ساختار و خواص شیمیایی پنتوکسید وانادیم

1. ساختار کریستالی

واحد پایه

چند وجهی هماهنگی: ساختار لایه ای شکل گرفته استچهار وجهی VO5وچهار وجهی VO4، توسط لبه ها یا گوشه های مشترک به هم متصل می شوند.

نیروهای بین لایه ای: لایه ها توسط ضعیف در کنار هم نگه داشته می شوندوان-در-نیروهای والزو می تواند به راحتی پوسته پوسته شود (مانند گرافیت).

گروه فضایی

سیستم کریستالی: سیستم ارتورومبیک (گروه فضاییPmmn).

گزینه های سلول:

a=11,51 Å, b=4,37 Å, c=3,56 Å.

هر سلول واحد شامل2 اتم وانادیمو5 اتم اکسیژن.

ویژگی های ساختاری

طول پیوند اکسیژن وانادیوم{0}}:

پیوندهای کوتاه (~1.58 Å): V{2}} پیوندهای دوگانه O (اکسیژن راس چهار وجهی).

پیوندهای بلند (~1.78-2.02 Å): پیوندهای تک VO (اکسیژن پل زدن درون لایه).

ناهمسانگردی لایه ای: به راحتی از بین می رودمحور bو در نتیجه V2O5 اغلب شکلی پوسته پوسته یا سوزنی به خود می گیرد.

2. خواص شیمیایی

خواص ردوکس

عامل اکسید کننده قوی:

در دماهای بالا می توان HCl، HBr و غیره را اکسید کرد. به عنوان مثال:
V2O5+6HCl Δ2VOCl2+Cl2+3H2O

با عوامل کاهنده (مانند H2، C) واکنش می دهد و اکسیدهای کم ظرفیت (VO2، V2O3 یا فلز وانادیوم) را تشکیل می دهد.

خود درمانی:

با حرارت دادن تجزیه می شود690 درجه و بالاتر:
2V2O5 Δ4VO2+O2↑

واکنش اسید-باز (آمفوتریک)

با اسیدها واکنش نشان می دهدبا آموزشیون‌های وانادات (VO₂⁺)به عنوان مثال، هنگامی که در اسید سولفوریک حل می شود:
V2O5+2H2​SO4​→2VO2​SO4​+H2​O

با مواد قلیایی واکنش نشان می دهدبا آموزشوانادات(به عنوان مثال، متاوانادات سدیم NaVO3):
V2​O5​+2NaOH→2NaVO3​+H2​O

پس از انحلال بیشتر در قلیاهای قوی، تشکیل می شودبی رنگ [VO₄]³-(اورثوانادات).

فعالیت کاتالیزوری

صنعت اسید سولفوریک: اکسیداسیون SO2 به SO3 را کاتالیز می کند (مکانیسم شامل چرخه V5+↔V4+ می شود):
2SO2+O2V2O52SO3

اکسیداسیون انتخابی: برای مثال، اکسیداسیون بنزن به انیدرید مالئیک و پروپان - به اسید اکریلیک.

واکنش با مواد آلی

اکسیداسیون الکل ها و آلدئیدها: برای مثال اتانول به استالدهید و سپس به اسید استیک اکسید می شود.

واکنش های پلیمریزاسیون: به عنوان یک کاتالیزور برای سنتز پلیمرهای خاص (مانند پلی اتیلن) ​​عمل می کند.

3. خواص الکترونیکی و ساختار نواری

خواص نیمه هادی: فاصله نواری در مورد2.3 ولت(جذب در محدوده مرئی نور).

انتقال شارژ: d⁰ پیکربندی الکترونیکی V55+ به آن اجازه می دهد تا به راحتی الکترون ها را بپذیرد و در چرخه های ردوکس شرکت کند.

4. پدیده ها و واکنش های خاص

شیمی بینابینی: یون‌های لیتیوم و سدیم را می‌توان بین لایه‌ها قرار داد که در باتری‌های یون لیتیوم-سدیم استفاده می‌شود:
V2O5+xLi++xe-→LixV2O5

حساسیت به نور: می تواند تجزیه مواد آلی (مانند تجزیه رنگ ها) را تحت تاثیر اشعه ماوراء بنفش کاتالیز کند.