Struktur og kemiske egenskaber af vanadiumpentoxid

1. Krystal struktur

Grundenhed

Koordinationspolyeder: Lagdelt struktur dannetVO₅ tetraederOgVO4 tetraeder, forbundet med fælles kanter eller hjørner.

Mellemlagskræfter: Lag holdes sammen af ​​svagevan-der-Waals styrkerog kan let flage (som grafit).

Space gruppe

Krystal system: Ortorhombisk system (rumgruppePmmn).

Celleindstillinger:

a=11,51 Å, b=4,37 Å, c=3,56 Å.

Hver enhedscelle indeholder2 vanadium atomerOg5 oxygenatomer.

Strukturelle egenskaber

Vanadium-iltbindingslængder:

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

Lange bindinger (~1,78-2,02 Å): VO enkeltbindinger (intralagsbrodannende oxygen).

Lagdelt anisotropi: let ødelægges sammenb-akse, hvilket resulterer i, at V2O5 ofte antager en skællende eller nålelignende form.

2. Kemiske egenskaber

Redox egenskaber

Stærkt oxidationsmiddel:

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

Reagerer med reduktionsmidler (f.eks. H2, C) og danner lavvalente oxider (VO2, V2O3 eller vanadiummetal).

Selvhelbredende:

nedbrydes ved opvarmning til690 grader og derover:
2V2O5 Δ4VO2+O2↑

syre-basereaktion (amfoter)

Reagerer med syrermed uddannelsevanadat-ioner (VO₂⁺)for eksempel, når det er opløst i svovlsyre:
V2​O5​+2H2​SO4​→2VO2​SO4​+H2​O

Reagerer med alkaliermed uddannelsevanadater(f.eks. natriummetavanadat NaVO₃):
V2​O5​+2NaOH→2NaVO3​+H2​O

Ved yderligere opløsning i stærke alkalier dannes detfarveløs [VO₄]³-(orthovanadate).

Katalytisk aktivitet

Svovlsyre industri: katalyserer oxidationen af ​​SO₂ til SO3 (mekanismen involverer V⁵⁺↔V⁴⁺-cyklussen):
2SO2​+O2​V2​O5​​2SO3​

Selektiv oxidation: for eksempel oxidationen af ​​benzen til maleinsyreanhydrid og propan - til akrylsyre.

Reaktion med organiske stoffer

Oxidation af alkoholer og aldehyder: Ethanol oxideres for eksempel til acetaldehyd og derefter til eddikesyre.

Polymerisationsreaktioner: Fungerer som en katalysator for syntesen af ​​visse polymerer (f.eks. polyethylen).

3. Elektroniske egenskaber og båndstruktur

Halvlederegenskaber: strimmel mellemrum ca2,3 eV(absorption i det synlige lysområde).

Overførsel af gebyr: d⁰ elektronisk konfiguration V⁵⁵⁺ gør det nemt at acceptere elektroner og deltage i redoxcyklusser.

4. Særlige fænomener og reaktioner

Interkalationskemi: Li- og Na-ioner kan interkaleres mellem lag, hvilket bruges i lithium-natriumionbatterier:
V2O5+xLi++xe-→LixV2O5

Lysfølsomhed: Kan katalysere nedbrydning af organiske stoffer (såsom nedbrydning af farvestoffer) under påvirkning af ultraviolet lys.