Farbenvielfalt des VanadiumsFarbenvielfalt des Vanadiums

Universität StuttgartAnorganische Chemie

Jürgen RacCarolin Schilling

Rainer Feller

18. Februar 2003

Farbenvielfalt des Vanadiums 2 18. Februar 2003

InhaltInhalt

1. Das Element Vanadium

2. Darstellung und Verwendung von Vanadium

3. Kontaktverfahren

4. Formen des Vanadiums

5. Versuchsdurchführung

6. Reaktionsgleichungen

7. Wichtige Redoxpotentiale

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Das Element VanadiumDas Element Vanadium

• Element aus der 5. Gruppe• Schwermetall• Schmelzpunkt: 1890o Celsius• Siedepunkt: 3350o Celsius• Häufigkeit: 1,4 x 10–2 Gewichtsprozent• Vorkommen in: - Vanadiumerzen

- Vanadit

- Vanadiumglimmer

- Erdöl• Dichte: 6,12 g/cm3

• Farbe: stahlgrau / metallisch• Konsistenz: sehr weich; nicht brüchig

dadurch kalte Bearbeitung möglich• Beständigkeit: luftbeständig unter Bildung einer dünnen Oxidschicht

wird nur von oxidierenden Säuren angegriffen

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Darstellung von VanadiumDarstellung von Vanadium

Verwendung von VanadiumVerwendung von Vanadium

• Zusatz zu Stahl

Stahl wird zäh, hart, schmiedbar und schlagfest• Katalysator beim Kontaktverfahren

• Verfahren von van Arkel und de Boer

•Reduktion von Vanadiumpentaoxid (V2O5) mit Calcium:

V2O5 + 5Ca 2V + 5 CaO

• Reduktion von Vanadiumtrichlorid (VCl3) mit Magnesium zum Vanadiumschwamm

950o C

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Kontaktverfahren zur SchwefelsäureherstellungKontaktverfahren zur Schwefelsäureherstellung

V2O5 + SO2 V2O4 + SO3

V2O4 + ½ O2 V2O5

SO2 + ½O2 SO3

SO3 + H2SO4 H2S2O7

H2S2O7 + H2O 2H2SO4

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Formen des VanadiumsFormen des Vanadiums

2[VO4]3- + 2H+ [V2O7]4- +H2O

Divanadat

2[V2O7]4- + 4H+ [V4O12]4- + 2H2O

Tetravanadat

5[V4O12]4- + 8H+ 2[V10O28]6- + 4H20

Dekavanadat

[V10O28]6- + 6H+ 5[V2O5 aq] + 3H2O

Vanadiumpentaoxidhydrat

[V2O5 aq]+2H+ 2[VO2]+ + xH2O

Dioxovanadium(V)-Kation

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VersuchsdurchführungVersuchsdurchführung Farbenvielfalt des VanadiumsFarbenvielfalt des Vanadiums

• Zugabe von 6-8 Zinkgranalien

• Zunächst Zugabe von 25 ml halbkonzentrierte Salzsäure, dann nochmals weitere 50ml hinzugeben

Heftige Gasentwicklung durch naszierenden Wasserstoff. Die Lösung färbt sich zunächst himmelblau, danach grün, anschließend türkis, kurzzeitig fliederfarben, dann wieder türkis

• 1g Ammoniummetavanadat NH4VO3 in 200ml Wasser suspendieren

• 2ml konzentrierte Schwefelsäure dazugeben

Gelbfärbung der vorher farblosen Lösung, roter Bodensatz

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ReaktionsgleichungenReaktionsgleichungen

VO43- VO2

+ + V2O5

gelb rot

VO2+ + 2HCl + Zn [VO(H2O)5]2+ + H2O + Zn2+ + 2Cl-

blau

[VO(H2O)5]2+ + 2HCl + Zn [V(H2O)6]3+ + Zn2+ + 2Cl-

grün

[V(H2O)6]3+ + 2HCl + Zn [V(H2O)6]2+ + Zn2+ + 2Cl-

fliederfarben

+V +V +V

+V +0 +IV +II

+IV +0 +III +II

+III +0 +II +II

H2O/H2SO4

H2O

H2O

H2O

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RedoxpotentialeRedoxpotentiale

Redoxsystem Potential im

sauren Milieu

Potential im

basischen Milieu

V(V) / V(IV) 1,00 0,991

V(IV) / V(III) 0,359 0,542

V(III) / V(II) -0,256 -0,486

Zn / Zn(II) -0,7626 -1,215

H2 / 2H+ +/- 0,0000 +/- 0,0000

Vielen Dank für Eure AufmerksamkeitVielen Dank für Eure Aufmerksamkeit