Struktur og kjemiske egenskaper til vanadiumpentoksid

1. Krystallstruktur

Grunnenhet

Koordinasjonspolyeder: Lagdelt struktur dannetVO₅ tetraederOgVO4 tetraeder, forbundet med felles kanter eller hjørner.

Mellomlagskrefter: Lag holdes sammen av svakevan-der-Waals styrkerog kan lett flasse (som grafitt).

Romgruppe

Krystallsystem: Ortorhombisk system (romgruppePmmn).

Cellealternativer:

a=11,51 Å, b=4,37 Å, c=3,56 Å.

Hver enhetscelle inneholder2 vanadiumatomerOg5 oksygenatomer.

Strukturelle egenskaper

Vanadium-oksygenbindingslengder:

Korte bindinger (~1,58 Å): V=O dobbeltbindinger (tetraedrisk toppunkt oksygen).

Lange bindinger (~1,78-2,02 Å): VO enkeltbindinger (intralags brodannende oksygen).

Lagdelt anisotropi: lett ødelagt sammenb-aksen, noe som resulterer i at V₂O₅ ofte får en skjellete eller nållignende form.

2. Kjemiske egenskaper

Redoksegenskaper

Sterkt oksidasjonsmiddel:

Ved høye temperaturer kan HCl, HBr osv. oksideres. For eksempel:
V2O5+6HCl Δ2VOCl2+Cl2+3H2O

Reagerer med reduksjonsmidler (f.eks. H2, C) for å danne lavvalente oksider (VO2, V2O3 eller vanadiummetall).

Selvhelbredende:

brytes ned ved oppvarming til690 grader og over:
2V2O5 Δ4VO2+O2↑

syre-basereaksjon (amfoter)

Reagerer med syrermed utdanningvanadat-ioner (VO₂⁺)for eksempel når det er oppløst i svovelsyre:
V2​O5​+2H2​SO4​→2VO2​SO4​+H2​O

Reagerer med alkaliermed utdanningvanadater(for eksempel natriummetavanadat NaVO₃):
V2​O5​+2NaOH→2NaVO3​+H2​O

Ved ytterligere oppløsning i sterke alkalier dannes detfargeløs [VO₄]³-(orthovanadate).

Katalytisk aktivitet

Svovelsyreindustri: katalyserer oksidasjonen av SO₂ til SO₃ (mekanismen involverer V⁵⁺↔V⁴⁺-syklusen):
2SO2​+O2​V2​O5​​2SO3​

Selektiv oksidasjon: for eksempel oksidasjon av benzen til maleinsyreanhydrid, og propan - til akrylsyre.

Reaksjon med organiske stoffer

Oksidasjon av alkoholer og aldehyder: Etanol oksideres for eksempel til acetaldehyd og deretter til eddiksyre.

Polymerisasjonsreaksjoner: Fungerer som en katalysator for syntese av visse polymerer (f.eks. polyetylen).

3. Elektroniske egenskaper og båndstruktur

Halvlederegenskaper: stripe gap ca2,3 eV(absorpsjon i det synlige lysområdet).

Charge Transfer: d⁰ elektronisk konfigurasjon V⁵⁵⁺ lar den enkelt akseptere elektroner og delta i redokssykluser.

4. Spesielle fenomener og reaksjoner

Interkalasjonskjemi: Li- og Na-ioner kan interkaleres mellom lag, som brukes i litium-natriumionbatterier:
V2O5+xLi++xe-→LixV2O5

Fotosensitivitet: Kan katalysere nedbrytning av organiske stoffer (som dekomponering av fargestoffer) under påvirkning av ultrafiolett lys.