Vanadium(IV)-oxid

Kristallstruktur
Kristallstruktur von Vanadium(IV)-oxid
__ V4+      __ O2-
Allgemeines
Name Vanadium(IV)-oxid
Andere Namen

Vanadiumdioxid

Verhältnisformel VO2
CAS-Nummer 12036-21-4
PubChem 82849
Kurzbeschreibung

dunkelgrünschwarzer Feststoff[1]

Eigenschaften
Molare Masse 82,94 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

4,34 g·cm−3[1]

Schmelzpunkt

1970 °C[1]

Löslichkeit

unlöslich in Wasser[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2]
07 – Achtung

Achtung

H- und P-Sätze H: 315-319
P: 305+351+338 [2]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [3][1]
Reizend
Reizend
(Xi)
R- und S-Sätze R: 36/37/38
S: 26-36/37/39
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
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Vanadium(IV)-oxid ist eines von mehreren Oxiden des Vanadiums. Es ist ein hochschmelzender, schwarzer Feststoff. Vanadium(IV)-oxid spielt eine wichtige Rolle bei der katalytischen Umsetzung von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid im Kontaktverfahren zur Schwefelsäureherstellung.

Gewinnung und Darstellung

Vanadium(IV)-oxid lässt sich aus Vanadium(V)-oxid gewinnen. Dieses wandelt sich beim Erhitzen mit schwachen Reduktionsmitteln, wie Kohlenstoffmonoxid, Schwefeldioxid oder Oxalsäure in Vanadium(IV)-oxid um:

$ \mathrm{V_2O_5 + SO_2 \ \longrightarrow 2 \ VO_2 + SO_3} $

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Vanadium(IV)-oxid besitzt zwei verschiedene Modifikationen, die sich bei 70 °C ineinander umwandeln. Unterhalb von 70 °C besitzt es eine verzerrte Rutil-Struktur, in der jeweils zwei Vanadiumatome durch eine Bindung miteinander verbunden sind. Oberhalb von 70 °C brechen diese Bindungen auf. Dabei bildet sich eine unverzerrte Rutilstruktur aus. Gleichzeitig erhöht sich die elektrische Leitfähigkeit und der Paramagnetismus deutlich.

$ \mathrm{V_2O_4 \ \longrightarrow 2 \ VO_2} $

Chemische Eigenschaften

Vanadium(IV)-oxid ist wie Titan(IV)-oxid amphoter, es löst sich sowohl in starken Säuren, als auch in starken Basen. Mit Säuren bildet es [VO(H2O)5]2+-Ionen, mit Basen [VO(OH)3]-Ionen.

Verwendung

Während der Schwefelsäureproduktion im Kontaktverfahren entsteht durch Übertragung eines Sauerstoffions vom Vanadium(V)-oxid auf das Schwefeldioxid Vanadium(IV)-oxid. Die Rückgewinnung des eingesetzten Vanadium(V)-oxids erfolgt durch Oxidation mit Sauerstoff.

Bedingt durch die Umwandlung zwischen den unterschiedlichen Phasen lässt sich Vanadium(IV)-oxid als optischer Schalter verwenden. Es wandelt sich bei 68 °C in kürzester Zeit von einem durchsichtigen und halbleitenden in einen spiegelnden und leitenden Zustand um.[4] Durch Einbringen geringer Mengen Wolfram in Vanadiumdioxid lässt sich die Umwandlungstemperatur auf etwa 29 °C senken, was das Oxid zur hitzeabweisenden Beschichtung von Glasflächen geeignet macht.[5][6]

Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Eintrag zu Vanadium(IV)-oxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 6. Juli 2008 (JavaScript erforderlich)
  2. 2,0 2,1 Datenblatt Vanadium(IV) oxide bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 25. April 2011.
  3. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  4. Leonard C. Feldman: Timing nature’s fastest optical shutter, physorgs.com, 7. April 2005.
  5. Spektrumdirekt: Glasbeschichtung lässt Hitze draußen. Meldung vom 9. August 2004.
  6. Troy D. Manning and Ivan P. Parkin: "Atmospheric pressure chemical vapour deposition of tungsten doped vanadium(IV) oxide from VOCl3, water and WCl6", Journal of Materials Chemistry 2004, 14, 2554–2559; doi:10.1039/b403576n.

Literatur

  • Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, S. 1548, ISBN 978-3-11-017770-1.

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