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2025-01-02T00:29:22Z

Abschnitt Vanadatminerale überarbeitet, EN für die Formeln sind unnötig, da in den vorhandenen Mineralartikeln zu finden. Häufigkeit von Vanadatmineralen ergänzt

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[[Datei:Ortho-vanadic acid.svg|mini|Struktur der ''Orthovanadiumsäure'' H3VO4]]
'''Vanadate''' sind die [[Salze]] der in freier Form nicht existenten [[Vanadium]]-Säuren HxVyOz. Die Vanadate selbst sind in wässriger Lösung stabil, wobei die auftretenden Formen vom [[pH-Wert]] der Lösung abhängen. Einige Vanadate kommen auch natürlich als Vanadium[[Mineral|minerale]] vor, so etwa [[Vanadinit]], [[Descloizit]] und [[Carnotit]].<ref name="wog">''Vanadiumminerale.'' In: ''Lexikon der Geowissenschaften.'' Wissenschaft-Online-Lexika</ref>
[[Datei:Orthovanadate.svg|mini|Struktur des ''Orthovanadat''-Anions [VO4]3−]]

== Darstellung ==
Viele Vanadate sind aus [[Vanadiumpentoxid|Vanadium(V)-oxid]] durch Erhitzen mit der entsprechenden Menge eines Metalloxids darstellbar:
:<math>\mathrm{3 \ CaO \ + \ V_2O_5 \ \xrightarrow{\Delta T} \ Ca_3(VO_4)_2 }</math>
: Calciumoxid und Vanadium(V)-oxid reagieren zu [[Calciumorthovanadat]]
:<math>\mathrm{2 \ Na_2O \ + \ V_2O_5 \ \xrightarrow{\Delta T} \ Na_4V_2O_7 }</math>
: Dinatriumoxid und Vanadium(V)-oxid reagieren zu [[Tetranatriumdivanadat]]

Aus Vanadatlösungen können schwerlösliche Varianten – wie [[Ammoniummetavanadat]] – durch Umsetzung mit einem anderen Metallsalz ausgefällt werden:
:<math>\mathrm{NaVO_3 \ + \ NH_4Cl \ \xrightarrow[wsrg. Lsg.] \ NH_4VO_3 \downarrow \ + \ NaCl }</math>
: Ammoniumchlorid fällt aus einer wässrigen [[Natriummetavanadat]]lösung schwerlösliches Ammoniummetavanadat

== Typen der Vanadate ==
=== Lösliche Vanadate ===
In wässrigen Lösungen können zahlreiche verschiedene Vanadationen vorhanden sein, wobei die Verteilung stark vom [[pH-Wert]] abhängig ist:<ref name="woc">''Vanadate.'' In: ''Lexikon der Chemie.'' Wissenschaft-Online-Lexika</ref>
* bei pH >13 enthält die Lösung vorwiegend das [[Tetraeder|tetraedrische]] ''Orthovanadat''-Anion [VO4]3−
* zwischen pH 7 und 13 treten neben dem Orthovanadat auch das ''Divanadat'' oder ''Pyrovanadat'' [V2O7]4− und das ''Metavanadat'' [VO3]− auf; je niedriger der pH-Wert ist, desto höher ist der Anteil protonierter Anionen wie [HVO4]2− und [HV2O7]3−
* ab pH 7 sind vorwiegend orangefarbene ''Decavanadate'' [V10O28]6−, [HV10O28]5− und [H2V10O28]4− vorhanden.

=== Schwerlösliche Vanadate ===
Bei der technischen Vanadiumherstellung ist das [[Ammoniummetavanadat]] NH4VO3 von Bedeutung, das bei der Zugabe von Ammoniumsalzen aus Vanadatlösungen als schwerlösliche, gelbe, rhombische Plättchen bildende Verbindung ausfällt. Bei der Zugabe von [[Natriumcarbonat|Soda]] (Na2CO3) oder Sodalösung fällt ein ebenfalls gelbes, schuppiges [[Natriumorthovanadat]] Na3VO4 aus. Beide Salze, normalerweise in reinem Zustand weiße Verbindungen, sind jedoch durch einen geringen Gehalt an Polyvanadaten gelblich gefärbt.

Calciumvanadate sind durch Reaktion von [[Calciumoxid]] (CaO) mit [[Vanadiumpentoxid|Vanadium(V)-oxid]] (V2O5) darstellbar; das gewählte stöchiometrische Verhältnis bestimmt, ob dabei Ortho-, Pyro- oder Metavanadate entstehen.

=== Ähnlichkeit zu Phosphaten ===
Die verschiedenen Vanadate ähneln strukturell und in ihrer Chemie stark den [[Phosphate]]n; so sind ebenfalls alle Anionen aus (teils kondensierten) Tetraedern aufgebaut, wobei bei den kondensieren Vanadaten diese über eine [[Sauerstoffbrücke]] verbunden sind. Auch hier existieren für die Orthovanadate primäre (''Dihydrogen''-), sekundäre (''Hydrogen''-) und tertiäre (nicht protonierte) Formen. Die Divanadate und höheren Vanadate besitzen je nach der Anzahl Protonen, die aufgenommen werden können, auch quartäre und pentäre Formen.
{| class="wikitable centered"
|- class="hintergrundfarbe8"
! Primäre Vanadate (Di-/Trihydrogenvanadate) !! Sekundäre Vanadate (Di-/Hydrogenvanadate) !! Tertiäre Vanadate (Hydrogenvanadate)!! Quartäre Vanadate
|-
| Natriumdihydrogenorthovanadat, NaH2VO4
| Dinatriumhydrogenorthovanadat, Na2HVO4
| Natriumorthovanadat, Na3VO4
| n.v.
|-
| Natriumtrihydrogendivanadat, NaH3V2O7
| Dinatriumdihydrogendivanadat, Na2H2V2O7
| Trinatriumhydrogendivanadat, Na3HV2O7
| Tetranatriumdivanadat, Na4V2O7
|}

