أكسيد الفاناديوم(V)

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 15 صور
الموسوعة الحرة
أكسيد الفاناديوم(V)
طبقة أحادية من خماسي أكسيد الفاناديوم
أكسيد الفاناديوم(V)
الأسماء
اسم الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية
خماسي أكسيد ثنائي الفاناديوم
أسماء أخرى
خماسي أكسيد الفاناديوم
أنهيدريد الفاناديوم
خماسي أكسيد ثنائي الفاناديوم
المعرفات
  • 1314-62-1 يفحصي
نموذج ثلاثي الأبعاد ( JSmol )
  • صورة تفاعلية
تشيبي
  • تشيبي:30045 يفحصي
كيم سبايدر
  • 14130 يفحصي
بطاقة معلومات وكالة المواد الكيميائية الأوروبية 100.013.855
رقم EC
  • 215-239-8
كيج
  • ج19308 ☒ن
معرف PubChem
  • 14814
رقم RTECS
  • رقم YW2450000
جامعة يوني
  • بي في جي 363 أوه 7 إيه يفحصي
رقم الأمم المتحدة 2862
  • رقم تعريف DTXSID2023806
  • إنشي = 1S/5O.2V يفحصي
    المفتاح: GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N يفحصي
  • بوصة تشي = 1/5O.2V/rO5V2/c1-6(2)5-7(3)4
    المفتاح: GNTDGMZSJNCJKK-HHIHJEONAP
  • O=[V](=O)O[V](=O)=O
الخصائص [3]
ف 2 أو 5
الكتلة المولية 181.8800 جرام/مول
مظهر صلب باللون الأصفر
كثافة 3.35 جرام/سم 3 [1]
نقطة الانصهار 681 درجة مئوية (1258 درجة فهرنهايت؛ 954 كلفن) [1]
نقطة الغليان 1750 درجة مئوية (3180 درجة فهرنهايت؛ 2020 كلفن) [1] (يتحلل)
0.7 جرام/لتر (20 درجة مئوية) [1]
+128.0·10 −6 سم 3 /مول [2]
البنية [4]
معيني الشكل
بمممن، رقم 59
أ  = 1151 م، ب  = 355.9 م، ج  = 437.1 م
هرمي ثلاثي الزوايا مشوه (V)
الكيمياء الحرارية [5]
127.7 جول/(مول·ك)
131.0 جول/(مول·ك)
-1550.6 كيلوجول/مول
طاقة جيبس ​​الحرة ( ΔfG⦵ )
 -1419.5 كيلوجول/مول
المخاطر
تصنيف GHS :
موتا 2؛ ريبر 2؛ ستوت ري 1السموم الحادة 4؛ STOT SE 3الأمراض المائية المزمنة 2
خطر
ح302 ، ح332 ، ح335 ، ح341 ، ح361 ، ح372 ، ح411
NFPA 704 (الماس الناري)
NFPA 704 الماسي رباعي الألوانHealth 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g. VX gasFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no code
4
0
0
نقطة الوميض غير قابل للاشتعال
الجرعة القاتلة أو التركيز (LD, LC):
10 ملغ/كغ (الجرذان، عن طريق الفم)
23 ملغ/كغ (الفأر، عن طريق الفم) [7]
500 ملغ/م 3 (القطط، 23 دقيقة)
70 ملغ/م 3 (الجرذان، 2 ساعة) [7]
المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (حدود التعرض الصحي في الولايات المتحدة):
PEL (مسموح به)
 C 0.5 ملغ V 2 O 5 /م 3 (على التوالي) (صلب) [6]


C 0.1 ملغ V 2 O 5 / م 3 (دخان) [6]

ورقة بيانات السلامة (SDS) اللجنة الدولية لعلوم الفضاء 0596
المركبات ذات الصلة
الأنيونات الأخرى
 أوكسيتريكلوريد الفاناديوم
أكسيد النيوبيوم (V) أكسيد
التنتالوم (V)
أكسيد الفاناديوم (II)
أكسيد الفاناديوم (III)
أكسيد الفاناديوم (IV)
باستثناء ما هو مذكور خلافًا لذلك، يتم تقديم البيانات للمواد في حالتها القياسية (عند 25 درجة مئوية [77 درجة فهرنهايت]، 100 كيلو باسكال).
☒ن التحقق  ( ما هو   ؟) يفحصي☒ن
مراجع صندوق المعلومات

