Оксид ванадію(V)

Шаблон:Речовина Шаблон:About Окси́д вана́дію(V), вана́дій(V) окси́д — неорганічна сполука ряду оксидів складу V₂O₅. За звичайних умов — жовто-коричневий порошок, малорозчинний у воді. Речовина є токсичною. Проявляє амфотерні властивості з переважанням кислотних.

Оксид ванадію — найважливіша ванадієвмісна сполука. Він застосовується у виготовленні каталізаторів, спеціального скла, пігментів.

Поширення у природі

Навахоїт

Оскільки оксид ванадію легко утворює гідрати, у мінеральних покладах він перебуває саме у сполученні з водою — для нього відомі гідрати алаїт V₂O₅·H₂O і навахоїт V₂O₅·3H₂O.

Також він входить до складу природних ванадатів: ванадиніту 3Pb₃(VO₄)₂·PbCl₂, карнотиту K₂(UO₂)₂[VO₄]₂·3H₂O, деклуазиту (Zn,Cu)Pb(VO₄)(OH), ферваніту FeVO₄·2H₂O, пухериту BiVO₄ тощо.

Фізичні властивості

Оксид ванадію — отруйний порошок без запаху і смаку. Його колір коливається від помаранчево-жовтого до цегляно-коричневого. При охолодженні з рідкого стану він кристалізується у червонуваті ромбічні голки за слабкими парамагнітними властивостями.

Оксид ванадію займає проміжне положення у порівнянні з вищими оксидами 4 і 6 груп свого періоду — TiO₂ і CrO₃. Зокрема, він є менш температурно стійким, аніж оксид титану, і стійкішим за оксид хрому.

Отримання

Основним способом синтезу оксиду ванадію є термічне розкладання ванадатів амонію на повітрі:

$\mathrm{2}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{V}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\stackrel{600-600^{o}C}{\to }{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{V}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\stackrel{500-550^{o}C}{\to }{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Також застосовується спалювання порошку ванадію у струмені кисню під тиском:

$\mathrm{4}\mathrm{V}\mathrm{+}\mathrm{5}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{400-500^{o}C}{\to }\mathrm{2}{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}$

Менш поширеними способами є термічне розкладання і гідроліз сполук ванадилу:

$\mathrm{2}\mathrm{(}\mathrm{V}\mathrm{O}\mathrm{)}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\stackrel{520-530^{o}C}{\to }{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{V}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\leftrightarrows }{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Хімічні властивості

Оксид ванадію(V) є відносно малостійким оксидом, при нагріванні він плавиться і розкладається — із утворенням оксиду ванадію(IV):

$\mathrm{2}{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\stackrel{700-1250^{o}C}{\to }\mathrm{4}\mathrm{V}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$ (домішки V₆O₁₃)

Осад гідрату оксиду

Він практично не реагує з водою, із розчину осаджується у вигляді гідрату V₂O₅·nH₂O (n=1, 2, 3).

$\mathrm{5}{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\leftrightarrows }{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{V}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}{O}_{\mathrm{2}\mathrm{8}}^{\mathrm{4}\mathrm{-}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}$

У взаємодіях оксид проявляє амфотерні властивості, зі значною перевагою кислотних. V₂O₅ є більш кислотним оксидом і сильнішим окисником, ніж сусідній оксид титану(IV), але слабшим, ніж оксид хрому(VI).

${\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{(}\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{.}\mathrm{)}}\stackrel{boling}{\to }\mathrm{2}\mathrm{V}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{2}{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}\mathrm{(}\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{.}\mathrm{)}}\stackrel{boiling}{\to }\mathrm{4}\mathrm{(}\mathrm{V}\mathrm{O}\mathrm{)}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

${\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\stackrel{boiling}{\to }{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

${\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}\mathrm{(}\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{.}\mathrm{)}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{(}\mathrm{V}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{2}{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_{\mathrm{3}}\mathrm{V}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

${\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}\mathrm{(}\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{.}\mathrm{)}}\stackrel{boiling}{\to }\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{V}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

Окрім катіонів ванадилу у сильнокислих розчинах і ортованадат-аніонів у сильнолужних, у розчинах проміжної кислотності можуть також утворюватися частинки (VO₃)^-, (HVO₄)^2-, (V₃O₉)^3-, (V₄O₁₂)^5-, (V₁₀O₂₈)^6- та інші.

При нагріванні оксид взаємодіє з воднем, хлором, телуром, оксидом сірки(IV):

${\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{400-500^{o}C}{\to }{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{2}{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\stackrel{650^{o}C}{\to }\mathrm{4}\mathrm{V}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

${\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{T}\mathrm{e}\stackrel{t}{\to }{\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{T}\mathrm{e}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

${\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{400-500^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{V}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

Остання реакція є важливою стадією у каталітичному виробництві сульфатної кислоти.

Ванадій з оксиду відновлюється лише при дії кальцію, тоді як з алюмінієм утворюється сплав V—Al.

${\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{5}\mathrm{C}\mathrm{a}\stackrel{950^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{V}\mathrm{+}\mathrm{5}\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{O}$

Важливим ванадієвмісним сплавом є ферованадій, котрий добувають спільним відновленням V₂O₅ і Fe₂O₃:

${\mathrm{V}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{8}\mathrm{C}\stackrel{1000^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{(}\mathrm{F}\mathrm{e},\mathrm{V}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{8}\mathrm{C}\mathrm{O}$

Токсичність

Оксид ванадію(V) є небезпечним. Його вдихання серйозно подразнює дихальні шляхи, що може супроводжуватися задишкою і астмою, негативним впливом на легені. Проковтування речовини є потенційно смертельним, потрапивши до організму, вона впливає на ЦНС. При контакті за шкірою може спостерігатися алергічна реакція. Оксид ванадію класифікується як потенційний канцероген.

Застосування

Оксид ванадію широко використовується в ролі каталізатору для гомогенного і гетерогенного каталізу — у виробництві сульфатної кислоти, фталевого і малеїнового ангідридів, адипінової та акрилової кислот. Також незначні кількості йдуть на отримання щавелевої кислоти й антрахінону.

Він є складовою спеціального скла, що затримує ультрафіолетове випромінювання, також застосовується у виготовленні пігментів (жовтого SnO₂/V₂O₅ і синього ZrO₂/V₂O₅) та як антистатичний шар у фотографічних матеріалах.

Див. також

• Ванадати природні
• Ферованадій

Посилання

• Vanadium(V) oxide. Material Safety Data Sheet — Clayton State Univercity Шаблон:Недоступне посилання Шаблон:Ref-en

Джерела

• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru