Оксид ванадия(V)

Оксид ванадия(V), также пятиокись ванадия, 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] и поверхности нагрева в котлах, работающие при высокой температуре (пароперегреватели (особенно ширмовые), фестоны, потолочные и двухсветные экраны). 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(HVO_{3 ).}

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.