أكسيد الفاناديوم (V) ( vanadia ) هو مركب غير عضوي له الصيغة V2O5 . يُعرف عمومًا باسم خماسي أكسيد الفاناديوم ، وهو مادة صلبة صفراء داكنة، على الرغم من أنه عندما يترسب حديثًا من محلول مائي، يكون لونه برتقاليًا غامقًا. نظرًا لحالة الأكسدة العالية الخاصة به ، فهو أكسيد أمفوتيري وعامل مؤكسد . من منظور صناعي، فهو أهم مركب للفاناديوم ، كونه السلف الرئيسي لسبائك الفاناديوم وهو محفز صناعي يستخدم على نطاق واسع. [8]

الشكل المعدني لهذا المركب، الشيربينايت، نادر للغاية، ويوجد دائمًا تقريبًا بين الفتحات البركانية . كما يُعرف معدن ثلاثي الهيدرات ، V2O5 · 3H2O ، أيضًا باسم نافاجويت.

الخصائص الكيميائية

الاختزال إلى أكاسيد أقل

عند تسخين خليط من أكسيد الفاناديوم (V) وأكسيد الفاناديوم (III) ، يحدث التناسب لإعطاء أكسيد الفاناديوم (IV) ، على شكل مادة صلبة زرقاء داكنة: [9]

V 2 O 5 + V 2 O 3 → 4 VO 2

يمكن أيضًا إجراء الاختزال باستخدام حمض الأكساليك وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت . يمكن أن يؤدي المزيد من الاختزال باستخدام الهيدروجين أو ثاني أكسيد الكربون الزائد إلى خلطات معقدة من الأكاسيد مثل V4O7 و V5O9 قبل الوصول إلى V2O3 الأسود .

تفاعلات الحمض والقاعدة

V2O5 هو أكسيد أمفوتيري ، وعلى عكس معظم أكاسيد المعادن الانتقالية، فهو قابل للذوبان في الماء قليلاً ، مما يعطي محلولًا أصفر شاحبًا حامضيًا. وبالتالي يتفاعل V2O5 مع الأحماض القوية غير المختزلة لتكوين محاليل تحتوي على أملاح صفراء شاحبة تحتوي على مراكز ديوكسوفاناديوم ( V ) :

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

يتفاعل أيضًا مع القلويات القوية لتكوين بولي أوكسوفانادات ، والتي لها بنية معقدة تعتمد على الرقم الهيدروجيني . [10] إذا تم استخدام هيدروكسيد الصوديوم المائي الزائد ، فإن المنتج هو ملح عديم اللون ، أورثوفاناديت الصوديوم ، Na3VO4 . إذا تمت إضافة الحمض ببطء إلى محلول Na3VO4 ، فإن اللون يتعمق تدريجيًا من البرتقالي إلى الأحمر قبل أن يترسب V2O5 المائي البني حول الرقم الهيدروجيني 2. تحتوي هذه المحاليل بشكل أساسي على الأيونات HVO42− و V2O74− بين الرقم الهيدروجيني 9 والرقم الهيدروجيني 13، ولكن تحت الرقم الهيدروجيني 9 تسود الأنواع الأكثر غرابة مثل V4O124− و HV10O285− ( ديكافانادت ) .

عند معالجته بكلوريد الثيونيل ، فإنه يتحول إلى سائل متطاير من كلوريد الفاناديوم ، VOCl3 : [ 11]

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

تفاعلات الأكسدة والاختزال الأخرى

يتم أكسدة حمض الهيدروكلوريك وحمض الهيدروبروميك إلى الهالوجين المقابل ، على سبيل المثال،

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

يتم اختزال الفاناديت أو مركبات الفاناديل في المحلول الحمضي بواسطة ملغم الزنك من خلال المسار الملون:

صوت 2+​أصفر→صوت 2+أزرق→الإصدار 3+أخضر→الإصدار 2+أرجواني[12]

تتم ترطيب جميع الأيونات بدرجات متفاوتة.

