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

Das 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

Darstellung von Vanadium 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 Verwendung von Vanadium Zusatz zu Stahl Stahl wird zäh, hart, schmiedbar und schlagfest Katalysator beim Kontaktverfahren

Kontaktverfahren zur Schwefelsäureherstellung V2O5 + SO2  V2O4 + SO3 V2O4 + ½ O2  V2O5 SO2 + ½O2  SO3 SO3 + H2SO4  H2S2O7 H2S2O7 + H2O  2H2SO4

Formen des Vanadiums 2[VO4]3- + 2H+ [V2O7]4- +H2O Divanadat 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

Versuchsdurchführung Farbenvielfalt des Vanadiums 1g Ammoniummetavanadat NH4VO3 in 200ml Wasser suspendieren 2ml 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 50ml hinzugeben  Heftige Gasentwicklung durch naszierenden Wasserstoff. Die Lösung färbt sich zunächst himmelblau, danach grün, anschließend türkis, kurzzeitig fliederfarben, dann wieder türkis

Reaktionsgleichungen 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

Redoxpotentiale 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

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