Farbenvielfalt des Vanadiums Universitt Stuttgart Anorganische Chemie Jrgen

Farbenvielfalt des Vanadiums Universität Stuttgart Anorganische Chemie Jürgen Rac Carolin Schilling Rainer Feller 18. Februar 2003

Inhalt 1. Das Element Vanadium 2. Darstellung und Verwendung von Vanadium 3. Kontaktverfahren 4. Formen des Vanadiums 5. Versuchsdurchführung 6. Reaktionsgleichungen 7. Wichtige Redoxpotentiale Farbenvielfalt des Vanadiums 2 18. Februar 2003

Das Element Vanadium • • • Element aus der 5. Gruppe Schwermetall Schmelzpunkt: 1890 o Celsius Siedepunkt: Häufigkeit: 3350 o Celsius 1, 4 x 10– 2 Gewichtsprozent Vorkommen in: - Vanadiumerzen - Vanadit - Vanadiumglimmer - Erdöl • Dichte: 6, 12 g/cm 3 • 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 Farbenvielfalt des Vanadiums 3 18. Februar 2003

Darstellung von Vanadium • Verfahren von van Arkel und de Boer • Reduktion von Vanadiumpentaoxid (V 2 O 5) mit Calcium: o 950 C V 2 O 5 + 5 Ca 2 V + 5 Ca. O • Reduktion von Vanadiumtrichlorid (VCl 3) mit Magnesium zum Vanadiumschwamm Verwendung von Vanadium • Zusatz zu Stahl wird zäh, hart, schmiedbar und schlagfest • Katalysator beim Kontaktverfahren Farbenvielfalt des Vanadiums 4 18. Februar 2003

Kontaktverfahren zur Schwefelsäureherstellung V 2 O 5 + SO 2 V 2 O 4 + SO 3 V 2 O 4 + ½ O 2 V 2 O 5 SO 2 + ½O 2 SO 3 + H 2 SO 4 H 2 S 2 O 7 + H 2 O 2 H 2 SO 4 Farbenvielfalt des Vanadiums 5 18. Februar 2003

Formen des Vanadiums 2[VO 4]3 - + 2 H+ [V 2 O 7]4 - +H 2 O Divanadat 2[V 2 O 7]4 - + 4 H+ [V 4 O 12]4 - + 2 H 2 O Tetravanadat 5[V 4 O 12]4 - + 8 H+ 2[V 10 O 28]6 - + 4 H 20 Dekavanadat [V 10 O 28]6 - + 6 H+ 5[V 2 O 5 aq] + 3 H 2 O Vanadiumpentaoxidhydrat [V 2 O 5 aq]+2 H+ 2[VO 2]+ + x. H 2 O Dioxovanadium(V)-Kation Farbenvielfalt des Vanadiums 6 18. Februar 2003

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Versuchsdurchführung Farbenvielfalt des Vanadiums • 1 g Ammoniummetavanadat NH 4 VO 3 in 200 ml Wasser suspendieren • 2 ml konzentrierte Schwefelsäure dazugeben Gelbfärbung der vorher farblosen Lösung, roter Bodensatz • Zugabe von 6 -8 Zinkgranalien • Zunächst Zugabe von 25 ml halbkonzentrierte Salzsäure, dann nochmals weitere 50 ml hinzugeben Heftige Gasentwicklung durch naszierenden Wasserstoff. Die Lösung färbt sich zunächst himmelblau, danach grün, anschließend türkis, kurzzeitig fliederfarben, dann wieder türkis Farbenvielfalt des Vanadiums 8 18. Februar 2003

Reaktionsgleichungen +V VO 4 H 2 O/H 2 SO 4 VO 2+ + V 2 O 5 3 - gelb +V +V +V rot +0 H 2 O VO 2+ + 2 HCl + Zn +IV [VO(H 2 O)5 ]2+ +II + H 2 O + Zn 2+ + 2 Cl- blau +IV [VO(H 2 O)5 ]2+ +0 + 2 HCl + Zn H 2 O +III [V(H 2 O)6 ]3+ +II + Zn 2+ + 2 Cl- grün H 2 O +III [V(H 2 O)6 ]3+ +0 + 2 HCl + Zn +II [V(H 2 O)6 ]2+ +II + Zn 2+ + 2 Cl- fliederfarben Farbenvielfalt des Vanadiums 9 18. Februar 2003

Redoxpotentiale Redoxsystem Potential im sauren Milieu 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 H 2 / 2 H+ +/- 0, 0000 Farbenvielfalt des Vanadiums 10 18. Februar 2003

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