Bismutvanadat

Strukturformel
Allgemeines
Name	Bismutvanadat
Andere Namen	Bismutvanadiumoxid Bismutgelb Vanadiumgelb C.I. Pigment Yellow 184 C.I. 771740[1]
Summenformel	BiVO4
Kurzbeschreibung	gelber Feststoff[2]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 14059-33-7 EG-Nummer 237-898-0 ECHA-InfoCard 100.034.439 PubChem 20243764 Wikidata Q866601
Eigenschaften
Molare Masse	323,92 g·mol−1
Aggregatzustand	fest[3]
Dichte	6,25 g·cm−3[2]
Löslichkeit	nahezu unlöslich in Wasser[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [3] Achtung H- und P-Sätze H: 373 P: 261​‐​302+352​‐​305+351+338​‐​321​‐​405​‐​501 [2]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Bismutvanadat, seltener Bismutvanadiumoxid, Bismutgelb oder Vanadiumgelb, ist ein anorganisches, sehr grünstichiges Gelbpigment aus der Stoffgruppe der Vanadate. Die chemische Formel lautet BiVO₄. Die im Colour Index unter C.I. Pigment Yellow 184 gelistete Verbindung ist einer der wichtigsten Ersatzstoffe für die früher üblichen, heute als toxisch eingestuften, anorganischen Gelbpigmente Bleichromat PbCrO₄ und Cadmiumsulfid CdS. Kommerzielle Produkte enthalten häufig auch Molybdän oder Wolfram an der Stelle des Vanadiums im Kristallgitter. Neben der klassischen grünstichigen Variante werden inzwischen auch rotstichige Varianten angeboten.^[4]

Geschichte

Im Gegensatz zur Mehrzahl der anorganischen Pigmente hat Bismutvanadat nur eine vergleichsweise kurze Historie aufzuweisen. Die Pigmentgruppe wurde erst 1985 kommerziell angeboten. Obwohl die Synthese 1924 erstmals dokumentiert wurde, begannen ernsthafte Versuche der Nutzung als Pigment erst in den 1970er-Jahren. Inzwischen beträgt der weltweite Jahresbedarf 1200 Tonnen.^[4]

Vorkommen

Bismutvanadat kommt natürlich in den Mineralien Pucherit, Clinobisvanit und Dreyerit vor. Diese sind jedoch für die industrielle Herstellung des Pigments nicht von Bedeutung.

Gewinnung und Darstellung

Herstellung als Festkörperreaktion

Bismut(III)-oxid und Vanadiumoxid reagieren in einer Festkörperreaktion zu Bismutvanadat.

${\displaystyle \mathrm {Bi_{2}O_{3}+V_{2}O_{5}\longrightarrow 2\ BiVO_{4}} }$

Herstellung aus Fällungsprozess

Bismutvanadat kann ebenfalls durch Fällung aus einer Lösung Bismut(III)-nitrat und Natriummetavanadat synthetisiert werden.

${\displaystyle \mathrm {Bi(NO_{3})_{3}+NaVO_{3}+2\ NaOH\longrightarrow BiVO_{4}+3\ NaNO_{3}+H_{2}O} }$

Der Farbton des Produkts hängt dabei stark von Temperatur, pH-Wert und Konzentration bei der Fällung ab. Bei industriell hergestellten Produkten wird häufig eine Nachbehandlung aufgebracht, die Alkali- oder Wetterbeständigkeit weiter erhöhen sollen.^[4]

Eigenschaften

Bismutvanadat (typische Lieferform)

Kommerzielle Bismutvanadat-Typen haben eine Dichte von ca. 6,5 g/cm³.^[5]

