Vanadium(V)-oxid

Vanadium(V)-oxid (auch bekannt als Vanadiumpentoxid und Divanadiumpentoxid) ist eine anorganische chemische Verbindung und das stabilste Oxid des Vanadiums. Bei Vanadium(V)-oxid handelt es sich um einen gelben bis rotbraunen, geruchslosen, hochgiftigen Feststoff. In der Natur kommt dieser als sehr seltenes Mineral Shcherbinait vor.

Kristallstruktur
_ V5+ 0 _ O2−
Allgemeines
Name	Vanadium(V)-oxid
Andere Namen	Vanadiumpentoxid Divanadiumpentoxid Vanadiumpentaoxid Divanadiumpentaoxid
Verhältnisformel	V2O5
Kurzbeschreibung	gelber bis rotbrauner, geruchloser Feststoff[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 1314-62-1 EG-Nummer 215-239-8 ECHA-InfoCard 100.013.855 PubChem 14814 ChemSpider 14130 Wikidata Q409173
Eigenschaften
Molare Masse	181,88 g·mol−1
Aggregatzustand	fest[1]
Dichte	3,36 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	690 °C[1]
Siedepunkt	1750 °C (Zersetzung)[1]
Löslichkeit	schwer löslich in Wasser[1] erheblich löslich in Laugen, Säuren und Ethanol[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[3] ggf. erweitert[1] Gefahr H- und P-Sätze H: 301​‐​330​‐​335​‐​341​‐​350​‐​361d​‐​362​‐​372​‐​411 P: ?
MAK	Schweiz: 0,05 mg·m−3 (gemessen als alveolengängiger Staub)[4]
Toxikologische Daten	10 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)[1]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Darstellung

Vanadium(V)-oxid kann direkt aus den Elementen erzeugt werden.

${\displaystyle \mathrm {4\ V_{(s)}+5\ O_{2}\rightarrow 2\ V_{2}O_{5}} }$; ${\displaystyle \triangle H_{B}=-1560\ \mathrm {kJ/mol} }$

Es kann auch durch Glühen von Ammoniummetavanadat (NH₄VO₃) bei 500–550 °C an Luft hergestellt werden.^[2]

${\displaystyle {\ce {2 NH4VO3 -> V2O5 + 2 NH3 + H2O}}}$

Da bei der thermischen Zersetzung von Ammoniummetavanadat an Luft stets leicht verunreinigtes Oxid entsteht, wird bei der Notwendigkeit der hochreinen Verbindung ein größerer Umweg in Kauf genommen, um ein exakt stöchiometrisches Produkt zu erhalten. Hierzu wird zunächst technisches Ammoniummetavanadat im Sauerstoffstrom zum Oxid verglüht, dieses dann mittels Thionylchlorid zum Vanadium(V)-oxidtrichlorid umgesetzt, hydrolysiert, mit Ammoniak zu einem hochreinen Ammoniummetavanadat umgesetzt und selbiges letztendlich erneut im Sauerstoffstrom zum Oxid verglüht^[5]:

${\displaystyle {\ce {V2O5 + 3 SOCl2 -> 2 VOCl3 + 3 SO2}}}$

${\displaystyle {\ce {2 VOCl3 + 2 HNO3 ->[H_2O][]V2O5 + 3 Cl2 + 2 NO + H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {V2O5 + 2 NH3 + H2O -> 2 NH4VO3}}}$

${\displaystyle {\ce {2 NH4VO3 ->[T][O_2]V2O5 + 2 NH3 + H2O}}}$

Eigenschaften

Vanadiumpentoxid

Vanadium(V)-oxid ist ein gelber bis rotbrauner, geruchloser Feststoff, in dessen Kristallstruktur Vanadium-Ionen sich in den Oktaederlücken einer dichtesten Kugelpackung von Sauerstoff-Ionen befinden. Jedes Vanadium-Ion ist von fünf Sauerstoff-Ionen umgeben, wodurch eine verzerrte trigonale Dipyramide gebildet wird. Die Kristallstruktur ist orthorhombisch, Raumgruppe Pmn2₁ (Raumgruppen-Nr. 31)Vorlage:Raumgruppe/31, mit den Gitterparametern a = 11,54 Å, b = 4,383 Å und c = 3,571 Å.^[6]

Verwendung

Vanadium(V)-oxid wird als Katalysator bei der Schwefelsäure-Gewinnung nach dem Kontaktverfahren genutzt. Zudem findet es Gebrauch bei der Herstellung von Stahllegierungen wie Ferrovanadium. Es wird unter anderem als Katalysator bei der Rauchgasreinigung in Müllverbrennungsanlagen und zur Erniedrigung des Schmelzpunkts bei der Emailleherstellung verwendet.

Vanadium(V)-oxid wird auch verwendet, um Weißglas undurchlässiger für UV-Licht zu machen. Dazu wird es der Glasschmelze zugesetzt, das fertige Glas ist weder von außen noch von innen beschichtet. Flaschen aus diesem Glas werden vor allem für Bier verwendet, um den Lichtgeschmack zu vermeiden.

Nanostrukturiertes Vanadium(V)-oxid bildet in Kombination mit Wasser einen Verbundwerkstoff, der als "keramisches Papier" bezeichnet wird. Dieses "keramische Papier" hat ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und ist elektrisch leitfähig. Mögliche Anwendungsbereiche sind deshalb Batterien, Gassensoren und künstliche Muskeln.^[7]

Sicherheitshinweise

Vanadium(V)-oxid ist eine hochgiftige Verbindung, die verschiedenste Gesundheitsrisiken birgt. Die letale Dosis liegt bei Ratten bei oraler Aufnahme bei 10 mg/kg, beim Menschen vermutlich zwischen 5 und 50 mg/kg. Es besteht Lebensgefahr bei Verschlucken, Einatmen oder Hautkontakt. Personen mit chronischen Atemwegserkrankungen sind besonders gefährdet. Darüber hinaus gilt Vanadium(V)-oxid als krebserregend und kann vermutlich auch genetische Defekte verursachen.^[1][8]

Literatur

• H. Oppermann, W. Brückner, W. Reichelt, E. Wolf, J. I. Terukow, F. A. Tschudnowski: Vanadiumoxide. Akademie-Verlag, Berlin 1983.

Weblinks

Commons: Vanadium(V)-oxid – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien