Vanadžio pentoksido struktūra ir cheminės savybės

1. Kristalinė struktūra

Pagrindinis vienetas

Koordinavimo daugiakampis: Susidarė sluoksninė struktūraVO₅ tetraedraiIrVO₄ tetraedrai, sujungti bendrais kraštais arba kampais.

Tarpsluoksnės jėgos: Sluoksnius sulaiko silpnivan-der-Waalso pajėgosir gali lengvai sluoksniuotis (kaip grafitas).

Kosmoso grupė

Kristalinė sistema: Ortorombinė sistema (erdvės grupėPmmn).

Ląstelių parinktys:

a=11,51 Å, b=4,37 Å, c=3,56 Å.

Kiekvienoje vienetinėje ląstelėje yra2 vanadžio atomaiIr5 deguonies atomai.

Struktūrinės charakteristikos

Vanadžio -deguonies jungties ilgiai:

Trumpieji ryšiai (~1,58 Å): V=O dvigubi ryšiai (tetraedrinės viršūnės deguonis).

Ilgieji ryšiai (~1,78-2,02 Å): VO viengubos jungtys (vidinį sluoksnį jungiantis deguonis).

Sluoksniuota anizotropija: lengvai sunaikinamas kartub ašis, todėl V₂O₅ dažnai įgauna žvynuotą arba adatos formą.

2. Cheminės savybės

Redokso savybės

Stiprus oksidatorius:

Aukštoje temperatūroje gali oksiduotis HCl, HBr ir kt. Pavyzdžiui:
V2O5+6HCl Δ2VOCl2+Cl2+3H2O

Reaguoja su reduktoriais (pvz., H2, C), sudarydami mažavalenčius oksidus (VO2, V2O3 arba metalą vanadį).

Savęs išgydymas:

suyra kaitinant iki690 laipsnių ir daugiau:
2V2O5 Δ4VO2+O2↑

rūgšties{0}}bazinė reakcija (amfoterinė)

Reaguoja su rūgštimissu išsilavinimuvanadato -jonai (VO₂⁺), pavyzdžiui, ištirpus sieros rūgštyje:
V2​O5​+2H2​SO4​→2VO2​SO4​+H2​O

Reaguoja su šarmaissu išsilavinimuvanadatai(pavyzdžiui, natrio metavanadatas NaVO₃):
V2​O5​+2NaOH→2NaVO3​+H2​O

Toliau tirpstant stipriuose šarmuose susidarobespalvis [VO₄]³-(orthovanadatas).

Katalizinis aktyvumas

Sieros rūgšties pramonė: katalizuoja SO₂ oksidaciją į SO3 (mechanizmas apima V⁵⁺↔V⁴⁺ ciklą):
2SO2+O2V2O5​2SO3

Atrankinė oksidacija: pavyzdžiui, benzeno oksidacija į maleino anhidridą ir propano - oksidacija iki akrilo rūgšties.

Reakcija su organinėmis medžiagomis

Alkoholių ir aldehidų oksidacija: Pavyzdžiui, etanolis oksiduojamas į acetaldehidą, o po to į acto rūgštį.

Polimerizacijos reakcijos: Veikia kaip tam tikrų polimerų (pvz., polietileno) sintezės katalizatorius.

3. Elektroninės savybės ir juostos struktūra

Puslaidininkių savybės: juostelės tarpas apie2,3 eV(sugertis matomame šviesos diapazone).

Mokesčio pervedimas: d⁰ elektroninė konfigūracija V⁵⁵⁺ leidžia lengvai priimti elektronus ir dalyvauti redokso cikluose.

4. Ypatingi reiškiniai ir reakcijos

Interkalacijos chemija: Li ir Na jonai gali būti tarp sluoksnių, kurie naudojami ličio{0}}natrio jonų akumuliatoriuose:
V2O5+xLi++xe-→ LixV2O5

Šviesos jautrumas: gali katalizuoti organinių medžiagų skilimą (pvz., dažų skilimą) veikiant ultravioletinei šviesai.