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Oxyde de vanadium(V)

L'oxyde de vanadium(V) ou pentoxyde de vanadium (V2O5) est la forme la plus oxydée du vanadium.

Pentoxyde de vanadium
Image illustrative de l’article Oxyde de vanadium(V)
Image illustrative de l’article Oxyde de vanadium(V)
Identification
Nom UICPA Oxyde de Vanadium (V)
Synonymes

Pentoxyde de vanadium
Pentoxyde de divanadium
C.I. 77938
Anhydride vanadique

No CAS 1314-62-1
No ECHA 100.013.855
No CE 215-239-8
SMILES
InChI
Apparence poudre cristalline jaune Ă  rouge ou solide de formes variables[1].
Propriétés chimiques
Formule O5V2V2O5
Masse molaire[2] 181,88 ± 0,001 7 g/mol
O 43,98 %, V 56,02 %,
Propriétés physiques
T° fusion 690 °C[1]
T° Ă©bullition (dĂ©composition) : 1 750 °C[1]
Solubilité dans l'eau : 8 g·l-1[1]
Masse volumique 3,4 g·cm-3[1]
Thermochimie
S0solide 130,4 J K−1 mol−1[3]
ΔfH0liquide −1 491,2 kJ mol−1[3]
ΔfH0solide −1 550,6 kJ mol−1[3]
Cp 130,5 J K−1 mol−1 Ă  25°C[3]
Cristallographie
SystĂšme cristallin orthorhombique[4]
Classe cristalline ou groupe d’espace Pmmn N°59
Paramùtres de maille a = 11,552 Å, b = 3,619 Å, c = 4,797 Å[4]
Précautions
SGH[5]
SGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotiqueSGH08 : Sensibilisant, mutagÚne, cancérogÚne, reprotoxiqueSGH09 : Danger pour le milieu aquatique
Danger
H302, H332, H335, H341, H361d, H372 et H411
Transport
-
Classification du CIRC
Groupe 2B : Peut-ĂȘtre cancĂ©rogĂšne pour l'homme[6]

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

On s'en sert comme catalyseur souvent sur un support d'alumine. Il est utilisĂ© dans la synthĂšse de l'acide sulfurique oĂč il catalyse l'oxydation du dioxyde de soufre en trioxyde.

C'est aussi un précurseur pour la production d'alliage de vanadium[7].

Propriétés

V2O5 est un solide brun-jaune. Il cristallise dans le systĂšme orthorhombique, c'est une structure lamellaire formĂ©e par des pyramides Ă  base tĂ©tragonale VO5 reliĂ©es entre elles par une arĂȘte. La cohĂ©sion entre les diffĂ©rents plans est due Ă  des interactions de Van der Waals[8].

Production

Il existe de nombreuses méthodes de synthÚse en fonction de la pureté, de la structure et de la morphologie que l'on veut obtenir: méthode sol-gel, hydrothermale/solvothermale, dépÎt chimique en phase vapeur, electrospinning[9].

Un minerai de vanadium ou un sous-produit riche en vanadium est traité par du carbonate de sodium et un sel d'ammonium pour obtenir du métavanadate d'ammonium NH4VO3. En acidifiant le milieu par de l'acide sulfurique, on observe la précipitation de V2O5 hydraté de couleur rouge-orangé. Une calcination à 690°C permet ensuite d'obtenir de l'oxyde de vanadium liquide qui forme en refroidissant un solide de couleur brun-jaune.

De l'oxyde de vanadium(V) de grande puretĂ© peut ĂȘtre obtenu en calcinant directement du mĂ©tavanadate d'ammonium Ă  550°C[10]. Si on calcine directement du vanadium en prĂ©sence d'air, on obtient en gĂ©nĂ©ral du V2O5 moins pur car contenant des oxydes de vanadium de type VnO2n+1[8].

En utilisant le dépÎt chimique en phase vapeur ou le dépÎt physique en phase vapeur (pulvérisation cathodique), on peut obtenir de l'oxyde de vanadium(V) en couche mince sur un support.

