Struktur dan sifat kimia vanadium pentoksida

1. Struktur kristal

Satuan dasar

Polihedron koordinasi: Struktur berlapis terbentuktetrahedron VO₅DanVO₄ tetrahedron, dihubungkan oleh tepi atau sudut yang sama.

Kekuatan antar lapisan: Lapisan disatukan oleh lemahvan-der-gaya Waalsdan dapat dengan mudah terkelupas (seperti grafit).

Grup luar angkasa

Sistem kristal: Sistem ortorombik (grup ruangBlm).

Opsi Sel:

a=11,51 Å, b=4,37 Å, c=3,56 Å.

Setiap sel satuan berisi2 atom vanadiumDan5 atom oksigen.

Karakteristik struktural

Vanadium-panjang ikatan oksigen:

Ikatan pendek (~1,58 Å): V=O ikatan rangkap (oksigen titik tetrahedral).

Ikatan panjang (~1,78-2,02 Å): ikatan tunggal VO (oksigen penghubung intralapis).

Anisotropi berlapis: mudah hancursumbu b, mengakibatkan V₂O₅ sering kali berbentuk bersisik atau seperti jarum.

2. Sifat kimia

Sifat redoks

Agen pengoksidasi kuat:

Pada suhu tinggi, HCl, HBr, dll dapat teroksidasi. Misalnya:
V2O5+6HCl Δ2VOCl2+Cl2+3H2O

Bereaksi dengan zat pereduksi (misalnya H2, C) membentuk oksida bervalensi rendah (VO2, V2O3 atau logam vanadium).

Penyembuhan diri sendiri:

terurai saat dipanaskan690 derajat ke atas:
2V2O5 Δ4VO2+O2↑

reaksi asam-basa (amfoter)

Bereaksi dengan asamdengan pendidikanion vanadat-(VO₂⁺), misalnya bila dilarutkan dalam asam sulfat:
V2​O5​+2H2​SO4​→2VO2​SO4​+H2​O

Bereaksi dengan basadengan pendidikanvanadat(misalnya, natrium metavanadat NaVO₃):
V2​O5​+2NaOH→2NaVO3​+H2​O

Ketika dilarutkan lebih lanjut dalam basa kuat, ia terbentuktidak berwarna [VO₄]³-(ortovanadat).

Aktivitas katalitik

Industri asam sulfat: mengkatalisis oksidasi SO₂ menjadi SO₃ (mekanismenya melibatkan siklus V⁵⁺↔V⁴⁺):
2SO2​+O2​V2​O5​​2SO3​

Oksidasi selektif: misalnya, oksidasi benzena menjadi anhidrida maleat, dan propana - menjadi asam akrilat.

Reaksi dengan zat organik

Oksidasi alkohol dan aldehida: Misalnya, etanol dioksidasi menjadi asetaldehida dan kemudian menjadi asam asetat.

Reaksi polimerisasi: Bertindak sebagai katalis untuk sintesis polimer tertentu (misalnya polietilen).

3. Sifat elektronik dan struktur pita

Sifat semikonduktor: mengupas celah tentang2,3 eV(penyerapan dalam rentang cahaya tampak).

Transfer biaya: d⁰ konfigurasi elektronik V⁵⁵⁺ memungkinkannya menerima elektron dengan mudah dan berpartisipasi dalam siklus redoks.

4. Fenomena dan reaksi khusus

Kimia interkalasi: Ion Li dan Na dapat disisipkan antar lapisan, yang digunakan dalam baterai ion litium-natrium:
V2O5+xLi++xe-→LixV2O5

Fotosensitifitas: Dapat mengkatalisis penguraian zat organik (seperti penguraian pewarna) di bawah pengaruh sinar ultraviolet.