التركيب والخصائص الكيميائية لخامس أكسيد الفاناديوم

1. هيكل كريستال

الوحدة الأساسية

متعدد السطوح التنسيق: شكلت هيكل الطبقاتVO₅ رباعيات السطوحوVO₄ رباعيات السطوحمتصلة بحواف أو زوايا مشتركة.

القوى البينية: الطبقات متماسكة بالضعيفةقوى فان-دير-فالسويمكن أن تتقشر بسهولة (مثل الجرافيت).

مجموعة الفضاء

نظام كريستال: نظام تقويم العظام (المجموعة الفضائيةبمن).

خيارات الخلية:

أ=11,51 Å, ب=4,37 Å, ج=3,56 Å.

تحتوي كل خلية وحدة2 ذرات فاناديومو5 ذرات أكسجين.

الخصائص الهيكلية

أطوال رابطة الفاناديوم-الأكسجين:

روابط قصيرة (~1.58 Å): V=O روابط مزدوجة (أكسجين رباعي السطوح).

الروابط الطويلة (~1.78-2.02 Å): روابط مفردة VO (جسر الأكسجين داخل الطبقة).

تباين الطبقات: دمرت بسهولة على طولالمحور ب، مما يؤدي إلى أن يتخذ V₂O₅ غالبًا شكلًا متقشرًا أو يشبه الإبرة.

2. الخصائص الكيميائية

خصائص الأكسدة والاختزال

عامل مؤكسد قوي:

في درجات الحرارة العالية، يمكن أكسدة حمض الهيدروكلوريك، HBr، وما إلى ذلك. على سبيل المثال:
V2O 5+6 حمض الهيدروكلوريك Δ2VOCl 2+ Cl 2+3 H2O

يتفاعل مع عوامل الاختزال (مثل H2، C) لتكوين أكاسيد منخفضة التكافؤ (VO2، V2O3 أو معدن الفاناديوم).

الشفاء الذاتي:

تتحلل عند تسخينها إلى690 درجة وما فوق:
2V2O5 Δ4VO2+O2↑

التفاعل الحمضي-القاعدي (مذبذب)

يتفاعل مع الأحماضمع التعليمأيونات الفاناديت-(VO₂⁺)على سبيل المثال، عندما يذوب في حامض الكبريتيك:
V2​O5​+2H2​SO4​→2VO2​SO4​+H2​O

يتفاعل مع القلوياتمع التعليمفانادات(على سبيل المثال، ميتافانادات الصوديوم NaVO₃):
V2​O5​+2NaOH→2NaVO3​+H2​O

وبعد مزيد من الذوبان في القلويات القوية، فإنه يتشكلعديم اللون [VO₄]³-(أرثوفاناديت).

النشاط التحفيزي

صناعة حمض الكبريتيك: يحفز أكسدة SO₂ إلى SO₃ (تتضمن الآلية دورة V⁵⁺↔V⁴⁺):
2SO2+O2V2O52SO3

الأكسدة الانتقائية: على سبيل المثال، أكسدة البنزين إلى أنهيدريد المالئيك، والبروبان - إلى حمض الأكريليك.

التفاعل مع المواد العضوية

أكسدة الكحولات والألدهيدات: على سبيل المثال، يتم أكسدة الإيثانول إلى الأسيتالديهيد ثم إلى حمض الأسيتيك.

تفاعلات البلمرة: يعمل كمحفز لتخليق بعض البوليمرات (مثل البولي إيثيلين).

3. الخصائص الإلكترونية وهيكل الفرقة

خصائص أشباه الموصلات: فجوة الشريط حول2.3 فولت(الامتصاص في نطاق الضوء المرئي).

نقل المسؤول: d⁰ التكوين الإلكتروني V⁵⁵⁺ يسمح له بقبول الإلكترونات بسهولة والمشاركة في دورات الأكسدة والاختزال.

4. الظواهر وردود الفعل الخاصة

كيمياء الإقحام: يمكن إقحام أيونات Li وNa بين الطبقات، وهو ما يستخدم في بطاريات أيونات الليثيوم-الصوديوم:
V2O5+xLi++xe-→LixV2O5

حساسية للضوء: يمكن أن يحفز تحلل المواد العضوية (مثل تحلل الأصباغ) تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية.