Vanādija pentoksīda struktūra un ķīmiskās īpašības

1. Kristāla struktūra

Pamatvienība

Koordinācijas daudzskaldnis: Izveidota slāņaina struktūraVO₅ tetraedriUnVO₄ tetraedri, kas savienoti ar kopīgām malām vai stūriem.

Starpslāņu spēki: Slāņus kopā satur vājivan-der-Vālsa spēkiun var viegli pārslas (piemēram, grafīts).

Kosmosa grupa

Kristālu sistēma: Ortorombiskā sistēma (telpas grupaPmmn).

Šūnu opcijas:

a=11,51 Å, b=4,37 Å, c=3,56 Å.

Katra vienības šūna satur2 vanādija atomiUn5 skābekļa atomi.

Strukturālās īpašības

Vanādija -skābekļa saites garums:

Īsās saites (~1,58 Å): V=O divkāršās saites (tetraedriskās virsotnes skābeklis).

Garās saites (~1,78-2,02 Å): VO atsevišķas saites (slāņa savienojošais skābeklis).

Slāņaina anizotropija: viegli iznīcināms līdzib ass, kā rezultātā V₂O₅ bieži iegūst zvīņainu vai adatai līdzīgu formu.

2. Ķīmiskās īpašības

Redox īpašības

Spēcīgs oksidētājs:

Augstās temperatūrās var oksidēties HCl, HBr u.c. Piemēram:
V2O5+6HCl Δ2VOCl2+Cl2+3H2O

Reaģē ar reducētājiem (piemēram, H2, C), veidojot zemas vērtības oksīdus (VO2, V2O3 vai metālu vanādiju).

Pašdziedināšanās:

karsējot sadalās690 grādi un vairāk:
2V2O5 Δ4VO2+O2↑

skābes-bāzes reakcija (amfotēriska)

Reaģē ar skābēmar izglītībuvanadāta -joni (VO₂⁺)piemēram, izšķīdinot sērskābē:
V2​O5​+2H2​SO4​→2VO2​SO4​+H2​O

Reaģē ar sārmiemar izglītībuvanadāti(piemēram, nātrija metavanadāts NaVO₃):
V2​O5​+2NaOH→2NaVO3​+H2​O

Tālāk šķīstot stipros sārmos, veidojasbezkrāsains [VO₄]³-(ortohovanadāts).

Katalītiskā aktivitāte

Sērskābes rūpniecība: katalizē SO₂ oksidēšanos līdz SO3 (mehānisms ietver V⁵⁺↔V⁴⁺ ciklu):
2SO2+O2V2O5​2SO3

Selektīva oksidēšana: piemēram, benzola oksidēšana par maleīnskābes anhidrīdu un propāna - oksidēšana par akrilskābi.

Reakcija ar organiskām vielām

Spirtu un aldehīdu oksidēšana: Piemēram, etanols tiek oksidēts līdz acetaldehīdam un pēc tam par etiķskābi.

Polimerizācijas reakcijas: darbojas kā katalizators noteiktu polimēru (piemēram, polietilēna) sintēzei.

3. Elektroniskās īpašības un joslu struktūra

Pusvadītāju īpašības: sloksnes sprauga apm2,3 eV(absorbcija redzamajā gaismas diapazonā).

Maksas pārskaitījums: d⁰ elektroniskā konfigurācija V⁵⁵⁺ ļauj tai viegli pieņemt elektronus un piedalīties redoksciklos.

4. Īpašas parādības un reakcijas

Interkalācijas ķīmija: Li un Na jonus var ievietot starp slāņiem, ko izmanto litija{0}}nātrija jonu akumulatoros:
V2O5+xLi++xe-→ LixV2O5

Fotosensitivitāte: var katalizēt organisko vielu sadalīšanos (piemēram, krāsvielu sadalīšanos) ultravioletās gaismas ietekmē.