Vanādija(V) oksīds
Vanādija(V) oksīds (zināms arī kā vanādija pentoksīds) ir ķīmiskais savienojums, vanādija oksīds tā augstākajā oksidēšanas pakāpē +5. Vanādija pentoksīds ir oranži dzeltena cieta viela,[2] tā hidratētas formas ir izteiktāk oranžas. Tas ir amfotērs oksīds, kā arī oksidētājs. Dabā sastopams ļoti reta minerāla ščerbinaīta veidā.[3]
| Vanādija(V) oksīds | |
|---|---|
 Vanādija(V) oksīda kristāliskā struktūra  Vanādija(V) oksīda pulveris | |
| Citi nosaukumi | Divanādija pentoksīds, vanādija pentoksīds |
| CAS numurs | 1314-62-1 |
| Ķīmiskā formula | V2O5 |
| Molmasa | 181,8800 g/mol |
| Blīvums | 3350 kg/m3 [1] |
| Kušanas temperatūra | 670 °C[1] |
| Viršanas temperatūra | 1750 °C (sadalās) |
| Šķīdība ūdenī | 0,7 g/L (20 °C) |
Kristāliskā uzbūve
labot šo sadaļuKristālisks vanādija pentoksīds pieder pie rombiskās singonijas, telpiskā grupa Pmmn (atbilst 8. kristālu klasei), kristāliskā režģa parametri: a=1,151 nm, b=0,3559 nm, c=0,4371 nm, Z=2.[3][4]
Vanādija pentoksīda kristāliskā struktūra sastāv no VO5 kvadrātiskām piramīdām, kam ir kopīgas šķautnes.[5]
Iegūšana
labot šo sadaļuVanādija pentoksīdu var iegūt, skābeklī karsējot metālisku vanādiju, tomēr šādā veidā iegūtajā produktā ir citu vanādija oksīdu piemaisījumi, tāpēc to laboratorijas apstākļos parasti iegūst termiski sadalot amonija metavanadātu 500—550 °C temperatūrā:[2]
- 2 NH4VO3 → V2O5 + 2 NH3 + H2O
Ķīmiskās īpašības
labot šo sadaļuVanādija pentoksīds ir amfotērs oksīds, kam gan skābās īpašības ir izteiktākas. Vanādija pentoksīds reaģē ar stipru sārmu ūdens šķidumiem, veidojot kompleksus polioksovanadātjonus, kuru struktūra ir atkarīga no pH.[2] Ja tas reaģē ar sārmu ūdens šķīdumu pārākumu, iegūst bezkrāsainus ortovanadātu ūdens šķīdumus:[6]
- V2O5 + 6 NaOH → 2 Na3VO4 + 3 H2O
Ja iegūtajam nātrija ortovanadātam pakāpeniski pievieno skābi, krāsa pakāpeniski mainās no oranžas uz sarkanu, līdz nogulsnējas hidratēts vanādija pentoksīds. Šie šķīdumi var saturēt tādus jonus kā HVO42-, V2O74- (ja pH ir starp 9 un 13), kā arī V4O124− un HV10O285− (ja pH ir zem 9).[2]
Tas reaģē ar stiprām nereducējošām skābēm, veidojot dioksivanādija(V) katjonus:[6]
- V2O5 + 2 HNO3 → 2 (VO2)NO3 + H2O
Vanādija pentoksīds reakcijās darbojas arī kā oksidētājs, piemēram, reakcijās ar halogēnūdeņražskābēm (piemēram, koncentrētu sālsskābi), tas veido vanādija oksohalogenīdus, kuros vanādijam ir oksidēšanās pakāpe +4:[6]
- V2O5 + 6HCl → 2 (VO)Cl2 + Cl2 + 3 H2O
Ar dažādiem reducētājiem, piemēram, ūdeņradi, vanādija pentoksīds var tikt reducēts līdz dažādiem vanādija oksīdiem, piemēram, vanādija trioksīdam:[6]
- V2O5 + 2 H2 → V2O3 + 2 H2O
Izmantošana
labot šo sadaļuVanādija pentoksīds galvenokārt tiek izmanots kā katalizators, piemēram, sērskābes iegūšanas procesā tas katalizē sēra dioksīda oksidēšanos par sēra trioksīdu:[2]
- 2 SO2 + O2 ⇌ 2 SO3
Karsējot vanādija pentoksīds var atdot skābekli, tāpēc tas ir diezgan piemērots katalizators oksidēšanas procesos. Augstāk minētā reakcija noris temeratūrā starp 400 un 620 °C, jo zem 400 °C vanādija pentoksīds ir neaktīvs kā katalizators, bet virs 620 °C tas sāk sadalīties. Iespējamie katalītiskā procesa vienādojumi varētu būt šādi, jo ir zināms, ka SO2 reducē V2O5 par VO2:
- SO2 + V2O5 → SO3 + 2VO2
- 2VO2 +½O2 → V2O5
Atsauces
labot šo sadaļu- ↑ 1,0 1,1 D. R. Lide. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 86th Edition. Taylor and Francis, 2006.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 N. N. Greenwood, A. Earnshaw. Chemistry of the Elements. 2nd edition. Butterworth-Heinemann, 1998.
- ↑ 3,0 3,1 «Shcherbinaite Mineral Data». Skatīts: 2019-04-15.
- ↑ И. Л. Кнунянц, Н. С. Зефиров, Н. Н. Кулов. Химическая энциклопедия. Том 1. Советская энциклопедия, 1988.
- ↑ A. F. Wells. Structural Inorganic Chemistry. 4th edition. Oxford University Press, 1975.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 Р. А. Либин, В. А. Молояко, Л. Л. Андреева. Химические свойства неорганических веществ. Химия, 2000.