Pentóxido de vanadio

PENTÓXIDO DE VANADIO

Óxido de Vanadio (V) es un compuesto químico cuya fórmula es V₂O_5. Comúnmente es conocido como pentóxido de vanadio, es de color naranja y es el compuestos de vanadio más estable y común de los compuestos de vanadio. El V₂ O₅ cataliza varias reacciones de oxidación aeróbica, como la producción de ácido sulfúrico a partir de dióxido de azufre. Es un sólido que, debido a su alto estado de oxidación, es un óxido anfóteros y un agente oxidante.

A diferencia de la mayoría de óxidos metálicos, se disuelve ligeramente en agua para dar un color amarillo pálido, es decir, la solución es ácida.
La forma mineral de este compuesto es la shcherbinaite, es extremadamente rara, casi siempre se encuentra entre las fumarolas. Es un mineral trihidrato, V₂ O_{5 ·} 3H₂O, también se conoce bajo el nombre de navajoite.

ESTRUCTURA:

El vanadio tiene como configuración [ Kr ] 3d³ 4s²; por lo que, en el V₂ O₅, el vanadio actúa con el estado de oxidación ( V ), esto significa que es un d⁰; por lo que, cabría esperar que no presentará color ya que al no tener electrones en los orbitales d no se pueden dar tránsitos electrónicos d - d pero esto no es lo que ocurre ya que este compuesto que como se ha comentado en la introducción es de color naranja azafrán, este color se debe; por tanto, a que hay trasferencia de carga.

En el V₂ O₅ el vanadio presenta una coordinación tetraédrica ya que se encuentra unido a cuatro átomos de oxígeno. La estructura que presenta es la siguiente:

PROPIEDADES FÍSICAS:
Peso molecular: 181´88 g/mol

Color: naranja y amarillo    

                         

Densidad: 3´357 g/cc

Punto de fusión: 690ºC

Punto de ebullición: 1750ºC

Solubilidad en agua: 0´08 g/100ml

PROPIEDADES QUÍMICAS:

Reacciones ácido-base

El V₂ O₅ es unóxido ánfotero. Por lo tanto, reacciona con ácidos fuertes para formar soluciones que contienen las sales de color amarillo pálido que contiene dioxovanadio (V):

 V₂ O₅ +  2HNO₃ →2VO₂ (NO₃) + H₂O

También reacciona con bases fuertes para formar polyoxovanadatos, que tienen una estructura compleja que depende del pH. Si se usa exceso de sosa acuosa, el producto es un gas incoloro, ortovanadato de sodio, Na₃ VO_4. Si el ácido se añade lentamente a una solución de Na₃ VO₄ el color poco a poco pasa de naranja a rojo marrón el V₂ O₅precipita alrededor de pH 2. . Estas soluciones contienen principalmente los iones del HVO₄ ^{2 -} y V₂ O₇ ^{4 -} entre pH 9 y pH 13, pero por debajo de pH 9 aparecen especies más exóticas como el      V₄ O₁₂ ^4- y HV₁₀ O₂₈ ^5-.

El cloruro de tionilo lo convierte en VOCl ₃:

V₂ O₅ + 3SOCl₂ → 2VOCl₃ + 3SO₂

Reacciones redox

El V₂ O₅ se reduce fácilmente en un medio ácido a vanadio (IV), el azul de iones de vanadio (VO (H₂O)₅^{+ 2}). Esto ilustra la conversión redox del V₂ O_5.Por ejemplo, el ácido clorhídrico y el ácido bromhídrico se oxidan a sus correspondientes halógenos, por ejemplo:

 V₂ O₅ + 6HCl + 7H₂O → 2 [VO (H₂O) ₅] ²⁺ + 4Cl^- + Cl ₂

El V₂ O₅ es reducido por el ácido oxálico , el monóxido de carbono y dióxido de azufre para dar óxido de vanadio (IV), el VO₂ es de color azul profundo. Una mayor reducción con hidrógeno o en CO en exceso puede dar lugar a mezclas complejas de óxidos como V₄ O₇ y V₅ O9. Los Vanadatos o compuestos de vanadio (V) en solución ácida se reducen en un amalgama de zinc.

