Окси́д вана́дия(IV) (также диокси́д вана́дия , двуо́кись вана́дия ) — бинарное неорганическое соединение, окись металла ванадия с формулой VO ₂ , 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 2 ₁ / 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 4 ₁ / 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.

Образует кристаллогидраты:

• VO ₂ ·H ₂ O — зелёного цвета, может рассматриваться как VO(OH) ₂ — гидроксид ванадила или H ₂ VO ₃ — метаванадиевая кислота;
• VO ₂ ·2H ₂ O — синего цвета, может рассматриваться как V(OH) ₄ — гидроксид ванадия(IV);
• 2VO ₂ ·H ₂ O — чёрно-синего цвета;
• 2VO ₂ ·7H ₂ O

Химические свойства

• Реагирует с кислотами с образованием солей :

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

• Реагирует с щелочами с образованием :

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

• 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» . 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 .

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 VO ₂ 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.

Примечания

Литература

• Слотвинский-Сидак Н. П. // 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.

п • • р Оксиды
H 2 O
Li 2 O LiCoO 2 Li 3 PaO 4 Li 5 PuO 6 Ba 2 LiNpO 6 LiAlO 2 Li 3 NpO 4 Li 2 NpO 4 Li 5 NpO 6 LiNbO 3	BeO											B 2 O 3	С 3 О 2 C 12 O 9 CO C 12 O 12 C 4 O 6 CO 2	N 2 O NO N 2 O 3 N 4 O 6 NO 2 N 2 O 4 N 2 O 5	O	F
Na 2 O NaPaO 3 NaAlO 2 Na 2 PtO 3	MgO											AlO Al 2 O 3 NaAlO 2 LiAlO 2 AlO(OH)	SiO SiO 2	P 4 O P 4 O 2 P 2 O 3 P 4 O 8 P 2 O 5	S 2 O SO SO 2 SO 3	Cl 2 O ClO 2 Cl 2 O 6 Cl 2 O 7
K 2 O K 2 PtO 3 KPaO 3	CaO Ca 3 OSiO 4 CaTiO 3	Sc 2 O 3	TiO Ti 2 O 3 TiO 2 TiOSO 4 CaTiO 3 BaTiO 3	VO V 2 O 3 V 3 O 5 V 2 O 5	FeCr 2 O 4 CrO Cr 2 O 3 CrO 2 CrO 3 MgCr 2 O 4	MnO Mn 3 O 4 Mn 2 O 3 MnO(OH) Mn 5 O 8 MnO 2 MnO 3 Mn 2 O 7	FeCr 2 O 4 FeO Fe 3 O 4 Fe 2 O 3	CoFe 2 O 4 CoO Co 3 O 4 CoO(OH) Co 2 O 3 CoO 2	NiO NiFe 2 O 4 Ni 3 O 4 NiO(OH) Ni 2 O 3	Cu 2 O CuO CuFe 2 O 4 Cu 2 O 3 CuO 2	ZnO	Ga 2 O Ga 2 O 3	GeO GeO 2	As 2 O 3 As 2 O 4 As 2 O 5	SeOCl 2 SeOBr 2 SeO 2 Se 2 O 5 SeO 3	Br 2 O Br 2 O 3 BrO 2
Rb 2 O RbPaO 3 Rb 4 O 6	SrO	Y 2 O 3 YOF YOCl	ZrO(OH) 2 ZrO 2 ZrOS Zr 2 О 3 Сl 2	NbO Nb 2 O 3 NbO 2 Nb 2 O 5 Nb 2 O 3 (SO 4 ) 2 LiNbO 3	Mo 2 O 3 Mo 4 O 11 MoO 2 Mo 2 O 5 MoO 3	TcO 2 Tc 2 O 7	Ru 2 O 3 RuO 2 Ru 2 O 5 RuO 4	RhO Rh 2 O 3 RhO 2	PdO Pd 2 O 3 PdO 2	Ag 2 O Ag 2 O 2	Cd 2 O CdO	In 2 O InO In 2 O 3	SnO SnO 2	Sb 2 O 3 Sb 2 O 4 Hg 2 Sb 2 O 7 Sb 2 O 5	TeO 2 TeO 3	I 2 O 4 I 4 O 9 I 2 O 5
Cs 2 O Cs 2 ReCl 5 O	BaO BaPaO 3 BaTiO 3 BaPtO 3		HfO(OH) 2 HfO 2	Ta 2 O TaO TaO 2 Ta 2 O 5	WO 2 Br 2 WO 2 WO 2 Cl 2 WOBr 4 WOF 4 WOCl 4 WO 3	Re 2 O ReO Re 2 O 3 ReO 2 Re 2 O 5 ReO 3 Re 2 O 7	OsO Os 2 O 3 OsO 2 OsO 4	Ir 2 O 3 IrO 2	PtO Pt 3 O 4 Pt 2 O 3 PtO 2 K 2 PtO 3 Na 2 PtO 3 PtO 3	Au 2 O AuO Au 2 O 3	Hg 2 O HgO (Hg 3 O 2 )SO 4 Hg 2 O(CN) 2 Hg 2 Sb 2 O 7 Hg 3 O 2 Cl 2 Hg 5 O 4 Cl 2	Tl 2 O Tl 2 O 3	Pb 2 O PbO Pb 3 O 4 Pb 2 O 3 PbO 2	BiO Bi 2 O 3 Bi 2 O 4 Bi 2 O 5	PoO PoO 2 PoO 3	At
Fr	Ra		Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts
		↓
		La 2 O 2 S La 2 O 3	Ce 2 O 3 CeO 2	PrO Pr 2 O 2 S Pr 2 O 3 Pr 6 O 11 PrO 2	NdO Nd 2 O 2 S Nd 2 O 3 NdHO	Pm 2 O 3	SmO Sm 2 O 3	EuO Eu 3 O 4 Eu 2 O 3 EuO(OH) Eu 2 O 2 S	Gd 2 O 3	Tb	Dy 2 O 3	Ho 2 O 3 Ho 2 O 2 S	Er 2 O 3	Tm 2 O 3	YbO Yb 2 O 3	Lu 2 O 2 S Lu 2 O 3 LuO(OH)
		Ac 2 O 3	UO 2 UO 3 U 3 O 8	PaO PaO 2 Pa 2 O 5 PaOS	ThO 2	NpO NpO 2 Np 2 O 5 Np 3 O 8 NpO 3	PuO Pu 2 O 3 PuO 2 PuO 3 PuO 2 F 2	AmO 2	Cm 2 O 3 CmO 2	Bk 2 O 3	Cf 2 O 3	Es	Fm	Md	No	Lr