Struktura i hemijska svojstva vanadijum pentoksida

1. Kristalna struktura

Osnovna jedinica

Koordinacioni poliedar: Formirana slojevita strukturaVO₅ tetraedriIVO₄ tetraedri, povezani zajedničkim rubovima ili uglovima.

Međuslojne sile: Slojevi se drže zajedno slabimvan{0}der{1}}Waalsove snagei može se lako ljuštiti (kao grafit).

Svemirska grupa

Kristalni sistem: Ortorombski sistem (prostorna grupaPmmn).

Opcije ćelije:

a=11,51 Å, b=4,37 Å, c=3,56 Å.

Svaka jedinična ćelija sadrži2 atoma vanadijumaI5 atoma kiseonika.

Strukturne karakteristike

Dužina veze vanadijuma{0}}kiseonika:

Kratke veze (~1.58 Å): V=O dvostruke veze (tetraedarski vertex kiseonik).

Duge veze (~1.78-2.02 Å): VO jednostruke veze (unutarslojni premošćivač kiseonika).

Slojevita anizotropija: lako se uništavab osa, što rezultira da V₂O₅ često poprima ljuskavi ili igličasti oblik.

2. Hemijska svojstva

Redox svojstva

Jako oksidaciono sredstvo:

Na visokim temperaturama, HCl, HBr, itd. mogu oksidirati. na primjer:
V2O5+6HCl Δ2VOCl2+Cl2+3H2O

Reaguje sa redukcionim agensima (npr. H2, C) da bi se formirali niskovalentni oksidi (VO2, V2O3 ili metalni vanadijum).

Samoizlječenje:

raspada kada se zagreje do690 stepeni i više:
2V2O5 Δ4VO2+O2↑

kiselo{0}}bazna reakcija (amfoterna)

Reaguje sa kiselinamasa obrazovanjemvanadat-joni (VO₂⁺), na primjer, kada se otopi u sumpornoj kiselini:
V2​O5​+2H2​SO4​→2VO2​SO4​+H2​O

Reaguje sa alkalijamasa obrazovanjemvanadates(na primjer, natrijev metavanadat NaVO₃):
V2​O5​+2NaOH→2NaVO3​+H2​O

Daljnjim otapanjem u jakim alkalijama nastajebezbojno [VO₄]³-(ortovanadat).

Katalitička aktivnost

Industrija sumporne kiseline: katalizira oksidaciju SO₂ u SO₃ (mehanizam uključuje V⁵⁺↔V⁴⁺ ciklus):
2SO2​+O2​V2​O5​​2SO3​

Selektivna oksidacija: na primjer, oksidacija benzena u anhidrid maleinske kiseline i propana - u akrilnu kiselinu.

Reakcija sa organskim supstancama

Oksidacija alkohola i aldehida: Na primjer, etanol se oksidira u acetaldehid, a zatim u octenu kiselinu.

Reakcije polimerizacije: Djeluje kao katalizator za sintezu određenih polimera (npr. polietilen).

3. Elektronska svojstva i struktura pojasa

Poluprovodnička svojstva: trakasti razmak oko2,3 eV(apsorpcija u vidljivom opsegu svetlosti).

Prenos naknade: d⁰ elektronska konfiguracija V⁵⁵⁺ omogućava da lako prihvati elektrone i učestvuje u redoks ciklusima.

4. Posebne pojave i reakcije

Interkalna hemija: Li i Na joni mogu biti interkalirani između slojeva, što se koristi u litijum-natrijum jonskim baterijama:
V2O5+xLi++xe-→LixV2O5

Fotoosjetljivost: Može katalizirati razgradnju organskih tvari (kao što je razgradnja boja) pod utjecajem ultraljubičastog svjetla.