Die Eignung als Pigment leitet sich vom hervorragenden Deckvermögen, dem für anorganische Pigmente ungewöhnlich reinen und hellen Farbton, der hohen Farbstärke und der ausgezeichneten Wetterechtheit ab. Bei pH-Werten von über 12 ist das Pigment jedoch nicht alkalistabil. Nur zwei der vier möglichen Kristallmodifikationen zeigen den brillanten Gelbton. Diese vier Hauptmodifikationen unterscheiden sich ebenfalls in ihrer Kristallstruktur. Das in der Natur als Mineral Pucherit vorkommende Bismutvanadat besitzt eine orthorhombische Struktur mit der Raumgruppe Pnca (Raumgruppen-Nr. 60, Stellung 3)Vorlage:Raumgruppe/60.3 und a₀ = 5,33 Å, b₀ = 5,05 Å und c₀ = 12,00 Å^[6] und unterscheidet sich damit wesentlich vom synthetischen Grundtyp, der in einer monoklin verzerrten Abart des Calciumwolframat-Gitters (Scheelit-Typ) mit der Raumgruppe I2/a (Nr. 15, Stellung 7)Vorlage:Raumgruppe/15.7 kristallisiert.^[7] Zur Erhöhung der Stabilität des synthetischen Bismutvanadatgitters wird aber die reine tetragonale Modifikation der Raumgruppe I4₁/a (Nr. 88)Vorlage:Raumgruppe/88 angestrebt. Dieses tetragonale Bismutvanadat mit Scheelit-Struktur erhält man in Gegenwart der obengenannten Fremdionen, wie Molybdän und Wolfram, allein oder in Kombination mit Erdalkaliionen. Nach Henning Wienand und Werner Ostertag^[8] besitzt das in Gegenwart von Natriummolybdat hergestellte Bismutvanadat tetragonale Struktur mit den Gitterkonstanten a₀ = 5,147 Å und c₀ = 11,722 Å. Daneben existiert eine weitere, vom Scheelit-Typ zu unterscheidende tetragonale Bismutvanadat-Modifikation, die eine dem Zirkon entsprechende Kristallstruktur mit der Raumgruppe I4₁/amd (Nr. 141)Vorlage:Raumgruppe/141 besitzt, die aber wegen ihres deutlich blasseren Gelbs nicht als Pigment geeignet ist.^[9]

Da Bismutvanadat nicht toxisch ist, wurde es als Ersatz für die toxischen und in der (europäischen) Lackindustrie geächteten Gelbpigmente Bleichromat und Cadmiumsulfid eingeführt.^[4]

Verwendung

Insbesondere der Farbton, der dem von Bleichromat und Cadmiumsulfid sehr ähnlich ist und gleichzeitig deutlich reiner als der von Nickelantimontitanat (C.I. Pigment Yellow 53) ist, macht das Pigment zu einer häufig bevorzugten Wahl für alle Arten von Lackanwendungen.

Bei der Anwendung in Automobillacken, Industrielacken, Pulverlacken und Dispersionsfarben gehört Bismutvanadat zur Standardauswahl bei Pigmenten. Aufgrund der hohen Wetterechtheit ist das Pigment auch für den Außeneinsatz geeignet. Die einzige Ausnahme stellen dabei Dispersionsfarben für den Einsatz an der Fassade dar, da bei mangelhafter Vorbehandlung des Untergrundes (beispielsweise Abdeckung durch eine Grundierung) Schäden durch Alkalien, die etwa aus nicht vollständig ausgehärtetem Beton austreten, entstehen können.^[4]

Einzelnachweise

1. ↑ The Color of Art Pigment Database: Pigment Yellow artiscreation.com, David Myers. Abgerufen am 15. Juli 2016.
2. ↑ ^{a b c d} Datenblatt Bismutvanadat bei AlfaAesar, abgerufen am 5. Februar 2010 (PDF) (JavaScript erforderlich).
3. ↑ ^{a b} Eintrag zu Bismutvanadat in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 23. Juli 2016. (JavaScript erforderlich)
4. ↑ ^{a b c d e} G. Buxbaum, G. Pfaff: Industrial Inorganic Pigments, Wiley-VCH
5. ↑ Technisches Merkblatt Sicopal Yellow L 1110
6. ↑ J. Granzin u. D. Pohl: Z. f. Kristallografie, 169, 289–294 (1984)
7. ↑ W. I. F. David u. A.M. Glazer: Phase Transitions, Vol. 1 (1979) 155–170
8. ↑ The Bulletin of the Bismuth Institute, 53 (1988) 1–4
9. ↑ Patentanmeldung EP0492244A1: Bismutvanadatpigmente, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung. Angemeldet am 9. Dezember 1991, veröffentlicht am 1. Juli 1992, Anmelder: Bayer AG, Erfinder: Friedrich Schwochow.‌