바나듐(V) 산화물
Vanadium(V) oxide![]() | |
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이름 | |
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IUPAC 이름 오산화 디바나듐 | |
기타 이름 오산화 바나듐 무수화 바니디드 오산화 디바나듐 | |
식별자 | |
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3D 모델(JSmol) | |
체비 | |
켐스파이더 | |
ECHA InfoCard | 100.013.855 ![]() |
EC 번호 |
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케그 | |
펍켐 CID | |
RTECS 번호 |
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유니 | |
UN 번호 | 2862 |
CompTox 대시보드 (EPA) | |
속성[1] | |
V2O5 | |
어금질량 | 181.8800 g/mb |
외관 | 황색 고체 |
밀도 | 3.357 g/cm3 |
녹는점 | 690°C(1,274°F, 963K) |
비등점 | 1,750 °C(3,180 °F, 2,020 K) (손상) |
8.0 g/L(20°C) | |
자기 감수성(magnetic susibility) | +190.0·10cm−63/190cm |
구조[2] | |
정형외과 | |
Pmmn, 59번 | |
a = 1151pm, b = 355.9pm, c = 437.1pm | |
일그러진 삼각형 바이프라미달(V) | |
열화학 | |
성 어금니 엔트로피 (S | 130.54 J/몰·K |
의 성 엔탈피 대형화 (ΔfH⦵298) | -1550.590 kJ/mol [3] |
기브스 자유 에너지 (ΔfG˚) | -1419.435 kJ/mol [3] |
위험 | |
안전자료표 | ICSC 0596 |
GHS 픽토그램 | ![]() ![]() ![]() |
GHS 시그널 워드 | 위험 |
H341, H361, H372, H332, H302, H335, H411 | |
NFPA 704(화재 다이아몬드) | |
플래시 포인트 | 불연성. |
치사량 또는 농도(LD, LC): | |
LD50(중간 선량) | 10mg/kg(랫드, 구강) 23mg/kg(알코올, 구강)[5] |
LCLo(최저공표) | 500mg/m3(고양이, 23분) 70mg/m3(랫드, 2시간)[5] |
NIOSH(미국 건강 노출 제한): | |
PEL(허용) | C 0.5 mg VO25/m3(resp)(고체)[4]
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관련 화합물 | |
기타 음이온 | 바나듐 옥시트리클로로이드 |
기타 양이온 | 니오비움(V)산화물 탄탈룸(V)산화물 |
관련 바나듐산화물 | 바나듐()II) 산화물 바나듐(III) 산화물 바나듐()IV) 산화물 |
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다. | |
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Infobox 참조 자료 | |
바나듐(V)산화물(Vanadia)은 VO라는25 공식을 가진 무기 화합물이다. 일반적으로 오산화 바나듐으로 알려져 있으며, 갈색/노란색 고체지만, 수용액에서 갓 침전되었을 때, 그것의 색은 딥 오렌지색이다. 산화 상태가 높기 때문에 암포테릭 산화물인 동시에 산화제다. 산업적 관점에서 보면 바나듐 합금의 주요 전구체가 되는 바나듐의 가장 중요한 화합물이며 널리 사용되는 산업촉매제다.[6]
이 화합물의 광물 형태인 체르비나이트는 극히 드물며, 거의 항상 훈증기 사이에서 발견된다. 광물 삼수화물 VO25·3HO도2 나바호이트라는 이름으로 알려져 있다.
화학적 특성
낮은 산화물 감소
바나듐(V) 산화물 및 바나듐(III) 산화물 혼합물을 가열할 때 복합화가 일어나 바나듐을 부여한다.IV) 딥블루 고형분으로서 산화물:[7]
- VO25 + VO23 → 4 VO2
그 감소는 또한 옥살산, 일산화탄소, 그리고 이산화황에 의해 영향을 받을 수 있다. 수소나 과잉 CO를 사용한 추가적인 감소는 흑색 VO에23 도달하기 전에 VO와47 VO와59 같은 산화물 혼합물을 복잡하게 만들 수 있다.
산-기저반응
VO는25 원형 산화물이다. 대부분의 금속 산화물과는 달리 물에 살짝 녹아서 옅은 노랗고 산성 용액을 준다. 따라서 VO는25 강한 비절감산과 반응하여 디옥소바나듐(V) 중심을 포함하는 옅은 황색 염분을 함유한 용액을 형성한다.
