Целью работы является изучение литературных данных о свойствах ванадия и его соединениях и экспериментальное получение соединений ванадия, в том числе и гидроксидов, в различных степенях окисления, изучение их свойств.
С кислородом ванадий образует несколько оксидов: VO, V2O3, VO2, V2O5. Им соответствуют гидроксиды: V(OH)2, V(OH)3, VО(OH)2 и НVO3. VO и V(OH)2 проявляют основные свойства, V2O3 и V(OH)3 – амфотерные с преобладанием основных свойств, VO2 и VО(OH)2 – амфотерные свойства и V2O5 и НVO3 – амфотерные с преобладанием кислотных свойств [1].
Коричневый гидроксид V(OH)2, образующийся при действии щелочей на растворы солей V(II), проявляет основные свойства и очень быстро окисляется до гидроксида ванадия (III):
VSO4 + 2NaOH = V(OH)2↓+ Na2SO4.
Для получения и сохранения V(OH)2 требуется инертная атмосфера.
Действуя на соли ванадия (III) щелочью, можно получить гидроксид V(OH)3, который выделяется при рН 4-5 в виде рыхлого грязно-зеленого осадка. Гидроксид ванадия (III) проявляет свойства основания в большей степени, чем гидроксид Cr(III). Это вещество является сильным восстановителем, на воздухе легко окисляется, постепенно переходя в оксоформу VO(OH)2 коричневого цвета:
V2(SO4)3 + 6NaOH = 2V(OH)3 + 3Na2SO4,
4V(OH)3 + O2 = 4VO(OH)2 + 2H2O.
Гидроксид ванадия (III) не реагирует с растворами щелочей, однако ванадаты (III) (гипованадиты), например KVO2 могут быть получены нагреванием оксида ванадия (IV) с оксидом калия:
2K2O + 4VO2 = 4KVO2 + O2.
При обычных условиях степень окисления +4 для ванадия наиболее характерна. Соединения V(III) довольно легко окисляются до производных V(IV) молекулярным кислородом, а соединения V(V) восстанавливаются до производных V(IV). Наиболее устойчивое координационное число ванадия (IV) равно 6. Оксид VO2 амфотерен; при растворении VО2 и его гидратов в неокисляющих кислотах образуются растворы солей ванадия, при растворении VO2 в щелочах – растворы солей тетраванадистой кислоты или оксованадаты (IV) (бурого цвета), чаще всего состава M2+1 [V4O9] [2]. Соли ванадила получают восстановлением ванадиевого ангидрида в кислом растворе этиловым спиртом, щавелевой кислотой, соляной кислотой, сернистым газом, тиосульфатом, роданидом и др. При взаимодействии ионов VO2+ и OH- в соотношении 1:2 выпадает коричневый осадок гидроксида VO(OH)2:
VOSO4 + 2NaOH = VO(OH)2 + Na2SO4.
В избытке щелочи осадок растворяется с образованием желто- коричневых растворов, содержащих различные ванадат (IV)- ионы [1].
Среди оксидов ванадия наиболее устойчив, известен, важен ванадиевый ангидрид V2O5 желто-оранжевого цвета. Водные растворы V2О5 имеют кислую реакцию, реагируя со щелочами, дают соли. В щелочном растворе присутствуют разнообразные оксоанионы, состав которых зависит от концентрации ванадия и рН среды.
При восстановлении цинком раствора NaVO3 в сернокислой среде экспериментально получены соединения ванадия VOSO4, V2(SO4)3, VSO4 соответственно синего, зеленого и фиолетового цвета:
2NaVO3 + Zn + 4H2SO4 =
= 2VOSO4 + ZnSO4 + Na2SO4 + 4H2O,
2VOSO4 + Zn + H2SO4 = V2(SO4)3 + ZnSO4 + 2H2O,
V2(SO4)3 + 2Zn + H2SO4 = 2VSO4 + 2ZnSO4 + H2.
Осадок разделяют на две части: к первой части добавляют 10 мл 2 М раствора H2SO4, наблюдая растворение осадка и окрашивание раствора в бледно – фиолетовый цвет:
V(OH)2↓ + H2SO4 = VSO4 + 2H2O.
К другой части осадка приливают 10 мл 2 М раствора NaOH, не отмечая никаких изменений.
V(OH)2 – гидроксид с основными свойствами.
К раствору соли V2(SO4)3 зеленого цвета прибавляют 2 М раствор NaOH, наблюдают образование коричневого осадка V(OH)3, растворимого и в кислотах и щелочах:
V(OH)3↓ + H2SO4 = V2(SO4)3 + 3H2O (раствор становится бледно-бирюзового цвета),
V(OH)3↓ + NaOH = Na[V(OH)4] (раствор становится светло-коричневого цвета).
Библиографическая ссылка
Токарева А.А., Неёлова О.В. ОКСИДЫ И ГИДРОКСИДЫ ВАНАДИЯ, ИХ СВОЙСТВА И ПОЛУЧЕНИЕ // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-4. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=14206 (дата обращения: 19.04.2024).