Óxido de vanadio(V)

Al calentar una mezcla de óxido de vanadio(V) y óxido de vanadio(III) , se produce una comproproporción que da lugar a óxido de vanadio(IV) , como un sólido azul oscuro: ^{[ 9 ]}

V ₂ O ₅ + V ₂ O ₃ → 4 VO ₂

La reducción también puede efectuarse mediante ácido oxálico , monóxido de carbono y dióxido de azufre . Una reducción adicional con _hidrógeno o exceso _de CO puede dar lugar a mezclas complejas de óxidos como V₄O₇ _y V₅O₉ _antes de alcanzar el _V₂O₃ negro _.

_El V₂O₅ es un óxido anfótero y, a diferencia de la mayoría de _{los óxidos de} metales de transición , es ligeramente soluble en agua , dando lugar a una solución ácida de color amarillo pálido. Por lo tanto, el V₂O₅ reacciona con _ácidos fuertes no reductores para formar soluciones que contienen sales de color amarillo pálido con centros de dioxovanadio(V) :

V ₂ O ₅ + 2 HNO ₃ → 2 VO ₂ (NO ₃ ) + H ₂ O

También reacciona con álcalis fuertes para formar polioxovanadatos , que tienen una estructura compleja que depende del pH . ^{[ 10 ]} Si se usa un exceso de hidróxido de sodio acuoso, el producto es una sal incolora , ortovanadato de sodio , Na ₃ VO ₄ . Si se agrega ácido lentamente a una solución de Na ₃ VO ₄ , el color se intensifica gradualmente pasando por naranja a rojo antes de que el V ₂ O ₅ hidratado marrón precipite alrededor de pH  2. Estas soluciones contienen principalmente los iones HVO 2− 4 y V ₂ O 4− 7 entre pH 9 y pH 13, pero por debajo de pH 9 predominan especies más exóticas como V ₄ O 4− 12 y HV ₁₀ O 5− 28 ( decavanadato ).   

Al ser tratado con cloruro de tionilo , se convierte en el líquido volátil oxicloruro de vanadio , VOCl ₃ : ^{[ 11 ]}

V₂O₅ _{+ 3} SOCl₂ → ₂ VOCl₃ _{+ 3} SO₂

El ácido clorhídrico y el ácido bromhídrico se oxidan al halógeno correspondiente , por ejemplo,

V ₂ O ₅ + 6 HCl + 7 H ₂ O → 2 [VO(H ₂ O) ₅ ] ²⁺ + 4 Cl ⁻ + Cl ₂

Los vanadatos o compuestos de vanadilo en solución ácida se reducen mediante amalgama de zinc a través de la siguiente vía química:

Todos los iones están hidratados en distintos grados.

En términos cuantitativos, el principal uso del óxido de vanadio(V) es la producción de ferrovanadio (véase más arriba ). El óxido se calienta con chatarra de hierro y ferrosilicio , añadiendo cal para formar una escoria de silicato de calcio . También se puede utilizar aluminio , obteniéndose así la aleación de hierro-vanadio junto con alúmina como subproducto.

El óxido de vanadio(V) se utiliza como catalizador de transferencia de oxígeno en el proceso de contacto , el único proceso que se emplea actualmente para la producción industrial de ácido sulfúrico . ^{[ 14 ]} La fase catalítica es una sal fundida formada a partir de óxido de vanadio(V) y sulfatos de metales alcalinos añadidos que actúan como cocatalizadores. En esta masa fundida, se forma el complejo reactivo [(VO) ₂ O(SO ₄ ) ₄ ] ⁴⁻ , que se considera la especie catalítica propiamente dicha. El oxígeno y el dióxido de azufre se coordinan con este complejo y reaccionan para formar trióxido de azufre sin que se produzca un cambio en el estado de oxidación del vanadio. ^{[ 14 ]}

La reacción general es:

2 SO ₂ + O ₂ ⇌ 2 SO ₃

La reacción se lleva a cabo a unos 420 a 620  °C; a temperaturas más bajas, el catalizador se desactiva por la formación de compuestos de vanadio(IV), mientras que a temperaturas más altas comienza a descomponerse. ^{[ 14 ]} La conversión industrial se realiza en hornos de contacto de lechos múltiples, en los que el catalizador se dispone en cuatro capas superpuestas y el gas del proceso se enfría entre los lechos para mantener el rango de temperatura requerido.

El anhídrido maleico se produce mediante la oxidación del butano con aire, catalizada por _{V₂O₅ :}

C ₄ H ₁₀ + 4 O ₂ → C ₂ H ₂ (CO) ₂ O + 8 H ₂ O

El anhídrido maleico se utiliza para la producción de resinas de poliéster y resinas alquídicas . ^{[ 16 ]}

El anhídrido ftálico se produce de forma similar mediante la oxidación de orto -xileno o naftaleno catalizada por _V₂O₅ a 350–400 °C. La ecuación para la oxidación de o -xileno a anhídrido ftálico catalizada por óxido de vanadio es la _siguiente : 

C ₆ H ₄ (CH ₃ ) ₂ + 3 O ₂ → C ₆ H ₄ (CO) ₂ O + 3 H ₂ O

La ecuación para la oxidación de naftaleno a anhídrido ftálico catalizada por óxido de vanadio: ^{[ 17 ]}

2 C ₁₀ H ₈ + 9 O ₂ → 2 C ₆ H ₄ (CO) ₂ O + 4 CO ₂ + 4 H ₂ O

El anhídrido ftálico es un precursor de los plastificantes , que se utilizan para conferir flexibilidad a los polímeros.

De manera similar se producen otros compuestos industriales, como el ácido adípico , el ácido acrílico , el ácido oxálico y la antraquinona . ^{[ 8 ]}

Debido a su alto coeficiente de resistencia térmica , el óxido de vanadio(V) se utiliza como material detector en bolómetros y matrices de microbolómetros para imágenes térmicas . También se emplea como sensor de etanol en niveles de ppm (hasta 0,1  ppm).

Las baterías redox de vanadio son un tipo de batería de flujo que se utiliza para el almacenamiento de energía , incluidas grandes instalaciones de energía como los parques eólicos . ^{[ 18 ]} El óxido de vanadio también se utiliza como cátodo en las baterías de iones de litio . ^{[ 19 ]}

El pentóxido de vanadio se usa frecuentemente como componente en esmaltes, donde produce una amplia gama de colores, desde verdes y amarillos hasta azules y grises. ^{[ 20 ]}