Utilisations

SynthĂšse de l'acide sulfurique

La synthÚse de H2SO4 nécessite de produire du trioxyde de soufre par oxydation de dioxyde de soufre, ce qui doit se faire à une température modérée.

SO2 + 0.5 O2 → SO3

Cette réaction se fait par le procédé contact dans lequel on utilise un catalyseur à base de V2O5 pour faire cette réaction. Si on excepte les combustibles, l'acide sulfurique est la molécule la plus synthétisée dans le monde avec une production annuelle de l'ordre de 165 millions de tonnes.

SynthĂšses en chimie organique

V2O5 est aussi un catalyseur d'oxydation utilisé dans plusieurs synthÚses de produits chimiques. Par exemple les anhydrides maléique et phtalique sont produits en utilisant ce catalyseur, ce qui permet de faire l'oxydation des précurseurs (le butane pour l'anhydride maléique[11] et l'ortho-xylÚne pour l'anhydride phtalique) à température modérée (350 à 400°C) :

C4H10 + 4 O2 → C2H2(CO)2O + 8 H2O

C6H4(CH3)2 + 3 O2 → C6H4(CO)2O + 3 H2O

Des acides organiques sont aussi produits par cette méthode: acide adipique, acide oxalique, etc.

RĂ©duction des oxydes d'azote

L'oxyde de vanadium(V) est aussi l'un des catalyseurs couramment utilisés dans les procédés de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote[12].

Fabrication d'alliages avec le fer

Ces alliages contenant entre 35 et 85% de vanadium sont des additifs permettant d'améliorer la dureté des aciers, il améliore aussi la résistance à la corrosion. On les utilise par exemple dans les aciers HSLA pour les outils.

Pour obtenir ces alliages, on réduit de l'oxyde de vanadium en vanadium métal par du silicium ou de l'aluminium en présence de fer à haute température, le vanadium se dissout alors dans le fer pour créer un alliage.

C'est l'utilisation la plus importante en termes de quantité puisqu'elle consomme plus de 80% de la production mondiale de vanadium[13].

Voir aussi

Références

  1. PENTAOXYDE DE DIVANADIUM, Fiches internationales de sécurité chimique
  2. Masse molaire calculĂ©e d’aprĂšs « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. (en) « divanadium pentaoxide », sur https://webbook.nist.gov (consulté le ).
  4. (en) « mp-25279: V2O5 », sur https://materialsproject.org/ (consulté le ).
  5. Numéro index 023-001-00-8 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du rÚglement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  6. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations Globales de la CancĂ©rogĂ©nicitĂ© pour l'Homme, Groupe 2B : Peut-ĂȘtre cancĂ©rogĂšnes pour l'homme », sur http://monographs.iarc.fr, CIRC, (consultĂ© le )
  7. G. Bauer, V. GĂŒther, H. Hess, A. Otto, O. Roidl, H. Roller et S. Sattelberger, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, (ISBN 3527306730, DOI 10.1002/14356007.a27_367), « Vanadium and Vanadium Compounds »
  8. A. Gies, SynthÚse et caractérisation de couches minces de V2O5 dopé ou non pour une utilisation dans des microbatteries au lithium, ThÚse de l'Université de Bordeaux, (lire en ligne), p. 24
  9. (en) D. T. Cestarolli et E. M. Guerra, Transition Metal Compound, Intechopen, (DOI 10.5772/intechopen.96860, lire en ligne), « Vanadium Pentoxyde (V2O5): their obtaining methods and wide applications »
  10. (en) G. Brauer, Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed., Academic Press, , « Vanadium, Niobium, Tantalum »
  11. Kurt Lohbeck, Herbert Haferkorn, Werner Fuhrmann et Norbert Fedtke, « Maleic and Fumaric Acids », Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH,‎ (DOI 10.1002/14356007.a16_053)
  12. ADEME, Technique de la réduction catalytique sélective, (lire en ligne)
  13. P. Blazet et V. Hermant, « MĂ©tallurgie extractive du vanadium », Techniques de l'IngĂ©nieur,‎ , article no M 2244 V1
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