Vanadiumpentoksied

Vanadiumpentoksied, vanadium(V)oksied of vanadia is 'n oksied van vanadium. Dis 'n geel vastestof met die chemiese formule V₂O₅. Dit is 'n verbinding van vanadium waarin hierdie element sy hoogste oksidasietoestand besit (V⁵⁺). Daar bestaan ook heelparty laer oksiede. Die stof word uit vanadiumerts verkry.

Eienskappe

Algemeen
Naam	Vanadiumpentoksied
IUSTC-naam	Vanadium(V)oksied
Struktuurformule van
Chemiese formule	V2O5
Molêre massa	181,88 [g/mol]
CAS-nommer	1314-62-1
Voorkoms	Geel vastestof
Reuk	Reukloos
Fasegedrag
Ruimtegroep	Pmmn
Smeltpunt	690 °C
Kookpunt	~1750 °C (ontbind)
Digtheid	3,35 g/cm3
Oplosbaarheid	515 [g/L] (20 °C)
Suur-basis eienskappe
pKa
Veiligheid
Flitspunt	onbrandbaar
LD50	466,93 mg/kg (rot)
Tensy anders vermeld is alle data vir standaardtemperatuur en -druk toestande.
Portaal Chemie

Kristalstruktuur

Een laag van die kristalstruktuur

Die kristalstruktuur van vanadiumpentoksied is ortobombies en behoort aan die ruimtegroep Pmmn. Die asse is a=1151 pm, b= 437 pm en c=356 pm. Die struktuur bestaan uit lae van versteurde vierkante VO₅-piramides wat rande en hoeke deel. Die vanadiumatoom het 'n taamlik ongewone vyfvoudige omringing. Die wisselwerking tussen die lae is swak.

Daar is drie verskillende suurstofatome. O(1) word die vanadilsuurstof (-VO) genoem omdat dit slegs aan een vanadiumatoom gebind is. Die ander suurstofatome vervul 'n brugfunksie: O(2) verbind twee vanadiumatome en O(3) drie.

Hierdie fase is die termodinamies stabiele een en word α-V₂O₅ genoem. By hoë temperature en drukke kan β-V₂O₅ (monoklinies of tetragonaal) en γ-V₂O₅ (ortorombies) gevorm word.

Elektroniese struktuur

Die kamertemperatuurvorm is 'n halfgeleier maar die stof ondergaan 'n omkeerbare oorgang na metalliese geleiding by 257°C. Berekenings met die digtheidsfunksionaalteorie wys dat die volle orbitale aan die bokant van die valensband veral aan die suurstofatome O(2) en O(3) behoort. Vanadium se d-orbitale vorm die leë geleidingsband. Die stof is 'n n-tipe halfgeleier met 'n lae mobiliteit. Die bandgaping is 2,27 of 2,23 eV afhanklik van uitgloeiing.

Interkalasie

Interkalasie van watermolekule tussen die V₂O₅-lae kan verwesenlik word om hidrate V₂O₅.nH₂O te vorm met n=1,5 of 2,6. Die lang a-as neem daardeur toe van 117 tot 145 pm. Die watermolekule vertoon beperkte rotasie. Hierdie materiale is goeie geleiers vanweë die mobiliteit van die protone in die geïnterkaleerde waterlaag. Hulle is vergelykbaar met smektiese klei.

Eienskappe

Vanadia is effens oplosbaar in water en is baie toksies en dalk kankerverwekkend. Dit is 'n amfoteriese oksied wat in sterk sure en sterk basisse oplos. Dit is 'n sterk oksidant. By verhitting bo 700°C reduseer dit tot vanadium(IV)oksied en stel suurstof vry:

${2V_{2}O_{5}}\to {4VO_{2}+O_{2}}\uparrow$

Aanwending

Dit word as katalisator by die vervaardiging van swawelsuur gebruik.

As katalisator word dit ook gebruik vir die oksidatiewe dehidrogenasie van propaan tot propeen:

$2C_{3}H_{8}+O_{2}\xrightarrow {V_{2}O_{5}} 2C_{3}H_{6}+2H_{2}O$

In hierdie reaksie speel die vanidilsuurstofatoom O(1) 'n belangrike rol. Hierdie atoom kan aan die propaanmolekuul geskenk word. Dit vorm holte-defekte en verteenwoordig 'n reduksie van V⁵⁺ na V⁴⁺ of V³⁺ wat later weer deur die aanwesige suurstof reggestel word.