Struttura e proprietà chimiche del pentossido di vanadio

1. Struttura cristallina

Unità di base

Poliedro di coordinazione: Struttura a strati formataTetraedri VO₅ETetraedri VO₄, collegati da bordi o angoli comuni.

Forze interstrato: Gli strati sono tenuti insieme da elementi deboliforze di van-der-Waalse può sfaldarsi facilmente (come la grafite).

Gruppo spaziale

Sistema cristallino: Sistema ortorombico (gruppo spazialePmmn).

Opzioni cella:

a=11,51 Å, b=4,37 Å, c=3,56 Å.

Ogni cella unitaria contiene2 atomi di vanadioE5 atomi di ossigeno.

Caratteristiche strutturali

Lunghezze dei legami dell'ossigeno e del vanadio-:

Legami corti (~1,58 Å): doppi legami V=O (ossigeno al vertice tetraedrico).

Legami lunghi (~1,78-2,02 Å): legami singoli VO (ossigeno a ponte intrastrato).

Anisotropia stratificata: facilmente distrutto insiemeasse b, con il risultato che V₂O₅ assume spesso una forma squamosa o aghiforme.

2. Proprietà chimiche

Proprietà redox

Forte agente ossidante:

Ad alte temperature, HCl, HBr, ecc. possono essere ossidati. Per esempio:
V2O5+6HCl Δ2VOCl2+Cl2+3H2O

Reagisce con agenti riducenti (ad es. H2, C) per formare ossidi a bassa valenza (VO2, V2O3 o vanadio metallico).

Autoguarigione:

si decompone quando riscaldato690 gradi e oltre:
2V2O5Δ4VO2+O2↑

reazione acido-base (anfotera)

Reagisce con gli acidicon l'istruzioneioni vanadato-(VO₂⁺), ad esempio, quando disciolto in acido solforico:
V2​O5​+2H2​SO4​→2VO2​SO4​+H2​O

Reagisce con gli alcalicon l'istruzionevanadati(ad esempio metavanadato di sodio NaVO₃):
V2​O5​+2NaOH→2NaVO3​+H2​O

Dopo ulteriore dissoluzione in alcali forti, si formaincolore [VO₄]³-(ortovanadato).

Attività catalitica

Industria dell'acido solforico: catalizza l'ossidazione di SO₂ in SO₃ (il meccanismo prevede il ciclo V⁵⁺↔V⁴⁺):
2SO2​+O2​V2​O5​​2SO3​

Ossidazione selettiva: ad esempio, l'ossidazione del benzene in anidride maleica e del propano - in acido acrilico.

Reazione con sostanze organiche

Ossidazione di alcoli e aldeidi: Ad esempio, l'etanolo viene ossidato ad acetaldeide e poi ad acido acetico.

Reazioni di polimerizzazione: Agisce come catalizzatore per la sintesi di alcuni polimeri (ad esempio polietilene).

3. Proprietà elettroniche e struttura a bande

Proprietà dei semiconduttori: eliminare lo spazio vuoto2,3 eV(assorbimento nella gamma visibile della luce).

Trasferimento di carica: d⁰ la configurazione elettronica V⁵⁵⁺ gli consente di accettare facilmente elettroni e di partecipare ai cicli redox.

4. Fenomeni e reazioni particolari

Chimica dell'intercalazione: Gli ioni Li e Na possono essere intercalati tra gli strati, come viene utilizzato nelle batterie agli ioni di litio-sodio:
V2O5+xLi++xe-→LixV2O5

Fotosensibilità: Può catalizzare la decomposizione delle sostanze organiche (come la decomposizione dei coloranti) sotto l'influenza della luce ultravioletta.