تحضير

الشكل البرتقالي المرطب جزئيًا لـ V2O5
راسب "الكعكة الحمراء" وهو مائي V2O5

يتم إنتاج الدرجة التقنية V 2 O 5 على شكل مسحوق أسود يستخدم لإنتاج معدن الفاناديوم والفيروفاناديوم . [10] تتم معالجة خام الفاناديوم أو بقايا الفاناديوم الغنية بكربونات الصوديوم وملح الأمونيوم لإنتاج ميتا فانادات الصوديوم ، NaVO 3. ثم يتم تحميض هذه المادة إلى درجة حموضة 2-3 باستخدام H 2 SO 4 لإنتاج راسب من "الكعكة الحمراء" (انظر أعلاه). ثم يتم إذابة الكعكة الحمراء عند 690 درجة مئوية لإنتاج الخام V 2 O 5 .

يتم إنتاج أكسيد الفاناديوم (V) عندما يتم تسخين معدن الفاناديوم مع وجود كمية زائدة من الأكسجين ، ولكن هذا المنتج ملوث بأكاسيد أخرى أقل. يتضمن التحضير المختبري الأكثر إرضاءً تحلل ميتا فانادات الأمونيوم عند درجة حرارة تتراوح بين 500 و550 درجة مئوية: [13]

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

الاستخدامات

إنتاج الفيروفاناديوم

من حيث الكمية، فإن الاستخدام السائد لأكسيد الفاناديوم (V) هو في إنتاج الفيروفاناديوم (انظر أعلاه). يتم تسخين الأكسيد مع خردة الحديد والفيروزيليكون ، مع إضافة الجير لتشكيل خبث سيليكات الكالسيوم . يمكن أيضًا استخدام الألومنيوم ، لإنتاج سبيكة الحديد والفاناديوم جنبًا إلى جنب مع الألومينا كمنتج ثانوي.

إنتاج حامض الكبريتيك

من الاستخدامات المهمة الأخرى لأكسيد الفاناديوم (V) تصنيع حمض الكبريتيك ، وهو مادة كيميائية صناعية مهمة بلغ إنتاجها السنوي على مستوى العالم 165 مليون طن في عام 2001، بقيمة تقريبية تبلغ 8 مليارات دولار أمريكي. يخدم أكسيد الفاناديوم (V) الغرض الحاسم المتمثل في تحفيز الأكسدة المعتدلة الطاردة للحرارة لثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيد الكبريت عن طريق الهواء في عملية التلامس :

2 SO2 + O2 ⇌ 2 SO3

إن اكتشاف هذا التفاعل البسيط، والذي يعتبر فيه V2O5 المحفز الأكثر فعالية، سمح لحمض الكبريتيك بأن يصبح المادة الكيميائية الرخيصة التي هو عليها اليوم. يتم إجراء التفاعل بين 400 و620 درجة مئوية؛ أقل من 400 درجة مئوية يصبح V2O5 غير نشط كمحفز، وفوق 620 درجة مئوية يبدأ في التحلل. نظرًا لأنه من المعروف أن V2O5 يمكن اختزاله إلى VO2 بواسطة SO2 ، فإن إحدى الدورات التحفيزية المحتملة هي كما يلي :

SO 2 + V 2 O 5 → SO 3 + 2VO 2

متبوع ب

2VO2 + ½O2 → V2O5​​​

كما يستخدم أيضًا كمحفز في الاختزال الحفزي الانتقائي (SCR) لانبعاثات أكسيد النيتروجين في بعض محطات الطاقة ومحركات الديزل. ونظرًا لفعاليته في تحويل ثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيد الكبريت، وبالتالي حمض الكبريتيك، فيجب توخي عناية خاصة فيما يتعلق بدرجات حرارة التشغيل ووضع وحدة الاختزال الحفزي الانتقائي في محطة الطاقة عند إشعال الوقود المحتوي على الكبريت.