- VO25 + 2 HNO3 → 2 VO2(NO3) + HO2
또한 강한 알칼리와 반응하여 pH에 의존하는 복잡한 구조를 가진 폴리옥소보바나이트를 형성한다.[8] 과잉 수산화나트륨을 사용할 경우 제품은 무색소금, 정형외과나트륨, NaVO이다34. 만약 산이 NaVO의34 용액에 천천히 첨가된다면, 색은 점차 주황색에서 적색으로 짙어져 갈색의 수화 VO가25 pH 2 주위에 침전된다. 이러한 용액은 주로 pH 9와 pH 13 사이의 이온 HVO와42− VO를274− 포함하지만, pH 9 이하에서는 VO와4124− HVO10285−(데카바나데이트)와 같은 외래종이 더 많다.
염화 티오닐로 처리하면 휘발성 액체 바나듐 옥시염소라이드, VOCl3:[9]
- VO25 + 3 SOCl2 → 2 VOCl3 + 3 SO2
기타 redox 반응
- VO25 + 6HCl + 7HO2 → 2[VO(HO2)]52+ + 4Cl− + Cl2
산성 용액의 바나다이트 또는 바나딜 화합물은 착색 경로를 통해 아연 아말감에 의해 감소된다.
이온들은 모두 다양한 정도로 수분을 공급한다.
준비
기술 등급 VO는25 바나듐 금속과 페로바나듐 생산에 사용되는 검은 가루로 생산된다.[8] 바나듐 광석 또는 바나듐이 풍부한 잔류물은 탄산나트륨과 암모늄 염을 처리하여 메타바나산나트륨, NaVO를3 생산한다. 이 재료는 HSO를24 사용하여 pH 2–3까지 산성화하여 "빨간색 케이크"(위 참조)의 침전물을 산출한다. 빨간 케이크는 690 °C에서 녹아서 조잡한 VO를25 만든다.
바나듐(V)산화물은 바나듐 금속이 과잉 산소로 가열될 때 생성되지만 이 제품은 다른 하부 산화물에도 오염된다. 보다 만족스러운 실험실 준비에는 500-550°C에서 메타바나다산 암모늄을 분해하는 것이 포함된다.[11]
- 2 NHVO43 → VO25 + 2 NH3 + HO2
사용하다
페로바나듐 생산
양적으로 볼 때 바나듐(V) 산화물의 주요 용도는 페로바나듐(위 참조)의 생산에 있다. 산화물은 고철과 페로실리콘으로 가열되며, 석회를 첨가하여 규산칼슘 슬래그를 형성한다. 알루미늄을 사용하여 알루미나(Alumina)와 함께 철-바나듐 합금을 생성할 수도 있다.
황산생산
바나듐(V) 산화물의 또 다른 중요한 용도는 2001년 연간 전 세계 생산량이 1억 6천 5백만 톤인 중요한 산업용 화학 물질인 황산을 제조하는 데 있으며, 대략 80억 달러의 가치가 있다. 바나듐(V) 산화물은 접촉 과정에서 공기로 삼산화황에 대한 이산화황의 약한 발열 산화를 촉진하는 중요한 목적을 제공한다.
- 22 SO2 + O ⇌ 2 SO3
VO가25 가장 효과적인 촉매인 이 간단한 반응의 발견은 황산이 오늘날의 값싼 일반 화학물질이 되도록 했다. 반응은 400~620°C 사이에서 수행된다. 400°C 미만에서는 VO가25 촉매로서 비활성화되고 620°C 이상에서는 분해되기 시작한다. SO에2 의해 VO를25 VO로2 줄일 수 있다고 알려져 있으므로, 한 가지 가능한 촉매 주기는 다음과 같다.
- SO2 + VO25 → SO3 + 2VO2
그 뒤를 이어
- 2VO2 +호텔O2 → VO25
일부 발전소에서 NOx 배출의 선택적 촉매 저감(SCR)에서도 촉매로 사용된다. 이산화황은 삼산화황으로, 황산은 황산으로 바꾸는 효과가 있어 황 함유 연료를 연소할 때 발전소 SCR 유닛의 작동 온도와 배치 등에 각별히 주의해야 한다.
기타 산화
말레틱 무수화물(Maleic anhydide)은 VO-카탈리시스25(VO-catalysis) 산화에 의해 생성되며 공기는 다음과 같다
- CH410 + 4 O2 → CH22(CO)2O + 8 HO2
말레릭 무수화물은 폴리에스테르 수지와 알키드 수지의 생산에 사용된다.[13]
프탈릭 무수화물도 350~400℃에서 정형외과-자일렌 또는 나프탈렌의 VO-카탈리시스25 산화에 의해 유사하게 생성된다. 이 방정식은 자일렌 산화에 대한 것이다.
- CH64(CH3)2 + 3 O2 → CH64(CO)2O + 3 HO2
프탈릭 무수화물(Phalic anheadide)은 폴리머에 유연성을 부여하는 데 사용되는 플라스틱의 전구체다.
