วาเนเดียม(V) ออกไซด์

ชื่อ
ชื่อ IUPAC ไดวาเนเดียมเพนทาออกไซด์
ชื่ออื่นๆ วาเนเดียมเพนทอกไซด์วาเนดิกแอนไฮไดรด์ไดวาเนเดียมเพนทอกไซด์
ตัวระบุ
หมายเลข CAS	1314-62-1 วาย
โมเดล 3 มิติ ( JSmol )	ภาพแบบโต้ตอบ
ชอีบี	เชบี:30045 วาย
เคมสไปเดอร์	14130 วาย
บัตรข้อมูล ECHA	100.013.855
หมายเลข EC	215-239-8
เคกก์	ซี19308 เอ็น
PubChem CID	14814
หมายเลข RTECS	YW2450000
มหาวิทยาลัย	บีวีจี363โอเอช7เอ วาย
หมายเลข UN	2862
แดชบอร์ด CompTox ( EPA )	DTXSID2023806
อินชิ InChI=1S/5O.2V วาย คีย์: GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N วาย นิ้ว = 1/5O.2V/rO5V2/c1-6(2)5-7(3)4 รหัส: GNTDGMZSJNCJKK-HHIHJEONAP
รอยยิ้ม O=[V](=O)O[V](=O)=O
คุณสมบัติ[ 3 ]
สูตรเคมี	วี2โอ5
มวลโมลาร์	181.8800 กรัม/โมล
รูปร่าง	สีเหลืองทึบ
ความหนาแน่น	3.35 กรัม/ซม. ³ [ 1 ]
จุดหลอมเหลว	681 °C (1,258 °F; 954 K) [ 1 ]
จุดเดือด	1,750 °C (3,180 °F; 2,020 K) [ 1 ] (สลายตัว)
ความสามารถในการละลายในน้ำ	0.7 กรัม/ลิตร (20 °C) [ 1 ]
ความไวต่อสนามแม่เหล็ก (χ)	+128.0 × 10 −6  cm 3 /mol [ 2 ]
โครงสร้าง[ 4 ]
โครงสร้างผลึก	ออร์โธรอมบิก
กลุ่มอวกาศ	พีเอ็มเอ็น ฉบับที่ 59
ค่าคงที่แลตติส	ก  = 1,151 น., b  = 355.9 น., c  = 437.1 น.
เรขาคณิตเชิงพิกัด	พีระมิดคู่สามเหลี่ยมบิดเบี้ยว (V)
เทอร์โมเคมี[ 5 ]
ความจุความร้อน( C )	127.7 จูล/(โมล·เคลวิน)
เอนโทรปีโมลาร์มาตรฐาน( S ⦵ 298 )	131.0 จูล/(โมล·เคลวิน)
เอนทาลปีมาตรฐานของการเกิด(Δ f H ⦵ 298 )	−1550.6 กิโลจูล/โมล
พลังงานอิสระของกิบส์(Δ f G ⦵ )	−1419.5 กิโลจูล/โมล
อันตราย
การติดฉลากGHS :
ภาพสัญลักษณ์
คำสัญญาณ	อันตราย
คำเตือนเกี่ยวกับอันตราย	H302 , H332 , H335 , H341 , H361 , H372 , H411
NFPA 704 (สัญลักษณ์รูปเพชรกันไฟ)	4 0 0
จุดวาบไฟ	ไม่ติดไฟ
ปริมาณหรือความเข้มข้นที่ทำให้เสียชีวิต (LD, LC):
LD 50 ( ขนาดยาเฉลี่ย )	10 มก./กก. (หนู, รับประทาน) 23 มก./กก. (หนูเมาส์, รับประทาน) [ 7 ]
LC Lo ( ราคาต่ำสุดที่เผยแพร่ )	500 มก./ ตร.ม. (แมว, 23 นาที) 70 มก./ตร.ม. (หนู, 2 ชั่วโมง) [ 7 ]
NIOSH (ขีดจำกัดการสัมผัสต่อสุขภาพในสหรัฐอเมริกา):
PEL (อนุญาต)	C 0.5 มก. V 2 O 5 /m 3 (ตามลำดับ) (ของแข็ง) [ 6 ] C 0.1 มก. V 2 O 5 /ม. 3 (ควัน) [ 6 ]
เอกสารข้อมูลความปลอดภัย (SDS)	ไอเอสซี 0596
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง
แอนไอออนอื่นๆ	วาเนเดียมออกซีไตรคลอไรด์
ไอออนบวกอื่นๆ	ไนโอเบียม(V) ออกไซด์แทนทาลัม(V) ออกไซด์
ออกไซด์ของวานาเดียม ที่เกี่ยวข้อง	วาเนเดียม(II) ออกไซด์วาเนเดียม(III) ออกไซด์วาเนเดียม(IV) ออกไซด์
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) เอ็น ตรวจสอบ  (คืออะไร   ?) วายเอ็น ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