PREPARACIÓN:

El V₂ O₅ se produce a partir de un mineral de vanadio o rico en residuos de se trata con carbonato de sodio para producir metavanadato de sodio,NaVO_3. Este material se acidifica a pH 3.2 con H₂ SO₄ para obtener un precipitado de "torta roja". El pastel de color rojo se funde a 690°C para producir el crudo de  V₂ O_5.
El V₂ O₅ es también el principal producto cuando el vanadio metal se calienta con exceso de oxígeno , pero este producto está contaminado con otros óxidos. Un método de preparación en el laboratorio más satisfactorio consiste en la descomposición de metavanadato de amonio en torno a 200 ° C:

 2NH₄ VO₃  -> V ₂ O₅ + 2NH₃ + H₂O

APLICACIONES:

- Producción ferrovanadio:

En términos de cantidad, el uso principal del pentóxido de vanadio es la producción de ferrovanadio. El óxido se calienta con chatarra de hierro y ferrosilicio, se agrega cal para formar un silicato de calcio (escoria). También se puede usar, para producir la aleación de hierro-vanadio, junto con la alúmina como un subproducto. En 2005 la escasez de V₂ O₅ causó que su precio aumentará a $ 40/kg, que a su vez provocó un aumento en el precio del ferrovanadio.

- La producción de ácido sulfúrico:

Otro uso importante del pentóxido de vanadio es en la fabricación de ácido sulfúrico , un producto químico industrial importante en todo el mundo con una producción anual de 165 millones de toneladas métricas en 2001, con un valor aproximado de $ 8 billones en E.E.U.U. El Vanadio (V) sirve al propósito fundamental de catalizar la leve reacción exotérmica de oxidación del dióxido de azufre a trióxido de azufre por vía aérea en el proceso de contacto :

2SO ₂ + O ₂ <월˩>2SO ₃ 2SO ₃

El descubrimiento de esta reacción simple, para el que V ₂ O ₅ es el catalizador más eficaz, permite al ácido sulfúrico convertirse en la química de los productos básicos baratos que es hoy. La reacción se lleva a cabo entre 400 y 620°C, por debajo de 400°C, el V₂ O₅ es inactivo como catalizador, y por encima de 620°C empieza a descomponerse. Puesto que se sabe que V₂ O₅ se puede reducir con el SO _2, un ciclo catalítico probable es el siguiente:

SO₂ + V₂ O₅ -> SO₃ +  2VO₂

seguido de

 2VO₂ + ½ O ₂ ->  V ₂ O ₅

-  Otras oxidaciones:

El anhídrido maleico es otro de los materiales industriales más importantes, que se utiliza para la fabricación de poliéster y resinas  alquídicas . El pentóxido de vanadio puede catalizar la producción de una variedad de materias primas orgánicas, tales como el n - butano, el furfural y el benceno, el último de los cuales es el método comercial habitual..En un proceso relacionado, el anhídrido ftálico, que se utiliza para la fabricación de plastificantes, puede ser producido por V₂ O₅ y por la oxidación de orto - xileno o naftaleno a 350-400°C.

- Otras aplicaciones

Debido a su alto coeficiente térmico de resistencia, el pentóxido de vanadio se usa como material detector en bolómetros y microbolómetro matrices de imágenes térmicas. .También se encuentra como aplicación un sensor de etanol en los niveles de ppm (hasta 0,1 ppm).
Posibles nuevos usos incluyen la preparación de vanadato de bismuto para el uso de óxido sólido en las pilas de combustible. Otra nueva aplicación es en baterías redox del vanadio , un tipo de batería de flujo utilizados para el almacenamiento de energía, incluidas las instalaciones de gran potencia, como los parques eólicos.

LA ACTIVIDAD BIOLÓGICA:

A pesar de ser altamente tóxicos en los seres humanos, el vanadio se produce en algunos organismos, en particular en el Ascidiacea (el mar arroja a chorros). Estos organismos contienen la proteína vanabins, cuyo papel no está claro. El vanadato (VO ₄^{3 -}), formado por la hidrólisis de V₂ O₅ a pH alto, parece inhibir las enzimas fosfato del proceso. Sin embargo, el modo exacto de acción sigue siendo difícil de alcanzar.



Bibliografía : http://en.wikipedia.org/wiki/Vanadium%28V%29_oxide

                                       http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol86/mono86-10.pdf