아디프산, 아크릴산, 옥살산, 안트라퀴논 등 다양한 산업 화합물이 유사하게 생산된다.[6]
기타 응용 프로그램
바나듐(V)산화물은 높은 내열계수 때문에 열영상용 마이크로볼로미터 배열과 볼로미터 배열에서 검출기 재료로 사용된다. 에탄올 센서로서의 적용도 ppm(최대 0.1ppm) 수준으로 파악한다.
바나듐레독스 배터리는 풍력발전소 등 대형 전력설비를 포함해 에너지 저장에 사용되는 플로우 배터리의 일종이다.[14]
생물학적 활동
바나듐(V) 산화물에는 LD50이 약 470mg/kg으로 사람에게 매우 적은 양의 급성 독성이 나타난다. 더 큰 위험은 분진을 흡입할 때 발생하며, LD50은 14일 노출 시 4–11mg/kg이다.[6] 높은 pH에서 VO의25 가수분해로 형성된 바나다이트(VO3−
4)는 인산염(PO43−)을 처리하는 효소를 억제하는 것으로 보인다. 그러나 그 행동 방식은 여전히 이해하기 어렵다.[8]
참조
- ^ Weast, Robert C., ed. (1981). CRC Handbook of Chemistry and Physics (62nd ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. p. B-162. ISBN 0-8493-0462-8..
- ^ Shklover, V.; Haibach, T.; Ried, F.; Nesper, R.; Novak, P. (1996), "Crystal structure of the product of Mg2+ insertion into V2O5 single crystals", J. Solid State Chem., 123 (2): 317–23, doi:10.1006/jssc.1996.0186.
- ^ Jump up to: a b c R. 로비, B. 헤밍웨이, 그리고 J. Fisher, US Geol, "298.15K, 1bar 압력 및 고온에서 광물 및 관련 물질의 열역학적 특성" 생존, 제1452권, 1978. [1]
- ^ Jump up to: a b NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0653". National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
- ^ Jump up to: a b "Vanadium dust". Immediately Dangerous to Life or Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
- ^ Jump up to: a b c 귄터 바우어, 볼커 귀터, 한스 헤스, 안드레아스 오토, 오스카 로이들, 하인즈 롤러, 지그프리드 새텔버거 "바나듐과 바나듐 화합물" 2005년, 웨인하임, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a27_367
- ^ G. Brauer (1963). "Vanadium, Niobium, Tantalum". In G. Brauer (ed.). Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed. NY: Academic Press. p. 1267.
- ^ Jump up to: a b c Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. pp. 1140, 1144. ISBN 978-0-08-022057-4..
- ^ G. Brauer (1963). "Vanadium, Niobium, Tantalum". In G. Brauer (ed.). Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed. NY: Academic Press. p. 1264.
- ^ "The oxidation states of vanadium". RSC Education. Retrieved 2019-10-04.
- ^ G. Brauer (1963). "Vanadium, Niobium, Tantalum". In G. Brauer (ed.). Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed. NY: Academic Press. p. 1269.
- ^ "Gibbs-Wohl Naphthalene Oxidation". Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents. 2010. doi:10.1002/9780470638859.conrr270. ISBN 9780470638859.
- ^ Tedder, J. M.; Nechvatal, A.; Tubb, A. H., eds. (1975), Basic Organic Chemistry: Part 5, Industrial Products, Chichester, UK: John Wiley & Sons.
- ^ REDT Energy Storage. "Using VRFB for Renewable applications".
추가 읽기
- "Vanadium Pentoxide", Cobalt in Hard Metals and Cobalt Sulfate, Gallium Arsenide, Indium Phosphide and Vanadium Pentoxide (PDF), IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans 86, Lyon, France: International Agency for Research on Cancer, 2006, pp. 227–92, ISBN 92-832-1286-X.
- Vaidhyanathan, B.; Balaji, K.; Rao, K. J. (1998), "Microwave-Assisted Solid-State Synthesis of Oxide Ion Conducting Stabilized Bismuth Vanadate Phases", Chem. Mater., 10 (11): 3400–4, doi:10.1021/cm980092f.
외부 링크
![]() | 위키미디어 커먼즈에는 바나듐(V)옥사이드와 관련된 미디어가 있다. |
- 에너지 저장 시 바나듐 옥사이드의 사용 방법
- 국제화학안전카드 0596
- NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0653". National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
- NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0654". National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
- 오산화 바나듐 및 기타 무기 바나듐 화합물(콘시즈 국제 화학 평가 문서 29)
- IPCS 환경보건기준 81: 바나듐
- IPCS 보건안전지침 042: 바나듐 및 일부 바나듐 염