فاناديوم
الخواص الكيميائية > المركبات الكيميائية > اللاعضوية

يشكّل الفاناديوم الخماسي في المحاليل المائية طيفاً واسعاً من الأنيونات الأكسجينية، الأمر الذي بُرهِنَ عليه باستخدام مطيافية الرنين المغناطيسي النووي. تبدو علاقة التداخل بين تلك الأنواع الكيميائية، التي يبلغ عددها 11 على الأقلّ، ظاهرةً في ما يعرف باسم «مخطّط السيطرة»، والذي يعتمد على إظهار الأنواع المسيطرة في وسط المحلول المائي اعتماداً على التركيز وعلى pH الوسط. يعدّ أيون أورثو فانادات رباعي السطوح 3−VO4 النوع الكيميائي الرئيسي المسيطر في الأوساط القاعدية التي لها قيمة pH تقع بين 12-14. نظراً للتشابه بين الفاناديوم الخماسي مع الفوسفور الخماسي من حيث الحجم والشحنة الكهربائية، فإنّ السلوك الكيميائي وبنية أيون أورثو الفانادات يُسخَّران من أجل دراسة الإنزيمات الفوسفوريلية بالأشعّة السينية، ومن أجل دراسة الكيمياء الحيوية للفوسفات.
عند قيم pH أخفض يتشكّل كلّ من أحادي القسيمة (المونومر) 2−[HVO4] وثنائي الوحدات (الديمر) 4−[V2O7]، ويكون النوع الأول مسيطراً في التراكيز المنخفضة من الفاناديوم (التراكيز الأقلّ من 10−2 مولار). يعدّ تشكّل أيون ثنائي الفانادات مناظراً لتشكّل أيون ثنائي الكرومات. مع الانخفاض الأكبر في قيم pH الوسط تزداد فرص حدوث عمليات البرتنة والتكاثف لتشكيل متعدّد الفانادات. عند قيم pH واقعة بين 4-6 يكون الأيون −[H2VO4] مسيطراً عند تراكيز تفوق 10−4 مولار؛ مع ازدياد الفرصة لتشكّل ثلاثيّات ورباعيّات الوحدات عند تراكيز مرتفعة. أمّا عند قيم pH واقعة بين 2-4 فإنّ أيون عشاري الفانادات هو الذي يكون مسيطراً. تمثّل المعادلة الكيميائية التالية تشكّل عشاري الفانادات من أورثو الفانادات في الأوساط الحمضية:
يكون الفاناديوم الخماسي في عشاري الفانادات محاطاً بستّ ربيطات من الأكسيد. لا يتشكّل حمض الفاناديك H3VO4 إلّا عند تراكيز منخفضة جدّاً، لأنّ برتنة الأنواع رباعية السطوح من − [H2VO4] تؤدّي إلى تفضيل تشكّل الأنواع ثمانية السطوح من +[VO2(H2O)4]. في الأوساط الحمضية القويّة (pH < 2) تكون السيطرة للنوع الكيميائي +[VO2(H2O)4]؛ وعند ازدياد التركيز يترسّب الأكسيد V2O5 من المحلول. نظرياً ومن الناحية الكيميائية يعدّ أكسيد الفاناديوم الخماسي أكسيداً حمضياً، ويمثّل أنهيدريد حمض الفاناديك. للفاناديوم الخماسي مقدرةٌ على تشكيل معقدات بيروكسو مختلفة، أشهرها الموجود في الموقع النشط لإنزيمات بروموبيروكسيداز. يكون النوع الكيميائي +VO(O)2(H2O)4 مستقرّاً في المحاليل الحمضية. أمّا في الأوساط القاعدية فإنّ الأنواع الحاوية على مجموعات بيروكسيد يتراوح عددها بين 2-4 هي أنواع كيميائية معروفة؛ وفي الحالة الأخيرة، تتشكّل أملاح بنفسجية لها الصيغة العامة M3V(O2)4 nH2O حيث يمثل الرمز M فلزّاً قلويّاً مثل Li أو Na، ويكون فيها الفاناديوم ثمانيّ التناسق.
يعدّ أكسيد الفاناديوم الخماسي (خماسي أكسيد الفاناديوم) V2O5 أهمّ أكاسيد الفاناديوم وأكثر مركّباته أهمّيّةً من الناحية التجارية، إذ يُستخدَم حفّازاً في إنتاج حمض الكبريتيك، وهو تفاعل تُسَخّر فيه مقدرة الفاناديوم على الدخول في تفاعلات الأكسدة والاختزال. من الأكاسيد الأخرى المعروفة للفاناديوم كلّ من أكسيد الفاناديوم الرباعي VO2 وأكسيد الفاناديوم الثلاثي V2O3 وأكسيد الفاناديوم الثنائي VO.
يُعرَف اثنا عشر هاليداً للفاناديوم، وهي تتبع الصيغة العامة VXn، حيث تتراوح قيمة n من 2-5؛ بالمقابل، فإنّ البعض من الهاليدات غير مستقرّة مثل VI4 أو VCl5 أو VBr5 أو VI5. يستخدم كلوريد الفاناديوم الرباعي VCl4 حفّازاً من أجل بلمرة الدِّيِينَات. تتّسم هاليدات الفاناديوم بأنّها أحماض لويس قوية، خاصّةً هاليدات الفاناديوم الرباعي والخماسي. كما يستطيع العديد من تلك الهاليدات أن يشكّل معقّدات تناسقية ذات الصيغة العامّة VXnL6−n، حيث تمثّل X الهالوجين وL ربيطة أخرى.
إنّ الكثير من الهاليدات الأكسجينية للفاناديوم هي مركّبات معروفة، وهي تتبع الصيغة العامة VOmXn؛ وأكثر تلك المركّبات دراسةً هما مركّبا أوكسي ثلاثي فلوريد الفاناديوم VOF3 وأوكسي ثلاثي كلوريد الفاناديوم VOCl3، واللذان يمتلكان خواصّاً شبيهةً بمركّب POCl3 من حيث التطايرية والبنية رباعية السطوح، وبكونهما من أحماض لويس.