostos industriais são produzidos de forma semelhante, incluindo ácido adípico , ácido acrílico , ácido oxálico e antraquinona .
Outras aplicações
Devido ao seu alto coeficiente de resistência térmica , o óxido de vanádio (V) encontra uso como um material detector em bolômetros e matrizes de microbolômetro para imagens térmicas . Também encontra aplicação como sensor de etanol em níveis de ppm (até 0,1 ppm).
As baterias redox de vanádio são um tipo de bateria de fluxo usada para armazenamento de energia, incluindo grandes instalações de energia, como parques eólicos .
Atividade biológica
O óxido de vanádio (V) exibe toxicidade aguda muito modesta para humanos, com um LD50 de cerca de 470 mg / kg. O maior risco é com a inalação da poeira, onde o LD50 varia de 4–11 mg / kg para uma exposição de 14 dias. Vanadate ( VO3−
4), formado pela hidrólise de V 2 O 5 em pH alto, parece inibir as enzimas que processam o fosfato (PO 4 3− ). No entanto, o modo de ação permanece indefinido.
Referências
Leitura adicional
- "Vanadium Pentoxide", Cobalt in Hard Metals and Cobalt Sulfate, Gallium Arsenide, Indium Phosphide and Vanadium Pentoxide (PDF) , IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans 86, Lyon, França: International Agency for Research on Cancer, 2006, pp. 227-92, ISBN 92-832-1286-X.
- Vaidhyanathan, B .; Balaji, K .; Rao, KJ (1998), "Microwave-Assisted Solid-State Synthesis of Oxide Ion Conducing Stabilized Bismuth Vanadate Phases", Chem. Mater. , 10 (11): 3400–4, doi : 10.1021 / cm980092f.
links externos
- Como o óxido de vanádio é usado no armazenamento de energia
- Cartão Internacional de Segurança Química 0596
- Guia de bolso do NIOSH para perigos químicos. "# 0653" . Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH).
- Guia de bolso do NIOSH para perigos químicos. "# 0654" . Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH).
- Pentóxido de vanádio e outros compostos inorgânicos de vanádio ( Documento Conciso de Avaliação Química Internacional 29)
- Critérios de saúde ambiental do IPCS 81: Vanádio
- Guia de Saúde e Segurança IPCS 042: Vanádio e alguns sais de vanádio