الأكسدة الأخرى

الخطوات المبكرة المقترحة في أكسدة النفثالين المحفزة بالفاناديوم إلى أنهيدريد الفثاليك ، مع تمثيل V2O5 كجزيء مقابل بنيته الممتدة الحقيقية [14]

يتم إنتاج أنهدريد الماليك عن طريق أكسدة البيوتان المحفزة بواسطة V2O5 مع الهواء:

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

يستخدم أنهدريد الماليك لإنتاج راتنجات البوليستر وراتنجات الألكيد . [15]

يتم إنتاج أنهيدريد الفثاليك بطريقة مماثلة عن طريق أكسدة الأورثوكسيلين أو النفتالين المحفزة بأكسيد الفاناديوم عند درجة حرارة تتراوح بين 350 و400 درجة مئوية. معادلة أكسدة الأورثوكسيلين المحفزة بأكسيد الفاناديوم إلى أنهيدريد الفثاليك :

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

معادلة أكسدة النفثالين المحفزة بأكسيد الفاناديوم إلى أنهيدريد الفثاليك: [16]

C 10 H 8 + 4½ O 2 → C 6 H 4 (CO) 2 O + 2CO 2 + 2H 2 O

يعتبر أنهيدريد الفثاليك أحد المواد الأولية المستخدمة في صناعة الملدنات ، حيث يستخدم لإضفاء المرونة على البوليمرات.

يتم إنتاج مجموعة متنوعة من المركبات الصناعية الأخرى على نحو مماثل، بما في ذلك حمض الأديبيك ، وحمض الأكريليك ، وحمض الأكساليك ، والأنثراكينون . [8]

تطبيقات أخرى

بسبب معامل المقاومة الحرارية العالي الخاص به ، يستخدم أكسيد الفاناديوم (V) كمادة كاشفة في أجهزة قياس الحرارة وأجهزة قياس الحرارة الدقيقة للتصوير الحراري . كما يستخدم كمستشعر إيثانول بمستويات جزء في المليون (حتى 0.1 جزء في المليون).

بطاريات الفاناديوم المؤكسدة هي نوع من بطاريات التدفق المستخدمة لتخزين الطاقة ، بما في ذلك مرافق الطاقة الكبيرة مثل مزارع الرياح . [17] كما يستخدم أكسيد الفاناديوم ككاثود في بطاريات الليثيوم أيون. [18]

النشاط البيولوجي

يُظهر أكسيد الفاناديوم (V) سمية حادة متواضعة جدًا للإنسان، حيث تبلغ الجرعة المميتة 50 حوالي 470 مجم / كجم. يكون الخطر الأكبر عند استنشاق الغبار، حيث تتراوح الجرعة المميتة 50 من 4 إلى 11 مجم / كجم لمدة 14 يومًا من التعرض. [8] الفاناديوم ( VO3-4
​يبدو أن حمض الفوليك (V2O5) الذي يتكون عن طريق التحلل المائي لـ V2O5 عند درجة حموضة عالية، يثبط الإنزيمات التي تعالج الفوسفات (PO43− ) . ومع ذلك، لا تزال طريقة العمل غير واضحة. [10] [ مصدر أفضل مطلوب ]