วาเนเดียม(V) ออกไซด์ ( วาเนเดียม ) เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่มีสูตรV₂O₅โดยทั่วไปรู้จักกันในชื่อวาเนเดียมเพนทอกไซด์_{เป็นของแข็ง}สีเหลืองเข้ม แม้ว่าเมื่อตกตะกอนใหม่จากสารละลายในน้ำจะมีสีส้มเข้ม เนื่องจากมีสถานะออกซิเดชัน สูง จึงเป็นทั้ง ออกไซด์ แอมโฟเทอริกและสารออกซิไดซ์จากมุมมองทางอุตสาหกรรม ถือเป็นสารประกอบที่สำคัญที่สุดของวาเนเดียมเป็นสารตั้งต้นหลักของโลหะผสมของวาเนเดียม และเป็น ตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย^{[ 8 ]}

แร่ในรูปของสารประกอบนี้ ซึ่งเรียกว่า เชอร์บินาไอต์ (shcherbinaite) นั้นหายากมาก มักพบในบริเวณ_{ปล่องไอ}น้ำร้อนเท่านั้น แร่ไตร ไฮเดร ตV₂O₅ ·3H₂O _ก็มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า นาวาโจไอต์ (navajoite)

เมื่อให้ความร้อนแก่ส่วนผสมของวาเนเดียม(V) ออกไซด์และวาเนเดียม(III) ออกไซด์ จะเกิด ปฏิกิริยาคอมโปรพอร์ชันเนชันเพื่อให้ได้วาเนเดียม(IV) ออกไซด์ซึ่งเป็นของแข็งสีน้ำเงินเข้ม: ^{[ 9 ]}

V ₂ O ₅ + V ₂ O ₃ → 4 VO ₂

การรีดิวซ์ยังสามารถเกิดขึ้นได้โดยใช้_กรดออกซาลิกคาร์บอนมอนอกไซด์และ_{ซัลเฟอร์}ไดออกไซด์การรีดิวซ์เพิ่มเติมโดยใช้_{ไฮโดรเจน}หรือ CO ส่วนเกินสามารถนำไปสู่ส่วนผสมที่ซับซ้อนของออกไซด์ เช่น V₄O₇ _และ V₅O₉ ก่อนที่จะได้ _V₂O₃สี_ดำ

V₂O₅ เป็น ออกไซด์ แอมโฟเทอริกและแตกต่างจาก ออกไซด์ ของโลหะทราน ซิ ชัน ส่วนใหญ่ _{ตรงที่}มันละลาย น้ำได้เล็กน้อย ให้สารละลายสีเหลืองอ่อนที่มีฤทธิ์เป็นกรด ดังนั้น_{V₂O₅ จึง}ทำปฏิกิริยากับกรดที่ไม่ลดสภาพที่แรง เพื่อสร้างสารละลายที่มีเกลือสีเหลืองอ่อนซึ่งมีศูนย์กลางเป็น ได ออกโซวาเนเดียม(V)

