Соединения ванадия (II, III, IV, V)

Элементы в свободном состоянии. Получение, свойства.

В виде простых веществ V, Nb, Ta - серые тугоплавкие металлы. Чистые металлы ковки, тогда как примеси (особенно O, H, N, C) сильно ухудшают пластичность и повышпют твердость металлов.

V на холоду растворяется лишь в царской водке и концентрированной HF, а при нагревании - в азотной и концентрированной серной кислоте.

Ванадий, ниобий и тантал взаимодействуют при сплавлении с щелочами в присутствии окислителей:

При нагревании металлы окисляются кислородом до , фтором - . При высокой температуре они также реагируют с хлором, азотом, углеродом и др.

Получение:

из оксидов или галогенидов металлотермическим способом:

Ниобий и тантал получают также электролизом в расплавленных комплексных фторидах, например ,

Соединения ванадия (II, III, IV, V).

Соединения (II)

В соединения ванадия (II) металл входит в виде катиона V²⁺.

Оксид ванадия (II) VO – вещество серого цвета, обладает металлическим блеском и довольно высокой электрической проводимостью, кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке типа хлорида натрия.

Проявляет основные свойства, с водой и щелочами не взаимодействует, реагирует с кислотами:

VO + 2HCl = VCl₂ + H₂O;

при этом образуется бледно-голубого или фиолетового цвета раствор соли ванадия (II).

Получается при восстановлении оксида ванадия (V) водородом при 1700 °С:

V₂O₅ + 3H₂ = 2VO + 3H₂O.

Соединения V (II) - сильные восстановители. Фиолетовые растворы производных довольно легко окисляются до и их окраска становится зеленой.

Соединения (III):

Основными формами существования ванадия (III) являются V³⁺, VO⁺, VO₃^3-, комплексные ионы, в которых ванадий имеет координационное число, равное 6.

Оксид ванадия (III) V₂O₃ – вещество черного цвета, кристаллизуется в виде двух полиморфных модификаций.

Проявляет амфотерные свойства с преобладанием основных, растворяется только в кислотах:

V₂O₃ + 6HCl = 2VCl₃ + 3H₂O.

Получается восстановлением оксида ванадия (V) оксидом углерода (II) или водородом при нагревании:

V₂O₅ + 2H₂ = V₂O₃ + 2H₂O.

Производные ванадия (III) - сильные восстановители; в растворах они довольно легко окисляются кислородом воздуха до производных V (IV).

Соединения ванадия (IV)

При обычных условиях степень окисления +4 является для ванадия наиболее характерной. Ванадий (IV) существует в следующих формах: VO²⁺ (ванадин-ион), VO₃^2-, V₄O₉^2- (ванадат (IV)-ионы). В комплексных ионах имеет координационное число, равное 6, а также 4 и 5.

Оксид ванадия (IV) VO₂ – вещество синего цвета. Амфотерное соединение, с преобладанием кислотных свойств. В воде не растворяется, реагирует с кислотами с образованием производных ванадила светло-синего цвета:

VO₂ + 2HCl = VOCl₂ + H₂O;

взаимодействует со щелочами, при этом образуются оксованадаты (IV) бурого цвета:

4VO₂ + 2KOH = K₂[V₄O₉] + H₂O.

Проявляет восстановительные свойства.

Соединения ванадия (V)

Степень окисления +5 для ванадия реализуется в оксокатионах VO₂⁺, VO³⁺ (ванадил-ионы) и оксоанионах VO₄^3-, V₂O₇^4-, V₃O₉^3- и др. (ванадат (V)-ионы).

Оксид ванадия (V) V₂O₅ – тугоплавкое кристаллическое вещество красно-бурого цвета, обладает полупроводниковыми свойствами.

Проявляет кислотные свойства. Плохо растворяется в воде, образуя раствор светло-желтого цвета. Легко растворяется в щелочах, с образованием ванадатов:

V₂O₅ + 2KOH = 2KVO₃ + H₂O.

При взаимодействии с концентрированной соляной кислотой проявляет окислительные свойства:

V₂O₅ + 6HCl = 2VOCl₂ + Cl₂ + 3H₂O.

Чистый оксид ванадия (V) получают при разложении ванадата аммония при 400–500 °С:

2NH₄VO₃ = V₂O₅ + 2NH₃ + H₂O