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.