วี₂โอ₅ + 2 HNO ₃ → 2 VO ₂ (NO ₃ ) + H ₂ O

นอกจากนี้ยังทำปฏิกิริยากับด่าง เข้มข้น เพื่อสร้างโพลีออกโซวาเนเดตซึ่งมีโครงสร้างที่ซับซ้อนซึ่งขึ้นอยู่กับค่า pH [ ^{10 ] หาก} ใช้ โซเดียมไฮด รอกไซด์ ในน้ำมากเกินไปผลิตภัณฑ์จะเป็นเกลือ ไม่มีสี โซเดียมออร์โธวาเนเดต Na ₃ VO ₄หากเติมกรดลงในสารละลาย Na ₃ VO ₄ อย่างช้าๆ สีจะค่อยๆ เข้มขึ้นจากสีส้มเป็นสีแดงก่อนที่จะเกิดตะกอน V ₂ O ₅ที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบสีน้ำตาลที่ค่า pH ประมาณ 2 สารละลายเหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไอออนHVO2−4และV ₂ O4−7อยู่ในช่วง pH 9 ถึง 13 แต่ต่ำกว่า pH 9 จะพบสายพันธุ์ที่แปลกใหม่กว่า เช่นV ₄ O4−12และHV ₁₀ O5−28( เดคาแวนนาเดต ) เป็นส่วนประกอบหลัก

เมื่อทำการบำบัดด้วยไทโอนิลคลอไรด์จะเปลี่ยนเป็นวาเนเดียมออกซีคลอไรด์ เหลวระเหย VOCl ₃ : ^{[ 11 ]}

V₂O₅ _{+ 3} SOCl₂ → ₂ VOCl₃ _{+ 3} SO₂

กรดไฮโดรคลอริกและกรดไฮโดรโบรมิกจะถูกออกซิไดซ์เป็นฮาโลเจน ที่สอดคล้องกัน เช่น

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

สารประกอบ วานาเดตหรือวานาดิลในสารละลายกรดจะถูกรีดิวซ์โดยอะมัลกัมสังกะสีผ่านกระบวนการที่มีสีสันดังนี้:

ไอออนทั้งหมดมีโมเลกุลน้ำล้อมรอบในระดับที่แตกต่างกัน

_V2O5เกรดทางเทคนิคผลิตเป็นผงสีดำที่ใช้ในการผลิต โลหะ วานาเดียมและเฟอร์โรวานาเดียม [ ₁₀ ] ^{แร่วานา}เดียมหรือกากที่มีวานาเดียมสูงจะถูกบำบัดด้วยโซเดียมคาร์บอเนตและเกลือแอมโมเนียม เพื่อผลิต โซเดียมเมตาวา_นาเดต NaVO3 จากนั้นวัสดุนี้จะถูกทำให้เป็นกรดที่ pH 2–3 โดยใช้ H2SO4 _{เพื่อ}ให้ได้_{ตะกอน} "เค้กสีแดง" (ดูด้านบน ) จากนั้นเค้กสีแดงจะถูกหลอมที่ ₆₉₀ ° C เพื่อผลิต_V2O5ดิบ

วาเนเดียม(V) ออกไซด์ผลิตขึ้นเมื่อ โลหะ วาเนเดียมถูกให้ความร้อนด้วยออกซิเจน ส่วนเกิน แต่ผลิตภัณฑ์นี้ปนเปื้อนด้วยออกไซด์อื่นๆ ที่มีโมเลกุลเล็กกว่า การเตรียมในห้องปฏิบัติการที่น่าพอใจกว่านั้นเกี่ยวข้องกับการสลายตัวของแอมโมเนียมเมตาวาเนเดตที่อุณหภูมิ 500–550 °C: ^{[ 13 ]}

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

ในแง่ของปริมาณ การใช้งานหลักของวาเนเดียม(V) ออกไซด์คือการผลิตเฟอร์โรวาเนเดียม (ดูด้านบน ) โดยนำออกไซด์ไปให้ความร้อนร่วมกับเศษเหล็กและเฟอร์โรซิลิคอนแล้ว เติม ปูนขาวเพื่อสร้างตะกรันแคลเซียมซิลิเก ตนอกจากนี้ยังสามารถใช้อะลูมิเนียม ในการผลิตโลหะผสมเหล็ก-วาเนเดียมและ อะลูมินาเป็นผลพลอยได้

