Thermal and X-ray diffraction investigations of vanadium(V) oxide-alkali persulfate binary systems

Abstract

Thermoanalytical investigations of the V₂O₅-K₂S₂O₈ system have revealed that, in the presence of excess amounts of V₂O₅, the initial decomposition temperature is lowered compared to that of the pure salt. An explanation for this lowering is based on the interaction between V₂O₅ and the peroxo group of the persulfate ion. The reaction however, is, not unimolecular. The presence of an unknown potassium sulfate complex of V(V) with a catalytic character is indicated by XRD patterns obtained for samples heated up to 410°. It has been found that the formation of K₃VO₈, KV(SO₄)₂, K₃V₅O₁₄ and K₄V₁₀O₂₇ depends on whether V₂O₅ or K₂SO₄ is present in excess during thermal decomposition.

Sharpd-lines for unknown phases are identified. V₂O₅ is found to behave differently towards sodium and potassium persulfates.

Compounds such asa-NaVO₃, NaVO₃, NaV₃O₈ and NaV₆O₁₅ are obtained on thermal analysis of various molar ratios of the V₂O₅- Na₂S₂O₈ system.

Résumé

L'étude thermoanalytique du système V₂O6 - K₂S₂O₈ montre que la température initiale de la décomposition diminue en présence d'un excès de V₂O₅. Une explication de cette diminution repose sur l'interaction de V₂O₅ avec le groupe peroxo de l'ion persulfate. Cependant, la réaction n'est pas unimoléculaire. Les clichés XRD obtenus avec des échantillons chauffés à 410° indiquent la présence d'un complexe inconnu de sulfate de potassium avec V(V) de caractère catalytique. On a trouvé que la formation de K₃VO₈, KV(SO₄)₂, K₃V₅O₁₄ et K₄V₁₀O₂₇ dépend de la présence d'un excès de V₂O₅ ou K₂SO₄ pendant l'analyse thermique. On a identifié des raiesd nettes pour les phases inconnues. On a trouvé que V₂O₅ se comporte de façon différente vis-à-vis de sulfates de potassium et de sodium. Des composés tels que:a-NaVO₃, NaVO₃) NaV₃O₈ et NaV₆O₁₅ ont été obtenus lors de l'analyse thermique du système V₂O₅ - Na₂S₂O₈ avec divers rapports molaires.

Zusammenfassung

Thermoanalytische Untersuchungen des Systems V₂O₅ - K₂S₂O₈ zeigten, daß die Zersetzungstemperatur in Gegenwart überschüssiger Mengen von V₂O₅ im Vergleich zu dem reinen Salz herabgesetzt wird. Eine Erklärung für diese Verminderung beruht auf der Wechselwirkung zwischen V₂O₅ und der Peroxo-Gruppe des Persulfat-Ions. Die Reaktion ist jedoch nicht unimolekular. Die Gegenwart eines unbekannten Kaliumsulfatkomplexes von V(V) mit katalytischen Charakter wird durch die Röntgenbeugung bei bis zu 410° erhitzen Proben angedeutet. Es wurde festgestellt, daß die Bildung von K₃VO₈, KV(SO₄)₂, K₃V₅O₁₄ und K₄V₁₀O₂₇ davon abhängt, ob während der thermischen Zersetzung V₂O₅ oder K₂SO₄ im Überschuss vorhanden ist. Scharfed-Linien wurden für die unbekannten Phasen identifiziert. Es wurde gefunden, daß sich V₂O₅ gegenüber den Persulfaten von Natrium und Kalium unterschiedlich verhält. Verbindungen wiea-NaVO₃, NaVO₃, NaV₃O₈ und NaV₆O₁₅ werden bei der thermischen Analyse verschiedener Molverhältnisse des V₂O₅ - Na₂S₂O₈-Systems erhalten.

Резюме

Термоаналитические исследования систем V₂O₅-K₂S₂O₈ показали, что в пр исутствии значительного избыт ка V₂O₅ начальная темпе ратура их разложения понижает ся по сравнению с температ урой для чистой индив идуальной соли. Понижение темпе ратуры разложения объяснено взаимодей ствием между V₂O₂ и пероксогруппой иона персульфата. Реакция не является м ономолекулярной. В об разцах нагретых до 410° установ лено с помощью рентгено-диффракцио нного анализа наличи е неизвестного калий с ульфатного комплекс а ванадиум(У), обладающе го каталитическим де йствием. Найдено, что образова ние K₃VO₈, KV(SO₄)₂, K₃V₅O₁₄ и K₄V₁₀O₂₇ зависит о т того, что V₂O₅ или K₂SO₄ находится в избытке во время терм ического разложения. Идентифицированы ре зкиеd-линии неизвест ных фаз. Установлено разл ичное поведение пяти окиси ванадия в персульфат ах натрия и калия. При термическ ом анализе системы V₂O₅-Nа₂S₂О₈ с различным мо лярным соотношением компон ентов получены такие соединения какa-NaVO₃, NaVO₃, NaV₃O₈ и NaV₆O₁₅.