Оксид ванадия(V)

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

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 ℉[1]
Мол. теплоёмк.	127,7 Дж/(моль·К)
Давление пара	0 Па[1]
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

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:

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

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

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

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

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:

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

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. 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.
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.

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.