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, tā hidratētas formas ir izteiktāk oranžas. Tas ir amfotērs oksīds, kā arī oksidētājs. Dabā sastopams ļoti reta minerāla ščerbinaīta veidā.

Kristāliskā uzbūve 
Kristālisks 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. 

Vanādija pentoksīda kristāliskā struktūra sastāv no VO5 kvadrātiskām piramīdām, kam ir kopīgas šķautnes.

Iegūšana 
Vanādija 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 NH4VO3  →  V2O5 +  2 NH3 + H2O

Ķīmiskās īpašības 
Vanādija 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. Ja tas reaģē ar sārmu ūdens šķīdumu pārākumu, iegūst bezkrāsainus ortovanadātu ūdens šķīdumus: 

 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).

Tas reaģē ar stiprām nereducējošām skābēm, veidojot dioksivanādija(V) katjonus:

 V2O5 + 2 HNO3  →  2 (VO2)NO3 + H2O

Vanādija pentoksīds reakcijās darbojas arī kā oksidētājs, piemēram, reakcijās ar halogēnūdenražskābēm (piemēram, koncentrētu sālsskābi), tas veido vanādija oksohalogenīdus, kuros vanādijam ir oksidēšanās pakāpe +4:

 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:

 V2O5 + 2 H2  →  V2O3 + 2 H2O

Izmantošana 
Vanādija pentoksīds galvenokārt tiek izmanots kā katalizators, piemēram, sērskābes iegūšanas procesā tas katalizē sēra dioksīda oksidēšanos par sēra trioksīdu:

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 

Oksidētāji
Oksīdi