วาเนเดียม(V) ออกไซด์ถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนออกซิเจนในกระบวนการสัมผัสซึ่งเป็นกระบวนการเดียวที่ใช้ในการผลิตกรดซัลฟิวริกใน ระดับอุตสาหกรรมในปัจจุบัน ^{[ 14 ]}เฟสตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นเกลือหลอมเหลวที่เกิดจากวาเนเดียม(V) ออกไซด์และซัลเฟตของโลหะอัลคาไลที่เติมเข้าไปทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม ในสารละลายหลอมเหลวนี้ จะเกิดสารเชิงซ้อนที่ทำปฏิกิริยาได้ [(VO) ₂ O(SO ₄ ) ₄ ] ⁴⁻ซึ่งถือว่าเป็นชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยาที่แท้จริง ออกซิเจนและซัลเฟอร์ไดออกไซด์จะประสานกับสารเชิงซ้อนนี้และทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างซัลเฟอร์ไตรออกไซด์โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของวาเนเดียม^{[ 14 ]}

ปฏิกิริยาโดยรวมคือ:

2 SO ₂ + O ₂ ⇌ 2 SO ₃

ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 420 ถึง 620 °C ที่อุณหภูมิต่ำกว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาจะเสื่อมสภาพเนื่องจากการก่อตัวของสารประกอบวาเนเดียม(IV) ในขณะที่ที่อุณหภูมิสูงกว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาจะเริ่มสลายตัว^{[ 14 ]}การแปลงทางอุตสาหกรรมดำเนินการในเตาเผาแบบสัมผัสหลายชั้น โดยที่ตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกจัดเรียงเป็นชั้นซ้อนกันสี่ชั้น และก๊าซในกระบวนการจะถูกทำให้เย็นลงระหว่างชั้นเพื่อรักษาระดับอุณหภูมิที่ต้องการ

มาเลอิกแอนไฮไดรด์ผลิตขึ้นโดยปฏิกิริยาออกซิเดชันของบิวเทนกับอากาศโดยใช้ V2O5 _{เป็นตัว เร่งปฏิกิริยา:}

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

มาเลอิกแอนไฮไดรด์ใช้ในการผลิต เรซิน โพลีเอสเตอร์และเรซินอัลคิด^{[ 16 ]}

ฟทาลิกแอนไฮไดรด์ผลิตได้ในลักษณะเดียวกันโดยการออกซิเดชันของออร์โธไซลีนหรือแนฟทาลีน โดย _{ใช้V₂O₅} เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ อุณหภูมิ 350–400 °C สมการสำหรับการออกซิเดชันของ ออร์โธ ไซลีนเป็นฟทาลิกแอนไฮไดรด์ โดยใช้แวนาเดียมออกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยามีดังนี้:

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

สมการสำหรับการออกซิเดชันของแนฟทาลีนเป็นแอนไฮไดรด์ฟทาลิกโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาวาเนเดียมออกไซด์: ^{[ 17 ]}

C ₁₀ H ₈ + 4+1 ⁄ 2 O ₂ → C ₆ H ₄ (CO) ₂ O + 2 CO ₂ + 2 H ₂ O

ฟทาลิกแอนไฮไดรด์เป็นสารตั้งต้นของพลาสติไซเซอร์ซึ่งใช้เพื่อเพิ่มความยืดหยุ่นให้กับพอลิเมอร์

สารประกอบอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกหลายชนิดก็ผลิตในลักษณะเดียวกัน ได้แก่กรดอะดิปิกกรดอะคริลิกกรด ออกซาลิกและแอนทราควิโนน^{[ 8 ]}

เนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานความร้อน สูง วาเนเดียม(V) ออกไซด์จึงถูกนำมาใช้เป็นวัสดุตรวจจับในโบโลมิเตอร์และ อาร์เรย์ ไมโครโบโลมิเตอร์สำหรับการถ่ายภาพความร้อนนอกจากนี้ยังนำไปใช้เป็นเซ็นเซอร์เอทานอลในระดับ ppm (สูงสุด 0.1 ppm) อีกด้วย

