Vanadium(IV)-oxid
Kristallstruktur | |||||||||||||||
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__ 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 | |||||||||||||||
Löslichkeit |
unlöslich in Wasser[1] | ||||||||||||||
Sicherheitshinweise | |||||||||||||||
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Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. |
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_{2}O_{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_{2}O_{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
- ↑ 1,0 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)
- ↑ 2,0 2,1 Datenblatt Vanadium(IV) oxide bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 25. April 2011.
- ↑ 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.
- ↑ Leonard C. Feldman: Timing nature’s fastest optical shutter, physorgs.com, 7. April 2005.
- ↑ Spektrumdirekt: Glasbeschichtung lässt Hitze draußen. Meldung vom 9. August 2004.
- ↑ 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.