Węglik wanadu

Węglik wanadu, VC – nieorganiczny związek chemiczny z grupy węglików, połączenie węgla i wanadu.

Węglik wanadu

Nazewnictwo Nomenklatura systematyczna (IUPAC) konst. węglik wanadu Inne nazwy i oznaczenia Stocka węglik wanadu(IV)
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	VC
Masa molowa	62,95 g/mol
Wygląd	czarne sześcienne kryształy[1]
Identyfikacja
Numer CAS	12070-10-9
PubChem	159387
SMILES [V+]#[C-]
InChI InChI=1S/CH4.V/h1H4; InChIKey GORXZVFEOLUTMI-UHFFFAOYSA-N
Właściwości Gęstość 5,77 g/cm³[1]; ciało stałe Rozpuszczalność w wodzie praktycznie nierozpuszczalny[1] Temperatura topnienia 2810 °C[1]
Budowa Układ krystalograficzny regularny[2]
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Carl Roth [dostęp: 2024-10-28]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Budowa cząsteczki

Krystalizuje w układzie regularnym (grupa przestrzenna Fm3m)^[2]. Kryształy węgliku wanadu są izomorficzne między innymi z kryształami tlenku wanadu(II) i azotku wanadu(inne języki)^[3].

Otrzymywanie

Skala laboratoryjna

Istnieje wiele metod syntezy węgliku wanadu^[4]. Jedna z nich, stosowana w produkcji VC do zastosowań katalitycznych (to znaczy o dużej powierzchni właściwej), polega na redukcji V
2O
5 do V
2O
3 za pomocą gazowego wodoru w temperaturze 430 °C i przereagowaniu powstałego tlenku z metanem przy około 1000 °C^[5]:

V
2O
5 + 2H
2 → V
2O
3 + 2H
2O

V
2O
3 + 5CH
4 → 2VC + 3CO + 10H
2

Skala przemysłowa

W skali przemysłowej otrzymywany jest między innymi poprzez ogrzewanie węgla z V
2O
5 lub V
2O
3 w temperaturze 1100 °C w atmosferze wodoru^[3] lub poprzez bezpośrednią reakcję węgla z wanadem w temperaturze 1100–1500 °C^[6].

Właściwości

Właściwości fizyczne

Materiał ogniotrwały^[1][7], o wysokiej twardości^[8] (91 w skali Rockwella A)^[9] i niskiej rezystywności^[10] (1,5μΩ·m)^[9].

Właściwości chemiczne

Odporny na działanie zimnych kwasów, z wyjątkiem HNO
3; roztwarza się w gorących kwasach utleniających^[11]. Utlenia się na wolnym powietrzu przy temperaturze 800 °C^[11].

W wysokotemperaturowej reakcji VC z suchym chlorowodorem powstaje metan, wodór, węgiel, VCl₂(inne języki) i VCl₃(inne języki). Dokładny stosunek stężeń produktów zależy od temperatury i momentu przerwania reakcji^[12].

Zastosowanie

Metalurgia

Jest dodatkiem (0,3–0,5%) do twardych stopów metali, ze względu na jego zdolność ograniczania wzrostu ziaren w procesie rekrystalizacji^{[3][7][8][11]}, w szczególności do węgliku spiekanego WC-Co^[7][8][11]. Znajduje zastosowanie w powłokach ochronnych wyrobów stalowych (głównie narzędzi tnących), zwiększając twardość i wytrzymałość powierzchni, a także czyniąc je bardziej odpornymi na korozję^[7][13][14].

Kataliza

Węglik wanadu stosuje się również w katalizie^[5].

Elektrody pokryte nanocząstkami VC wykazują wysoką wydajność i wytrzymałość w procesie elektrokatalitycznego wydzielania wodoru, zarówno w środowisku kwaśnym, jak i zasadowym^[10][15][2]. Wodór jest wysokokalorycznym nośnikiem energii^[10], stosowanym w ogniwach paliwowych, między innymi w samochodach i pociągach(inne języki). Produkcja wodoru z wody za pomocą elektrolizy pozwala na magazynowanie energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych^[16][17]. Węglik wanadu może być również stosowany jako materiał elektrodowy w ogniwach paliwowych do redukcji tlenu (ORR, ang. Oxygen reduction reaction)^[18].

VC znajduje zastosowanie jako katalizator w reakcjach syntezy alkanów z alkoholi^[19], przy rozkładzie amoniaku^[20], w ogniwach słonecznych uczulanych barwnikiem oraz innych dziedzinach.^[21]