مراجع

  1. ^ abcd Haynes، ص 4.94
  2. ^ هاينز، ص 4.131
  3. ^ ويست، روبرت سي، محرر (1981). دليل CRC للكيمياء والفيزياء (الطبعة 62). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة CRC. ص. ب-162. رقم ISBN 0-8493-0462-8..
  4. ^ Shklover, V.; Haibach, T.; Ried, F.; Nesper, R.; Novak, P. (1996), "Crystal structure of the product of Mg 2+ insertion into V 2 O 5 single crystals", J. Solid State Chem. , 123 (2): 317– 23, Bibcode :1996JSSCh.123..317S, doi :10.1006/jssc.1996.0186.
  5. ^ هاينز، ص 5.41
  6. ^ دليل الجيب للمخاطر الكيميائية الصادر عن المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية. "#0653". المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH).
  7. ^ ab "غبار الفاناديوم". تركيزات تشكل خطراً مباشراً على الحياة أو الصحة (IDLH) . المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH).
  8. ^ اي بي سي باور ، غونتر. جوثر، فولكر. هيس، هانز. أوتو، أندرياس. ريدل، أوسكار. الرول، هاينز؛ ساتيلبيرجر، سيغفريد (2000). “مركبات الفاناديوم والفاناديوم”. موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . دوى :10.1002/14356007.a27_367. رقم ISBN 3-527-30673-0.
  9. ^ براور، ص 1267
  10. ^ abc Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press . ص 1140، 1144. ISBN 978-0-08-022057-4..
  11. ^ براور، ص 1264
  12. ^ "حالات أكسدة الفاناديوم". RSC Education . تم الاسترجاع في 2019-10-04 .
  13. ^ براور، ص 1269
  14. ^ "أكسدة النفتالين بطريقة جيبس-وول". تفاعلات الأسماء العضوية الشاملة والكواشف . 2010. ص  1227- 1229. doi :10.1002/9780470638859.conrr270. ISBN 978-0-470-63885-9.
  15. ^ تيدر، جيه إم؛ نيكفاتال، أ؛ توب، إيه إتش، محررون (1975)، الكيمياء العضوية الأساسية: الجزء الخامس، المنتجات الصناعية ، تشيتشيستر، المملكة المتحدة: جون وايلي وأولاده.
  16. ^ كونانت، جيمس؛ بلات، ألبرت (1959). كيمياء المركبات العضوية (الطبعة الخامسة). نيويورك، نيويورك: شركة ماكميلان. ص 511.
  17. ^ REDT Energy Storage. "استخدام VRFB للتطبيقات المتجددة". مؤرشف من الأصل في 2014-02-01 . تم الاسترجاع في 2014-01-21 .
  18. ^ Sreejesh, M.; Shenoy, Sulakshana; Sridharan, Kishore; Kufian, D.; Arof, AK; Nagaraja, HS (2017). "أكسيد الفاناديوم المطفأ بالصهر والمضمن في صفائح أكسيد الجرافين كأقطاب مركبة لاستشعار الدوبامين الأمبيروميتري وتطبيقات بطاريات الليثيوم أيون". علم السطح التطبيقي . 410 : 336– 343. رمز Bibcode : 2017ApSS..410..336S. doi : 10.1016/j.apsusc.2017.02.246.

المصادر المذكورة

  • براور، ج. (1963). "الفاناديوم والنيوبيوم والتنتالوم". في براور، ج. (المحرر). دليل الكيمياء غير العضوية التحضيرية، الطبعة الثانية . نيويورك: أكاديميك بريس.
  • Haynes, William M., ed. (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics (الطبعة 97). CRC Press . ISBN 978-1-4987-5429-3.

قراءة إضافية

  • "خماسي أكسيد الفاناديوم"، الكوبالت في المعادن الصلبة وكبريتات الكوبالت، زرنيخيد الجاليوم، فوسفيد الإنديوم وخماسي أكسيد الفاناديوم (ملف PDF) ، دراسات الوكالة الدولية لبحوث السرطان حول تقييم المخاطر المسرطنة على البشر 86، ليون، فرنسا: الوكالة الدولية لبحوث السرطان، 2006، ص  227- 292، رقم ISBN 92-832-1286-X.
  • فايدهياناثان، ب.؛ بالاجي، ك.؛ راو، ك.ج. (1998)، "التخليق بمساعدة الموجات الدقيقة للحالة الصلبة لأطوار فانادات البزموت المستقرة الموصلة للأيونات المؤكسدة"، مجلة الكيمياء ، 10 (11): 3400-4 ، doi :10.1021/cm980092f.
يوجد في ويكيميديا ​​كومنز وسائط متعلقة بـ أكسيد الفاناديوم (V) .
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=أكسيد الفاناديوم&oldid=1249359209"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate