Оксид ванадия(IV)

Оксид ванадия​(IV)​
Общие
Систематическое наименование	Оксид ванадия​(IV)​
Традиционные названия	Окись ванадия
Хим. формула	VO2
Физические свойства
Состояние	чёрно-синие кристаллы
Молярная масса	82,94 г/моль
Плотность	4,34 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	1545 °C
• кипения	2727 °C
Мол. теплоёмк.	57,3 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	-713 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS	12036-21-4
PubChem	82849
Рег. номер EINECS	234-841-1
SMILES	O=[V]=O
InChI	InChI=1S/2O.V GRUMUEUJTSXQOI-UHFFFAOYSA-N
ChEBI	30047
ChemSpider	74761
Безопасность
NFPA 704	0 2 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Окси́д вана́дия(IV) (также диокси́д вана́дия, двуо́кись вана́дия) — бинарное неорганическое соединение, окись металла ванадия с формулой VO₂, чёрно-синие кристаллы, не растворимые в воде, образует кристаллогидраты.

Получение

• Мягкое восстановление оксида ванадия(V) с помощью, например, оксида углерода(II), оксида серы(IV) или при сплавлении с щавелевой кислотой:

${\displaystyle {\mathsf {V_{2}O_{5}+H_{2}C_{2}O_{4}\ {\xrightarrow {T}}\ 2VO_{2}+2CO_{2}+H_{2}O}}}$

• Нагревание оксидов ванадия(III) и ванадия(V) в инертной атмосфере:

${\displaystyle {\mathsf {V_{2}O_{3}+V_{2}O_{5}\ {\xrightarrow {800^{o}C}}\ 4VO_{2}}}}$

Физические свойства

Оксид ванадия(IV) при нормальных условиях образует чёрно-синие кристаллы моноклинной сингонии, пространственная группа P 2₁/c, параметры ячейки a = 0,5743 нм, b = 0,4517 нм, c = 0,5375 нм, β = 122,61°, Z = 4, d = 4,571 г/см^3 (α-форма). Эта форма является антиферромагнетиком с температурой Нееля 345 К.

При температуре 67 или 68  °C происходит переход в β-фазу тетрагональной сингонии, пространственная группа P 4₁/mnm, параметры ячейки a = 0,454 нм, c = 0,285 нм, Z = 2, d = 4,653 г/см^3, тип рутила. Энтальпия перехода 3,1 кДж/моль.

Структура VO₂ (сверху моноклинная α-фаза, снизу высокотемпературная тетрагональная β-фаза). Атомы ванадия показаны фиолетовым цветом, кислорода — розовым

Образует кристаллогидраты:

• VO₂·H₂O — зелёного цвета, может рассматриваться как VO(OH)₂ — гидроксид ванадила или H₂VO₃ — метаванадиевая кислота;
• VO₂·2H₂O — синего цвета, может рассматриваться как V(OH)₄ — гидроксид ванадия(IV);
• 2VO₂·H₂O — чёрно-синего цвета;
• 2VO₂·7H₂O

Химические свойства

• Реагирует с кислотами с образованием солей ванадила:

${\displaystyle {\mathsf {VO_{2}+2HCl\ {\xrightarrow {}}\ VOCl_{2}+H_{2}O}}}$

• Реагирует с щелочами с образованием ванадитов:

${\displaystyle {\mathsf {4VO_{2}+2KOH\ {\xrightarrow {}}\ K_{2}V_{4}O_{9}+H_{2}O}}}$

• Восстанавливается водородом:

${\displaystyle {\mathsf {2VO_{2}+H_{2}\ {\xrightarrow {530-600^{o}C}}\ V_{2}O_{3}+H_{2}O}}}$

• Реагирует с пероксидом натрия, образуя ванадат(V):

${\displaystyle {\mathsf {2VO_{2}+Na_{2}O_{2}\ {\xrightarrow {}}\ 2NaVO_{3}}}}$

Фазовый переход и проводимость

В диоксиде ванадия при температуре 67  (по другим сведениям 68) °C происходит «фазовый переход полупроводник−металл»[1]. При этом происходит скачок удельного сопротивления от 10^−6 до 10^−1 ом·метр. Меняются также и оптические свойства: показатель преломления падает от 2,5 до 2,0 [2].

Применение

Оксид ванадия(IV) применяется в производстве ванадиевых бронз, как полупроводниковый материал для терморезисторов, переключателей элементов памяти, дисплеев, для стеклянных покрытий, которые блокируют инфракрасное излучение.

Поликристаллические плёнки VO₂ используют в электронных устройствах, в визуализаторах инфракрасного (ИК) излучения, нелинейно-оптических ограничителях излучения, в качестве сред для записи голограмм, в зеркалах с управляемым коэффициентом отражения.[3]

Примечания

1. Шадрин Е. Б., Ильинский А. В. О природе фазового перехода металл-полупроводник в диоксиде ванадия (рус.) // Физика твёрдого тела. — 2000. — Т. 42, вып. 6. — С. 1092—1099. Архивировано 24 декабря 2013 года.
2. Ильинский А. В., Квашенкина О. Е., Шадрин Е. Б. Фазовый переход и корреляционные эффекты в диоксиде ванадия (рус.) // Физика и техника полупроводников. — 2012. — Т. 46, вып. 4. — С. 439—446. Архивировано 24 декабря 2013 года.
3. Виноградова О. П. и др. Синтез и свойства нанокристаллов диоксида ванадия в силикатных пористых стёклах (рус.) // Физика твёрдого тела. — 2008. — Т. 50, № 4. — С. 734—740. Архивировано 5 октября 2016 года.

Литература

• Слотвинский-Сидак Н. П. Ванадия оксиды // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А — Дарзана. — С. 351—352. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.
• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 2-е изд., испр. — М.; Л.: Химия, 1966. — Т. 1. — 1072 с.
• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
• Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.
• Неорганическая химия / Под ред. Ю. Д. Третьякова. — М.: Академия, 2007. — Т. 3. — 352 с.