Оксид ванадия IV

Оксид ванадия IV (диоксид ванадия) — бинарное неорганическое соединение, окись металла ванадия с формулой VO₂, зеленые кристаллы, не растворимые в воде, образует кристаллогидраты.

Получение

• Восстановление оксида ванадия V при сплавлении с щавелевой кислотой:

 V₂O₅ + H₂C₂O₄  →^T  2 VO₂ + 2 CO₂ + H₂O

• Нагревание оксидов ванадия III и ванадия V в инертной атмосфере:

 V₂O₃ + V₂O₅  →^T  4 VO₂

Физические свойства

Оксид ванадия IV 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.

При температуре 68 °C происходит переход в фазу тетрагональной сингонии, пространственная группа P 4₁/mnm, параметры ячейки a = 0,454 нм, c = 0,285 нм, Z = 2.

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:

 VO₂ + 2 HCl  →  VOCl₂ + H₂O

• Реагирует с щелочами с образованием ванадитов:

 4 VO₂ + 2 KOH  →  K₂V₄O₉ + H₂O

• Восстанавливается водородом:

 2 VO₂ + H₂  →^530−600oC  V₂O₃ + H₂O

Фазовый переход и проводимость

В диоксиде ванадия при температуре 67 °C происходит «фазовый переход полупроводник−металл». При этом происходит скачок электропроводности от 10^-6 до 10^-1 ом•метр. Меняются также и оптические свойства: показатель преломления падает от 2,5 до 2,0.

Применение

Диоксид 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.