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五酸化バナジウムの構造と化学的性質

Mar 27, 2025 伝言を残す

1. 結晶構造

基本単位

配位多面体:層状構造が形成されているVO₅四面体そしてVO₄四面体、共通のエッジまたはコーナーによって接続されます。

層間力: 層は弱い力によって結合されます。ファン-デル-軍そして簡単に剥離する可能性があります(グラファイトのように)。

宇宙群

結晶系:斜方晶系(空間群)うーん)。

セルのオプション:

a=11、51 Å、b=4、37 Å、c=3、56 Å。

各単位セルには以下が含まれますバナジウム原子2個そして酸素原子5個

構造的特徴

バナジウム-酸素結合の長さ:

短結合 (~1.58 Å): V=O 二重結合 (四面体頂点酸素)。

長結合 (~1.78-2.02 Å): VO 単結合 (層内架橋酸素)。

層状異方性: 簡単に破壊されますb軸その結果、V₂O₅ は鱗片状または針状の形状をとることがよくあります。

2. 化学的性質

酸化還元特性

強力な酸化剤:

高温では、HCl、HBr などが酸化する可能性があります。例えば:
V2O5+6HCl Δ2VOCl2+Cl2+3H2O

還元剤 (H2、C など) と反応して、低価の酸化物 (VO2、V2O3、またはバナジウム金属) を形成します。

自己修復:

加熱すると分解する690度以上:
2V2O5 Δ4VO2+O2↑

酸-塩基反応(両性)

酸と反応する教育を受けてバナジン酸-イオン (VO₂⁺)たとえば、硫酸に溶解すると、次のようになります。
V2 O5 +2H2 SO4 →2VO2 SO4 +H2 O

アルカリと反応する教育を受けてバナジン酸塩(例: メタバナジン酸ナトリウム NaVO₃):
V2O5+2NaOH→2NaVO3+H2O

さらに強アルカリに溶解すると、無色[VO₄]³-(オルトバナジウム酸塩)。

触媒活性

硫酸工業: SO₂ から SO₃ への酸化を触媒します (メカニズムには V⁵⁺↔V⁴⁺ サイクルが含まれます):
2SO2 +O2 V2 O5 2SO3

選択酸化: たとえば、ベンゼンの無水マレイン酸への酸化、およびプロパン - のアクリル酸への酸化。

有機物との反応

アルコールとアルデヒドの酸化: たとえば、エタノールはアセトアルデヒドに酸化され、次に酢酸になります。

重合反応: 特定のポリマー (ポリエチレンなど) の合成の触媒として機能します。

3. 電子物性とバンド構造

半導体特性: ストリップギャップについて2.3eV(光の可視範囲での吸収)。

電荷転送: d⁰ 電子配置 V⁵⁵⁺ により、電子を容易に受け取り、酸化還元サイクルに参加できます。

4. 特殊な現象と反応

インターカレーション化学: Li イオンと Na イオンは層間に挿入でき、リチウム-ナトリウム イオン電池で使用されます。
V2O5+xLi++xe-→リックスV2O5

光過敏症:紫外線の影響により有機物の分解(染料の分解など)を触媒します。