=== Polyoxovanadate ===
Polyoxovanadate (POVs) gehören zur Gruppe der [[Polyoxometallate]] (POMs); sie bestehen im Allgemeinen aus mehreren [MOx]-Einheiten (mit M = V, Nb, Mo, Ta, W und x = 4 – 7). Meistens weisen sie eine [[Oktaeder|oktaedrische]] oder quadratisch-pyramidale Koordinationsgeometrie auf. Die Metallzentren liegen häufig in einer d0- oder d1-Elektronen-Konfiguration vor. Die POVs weisen eine große Vielfalt an Spezies auf. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit des Einbaus von Heteroatomen in Polyoxovanadatanionen. Oft sind in den Strukturen einige Vanadium-Atome durch beispielsweise Arsen, Antimon, Germanium oder Silicium ersetzt, so dass die sogenannten Heteropolyanionen gebildet werden. Weiterhin ist es möglich, organische Moleküle oder Übergangsmetall-Komplexe an die POVs zu binden. Daraus resultieren neue physikalische und chemische Eigenschaften.<ref>D.-L. Long, R. Tsunashima, L. Cronin: ''Angew. Chem.'' 2010, 122, 1780.</ref>

Im Gegensatz zu den Pendants mit Molybdän oder Wolfram werden Polyoxovanadate oftmals [[Solvothermalsynthese|solvothermal]] hergestellt. Für die Entstehung der Polyoxovanadate sind sehr viele Syntheseparameter entscheidend, unter anderem auch der pH-Wert, da sich einzelne Spezies durch Änderung des pH-Wertes ineinander umwandeln können. Bei sehr hohem pH-Wert liegen so vorwiegend Orthovanadate [VO4]3− vor, die beim Ansäuern in Polyvanadate, wie z. B. Decavanadat [V10O28]6−, übergehen.<ref>Y. Hayashi: ''Coord. Chem. Rev.'' 2011.</ref>

== Vanadatminerale ==
Die Gruppe der Vanadatminerale zeigt wegen [[Substitution (Mineralogie)|Diadochie]] eine große Vielfalt ähnlicher Mineralien, bei denen jeweils Elemente ähnlicher [[Ionenradius|Ionenradien]] und gleicher Ladungszahl ausgetauscht sein können.<ref name="wog" /> Ein natürlich vorkommendes Vanadat ist das im [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonalen Kristallsystem]] auftretende, rotgefärbte [[Vanadinit]] mit der [[Chemische Formel|chemischen Zusammensetzung]] Pb5(VO4)3Cl, das tonnenförmige Kristalle bildet. [[Carnotit]] ist ein vanadiumhaltiges, gelbes bis grünliches, [[Monoklines Kristallsystem|monoklines]] Uranyl-V[5,6]-Vanadat mit der Zusammensetzung K2(UO2)2(VO4)2·3H2O. [[Descloizit]] kann unterschiedlich gefärbt sein und kristallisiert in [[Orthorhombisches Kristallsystem|orthorhombischen Kristallen]] mit der Zusammensetzung PbZn(VO4)(OH).

Minerale mit dem Vanadatkomplex VO4 sind häufiger anzutreffen – bekannt sind bisher rund 80 Minerale – als solche mit dem Vanadatkomplex VO3, von denen man bisher nur 6 Minerale kennt.<ref>{{Internetquelle |autor=Malcolm Back, Cristian Biagioni, William D. Birch, Michel Blondieau, Hans-Peter Boja und andere |url=https://cnmnc.units.it/files/IMA_Master_List_(2024-11).pdf |titel=The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: November 2024 |werk=cnmnc.units.it |hrsg=IMA/CNMNC, Marco Pasero |datum=2024-11 |sprache=en |abruf=2025-01-01 |format=PDF; 3,1 MB}}</ref>

== Biologische Bedeutung und Toxikologie ==
Obwohl Vanadium für den Stoffwechsel [[Vitalstoffe|essentiell]] ist, hemmen Orthovanadate ([VO4]3−) in höheren Konzentrationen membrangebundene [[Enzym]]e (''[[Membranständige ATPasen#P-Typ-ATPasen (Typ 2)|P-ATPasen]]'', auch ''P-Typ-ATPasen'') und sind deshalb für nahezu alle [[Eukaryoten]] und [[Prokaryoten]] giftig. Dies beruht auf der Ähnlichkeit des Vanadat- mit dem [[Phosphate|Phosphat-Anion]]. Einige Wasserlebewesen, wie etwa [[Seescheiden]], sind in der Lage, Vanadate aus dem Meerwasser anzureichern. Diese Lebewesen enthalten größere Mengen von [[Metalloprotein]]en, den sogenannten ''[[Vanabine]]n'', die Vanadium enthalten.<ref>{{Literatur | Autor = T Ueki, T Adachi, S Kawano, M Aoshima, N Yamaguchi, K Kanamori, H. Michibata| Titel = Vanadium-binding proteins (vanabins) from a vanadium-rich ascidian Ascidia sydneiensis samea | Sammelwerk = [[Biochim Biophys Acta]]| Band = 1626 | Nummer = 1–3| Seiten = 43–50 | Datum = 2003 | DOI = 10.1016/S0167-4781(03)00036-8 | PMID = 12697328}}</ref>

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Stoffgruppe]]
[[Kategorie:Vanadat| Vanadate]]

Vanadate - Versionsgeschichte

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