แบตเตอรี่รีดอกซ์วานาเดียม เป็น แบตเตอรี่แบบไหลชนิดหนึ่งที่ใช้สำหรับการจัดเก็บพลังงานรวมถึงโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ เช่น ฟาร์ม กังหันลม^{[ 18 ]}วานาเดียมออกไซด์ยังใช้เป็นแคโทดในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อีก ด้วย^{[ 19 ]}

วาเนเดียมเพนทอกไซด์มักใช้เป็นส่วนประกอบในเคลือบซึ่งให้สีที่หลากหลายตั้งแต่สีเขียวและสีเหลืองไปจนถึงสีฟ้าและสีเทา^{[ 20 ]}

วาเนเดียม(V) ออกไซด์แสดงความเป็นพิษเฉียบพลันต่อมนุษย์ในระดับปานกลาง โดยมีค่า LD50 _{ประมาณ} 470 มก./กก. อันตรายที่มากกว่าคือการสูดดมฝุ่น ซึ่งค่า LD50 _อยู่ในช่วง 4–11 มก./กก. สำหรับการสัมผัสเป็นเวลา 14 วัน^{[ 8 ]}วาเนเดต ( VO3−4สารประกอบ (ซึ่งเกิดจากการไฮโดรไลซิ สของ V2O5 _ที่ค่า pH สูง) ดูเหมือนจะยับยั้ง_{เอนไซม์}ที่ประมวลผลฟอสเฟต ( PO43-)3−4อย่างไรก็ตาม กลไกการออกฤทธิ์ยังคงคลุมเครือ^{[ 10 ]}

• Brauer, G. (1963). "วาเนเดียม, ไนโอเบียม, แทนทาลัม". ใน Brauer, G. (บรรณาธิการ). คู่มือเคมีอนินทรีย์เชิงเตรียมการ ฉบับที่ 2.นิวยอร์ก: Academic Press.
• เฮนส์, วิลเลียม เอ็ม., บรรณาธิการ (2016). คู่มือเคมีและฟิสิกส์ CRC (ฉบับที่ 97). สำนักพิมพ์ CRC . ISBN 978-1-4987-5429-3.

• "วาเนเดียมเพนทอกไซด์", โคบอลต์ในโลหะแข็งและโคบอลต์ซัลเฟต, แกลเลียมอาร์เซไนด์, อินเดียมฟอสไฟด์และวาเนเดียมเพนทอกไซด์ (PDF) , เอกสารวิจัยของ IARC เกี่ยวกับการประเมินความเสี่ยงต่อการก่อมะเร็งในมนุษย์ ฉบับที่ 86, ลียง, ฝรั่งเศส: องค์การระหว่างประเทศเพื่อการวิจัยโรคมะเร็ง, 2006, หน้า  227–292 , ISBN 92-832-1286-X.
• Vaidhyanathan, B.; Balaji, K.; Rao, KJ ​​(1998), "การสังเคราะห์เฟสบิสมัทวาเนเดตที่เสถียรซึ่งนำไอออนออกไซด์ได้โดยใช้ไมโครเวฟ" Chem. Mater. , 10 (11): 3400– 3404, doi : 10.1021/cm980092f.

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับวาเนเดียม(V)ออกไซด์

• บัตรข้อมูลความปลอดภัยทางเคมีระหว่างประเทศ 0596
• คู่มือพกพาเกี่ยวกับอันตรายจากสารเคมีของ NIOSH #0653สถาบันแห่งชาติเพื่อความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงาน (NIOSH)
• คู่มือพกพาเกี่ยวกับอันตรายจากสารเคมีของ NIOSH #0654สถาบันแห่งชาติเพื่อความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงาน (NIOSH)
• วาเนเดียมเพนทอกไซด์และสารประกอบวาเนเดียมอนินทรีย์อื่นๆ ( เอกสารประเมินสารเคมีระหว่างประเทศฉบับย่อ 29)
• เกณฑ์สุขอนามัยสิ่งแวดล้อมIPCS ข้อ 81: วานาเดียม
• คู่มือด้านสุขภาพและความปลอดภัยของ IPCS ฉบับที่ 042: วานาเดียมและเกลือวานาเดียมบางชนิด