Оксид ванадия(IV) — Википедия

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:

{\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:

{\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/см³ (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/см³, тип рутила. Энтальпия перехода 3,1 кДж/моль.

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:

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

Реагирует с щелочами с образованием ванадитов:

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

Восстанавливается водородом:

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

Реагирует с пероксидом натрия, образуя ванадат(V):

{\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

↑ 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.
↑ 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.
↑ 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.

[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.

[1]

[2]

[3]

п о р Оксиды
H₂O
Li₂O LiCoO₂ Li₃PaO₄ Li₅PuO₆ Ba₂LiNpO₆ LiAlO₂ Li₃NpO₄ Li₂NpO₄ Li₅NpO₆ LiNbO₃	BeO											B₂O₃	С₃О₂ C₁₂O₉ CO C₁₂O₁₂ C₄O₆ CO₂	N₂O NO N₂O₃ N₄O₆ NO₂ N₂O₄ N₂O₅	O	F
Na₂O NaPaO₃ NaAlO₂ Na₂PtO₃	MgO											AlO Al₂O₃ NaAlO₂ LiAlO₂ AlO(OH)	SiO SiO₂	P₄O P₄O₂ P₂O₃ P₄O₈ P₂O₅	S₂O SO SO₂ SO₃	Cl₂O ClO₂ Cl₂O₆ Cl₂O₇
K₂O K₂PtO₃ KPaO₃	CaO Ca₃OSiO₄ CaTiO₃	Sc₂O₃	TiO Ti₂O₃ TiO₂ TiOSO₄ CaTiO₃ BaTiO₃	VO V₂O₃ V₃O₅ VO₂ V₂O₅	FeCr₂O₄ CrO Cr₂O₃ CrO₂ CrO₃ MgCr₂O₄	MnO Mn₃O₄ Mn₂O₃ MnO(OH) Mn₅O₈ MnO₂ MnO₃ Mn₂O₇	FeCr₂O₄ FeO Fe₃O₄ Fe₂O₃	CoFe₂O₄ CoO Co₃O₄ CoO(OH) Co₂O₃ CoO₂	NiO NiFe₂O₄ Ni₃O₄ NiO(OH) Ni₂O₃	Cu₂O CuO CuFe₂O₄ Cu₂O₃ CuO₂	ZnO	Ga₂O Ga₂O₃	GeO GeO₂	As₂O₃ As₂O₄ As₂O₅	SeOCl₂ SeOBr₂ SeO₂ Se₂O₅ SeO₃	Br₂O Br₂O₃ BrO₂
Rb₂O RbPaO₃ Rb₄O₆	SrO	Y₂O₃ YOF YOCl	ZrO(OH)₂ ZrO₂ ZrOS Zr₂О₃Сl₂	NbO Nb₂O₃ NbO₂ Nb₂O₅ Nb₂O₃(SO₄)₂ LiNbO₃	Mo₂O₃ Mo₄O₁₁ MoO₂ Mo₂O₅ MoO₃	TcO₂ Tc₂O₇	Ru₂O₃ RuO₂ Ru₂O₅ RuO₄	RhO Rh₂O₃ RhO₂	PdO Pd₂O₃ PdO₂	Ag₂O Ag₂O₂	Cd₂O CdO	In₂O InO In₂O₃	SnO SnO₂	Sb₂O₃ Sb₂O₄ Hg₂Sb₂O₇ Sb₂O₅	TeO₂ TeO₃	I₂O₄ I₄O₉ I₂O₅
Cs₂O Cs₂ReCl₅O	BaO BaPaO₃ BaTiO₃ BaPtO₃		HfO(OH)₂ HfO₂	Ta₂O TaO TaO₂ Ta₂O₅	WO₂Br₂ WO₂ WO₂Cl₂ WOBr₄ WOF₄ WOCl₄ WO₃	Re₂O ReO Re₂O₃ ReO₂ Re₂O₅ ReO₃ Re₂O₇	OsO Os₂O₃ OsO₂ OsO₄	Ir₂O₃ IrO₂	PtO Pt₃O₄ Pt₂O₃ PtO₂ K₂PtO₃ Na₂PtO₃ PtO₃	Au₂O AuO Au₂O₃	Hg₂O HgO (Hg₃O₂)SO₄ Hg₂O(CN)₂ Hg₂Sb₂O₇ Hg₃O₂Cl₂ Hg₅O₄Cl₂	Tl₂O Tl₂O₃	Pb₂O PbO Pb₃O₄ Pb₂O₃ PbO₂	BiO Bi₂O₃ Bi₂O₄ Bi₂O₅	PoO PoO₂ PoO₃	At
Fr	Ra		Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts
		↓
		La₂O₂S La₂O₃	Ce₂O₃ CeO₂	PrO Pr₂O₂S Pr₂O₃ Pr₆O₁₁ PrO₂	NdO Nd₂O₂S Nd₂O₃ NdHO	Pm₂O₃	SmO Sm₂O₃	EuO Eu₃O₄ Eu₂O₃ EuO(OH) Eu₂O₂S	Gd₂O₃	Tb	Dy₂O₃	Ho₂O₃ Ho₂O₂S	Er₂O₃	Tm₂O₃	YbO Yb₂O₃	Lu₂O₂S Lu₂O₃ LuO(OH)
		Ac₂O₃	UO₂ UO₃ U₃O₈	PaO PaO₂ Pa₂O₅ PaOS	ThO₂	NpO NpO₂ Np₂O₅ Np₃O₈ NpO₃	PuO Pu₂O₃ PuO₂ PuO₃ PuO₂F₂	AmO₂	Cm₂O₃ CmO₂	Bk₂O₃	Cf₂O₃	Es	Fm	Md	No	Lr

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