ОКСИД ФОСФОРА (V): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ, РИСКИ - ХИМИЯ - 2026

Оксида фосфора (V) представляет собой неорганическое твердое вещество кислородом и фосфора (Р) (О). Его эмпирическая формула - P ₂ O ₅ , а правильная молекулярная формула - P ₄ O ₁₀ . Это очень гигроскопичное белое твердое вещество, то есть оно очень легко может поглощать воду из воздуха, немедленно вступая с ней в реакцию. Реакция может быть опасной, поскольку вызывает быстрое повышение температуры.

Его высокая склонность к поглощению воды привела к тому, что он использовался в качестве осушителя в химических лабораториях, а также в качестве дегидратора некоторых соединений, то есть для удаления воды из его молекул.

Порошок оксида фосфора (v), P ₄ O ₁₀ . LHcheM. Источник: Wikimedia Commons.

Оксид фосфора (v) также используется для ускорения реакций связывания различных молекул углеводородов, реакции, называемой конденсацией. Кроме того, он позволяет преобразовывать некоторые органические кислоты в сложные эфиры.

Его использовали, например, для очистки бензина, для получения фосфорной кислоты H ₃ PO ₄ , для получения соединений, которые служат для замедления возгорания, для изготовления стекла для вакуумных применений, среди многих других применений.

Оксид фосфора (v) должен храниться в плотно закрытых контейнерах, чтобы предотвратить его контакт с влагой воздуха. Он вызывает коррозию и может повредить глаза, кожу и слизистые оболочки.

Структура

Оксид фосфора (v) состоит из фосфора (P) и кислорода (O), где фосфор имеет валентность +5, а кислород -2. Молекула оксида фосфора (v) имеет четыре атома фосфора и десять атомов кислорода, поэтому ее правильная молекулярная формула - P ₄ O ₁₀ .

Строение молекулы оксида фосфора (v), P ₄ O ₁₀ . Автор: Benjah-bmm27. Источник: Wikimedia Commons.

Он существует в трех кристаллических формах: в виде аморфного порошка и в виде стекловидного тела (в виде стекла). В гексагональной кристаллической форме каждый из атомов фосфора находится в вершинах тетраэдра.

Номенклатура

- оксид фосфора (v)

- Пятиокись фосфора

- Пятиокись дифосфора

- Пятиокись фосфора

- фосфорный ангидрид

- декаоксид тетрафосфора

Свойства

Физическое состояние

Кристаллическое белое твердое вещество. Наиболее распространенная форма - гексагональные кристаллы.

Молекулярный вес

283,89 г / моль

Температура плавления

562 ºC

Температура сублимации

360 ºC при давлении 1 атмосфера. Это означает, что при этой температуре он переходит из твердого состояния в газ, не переходя через жидкое состояние.

плотность

2,30 г / см ³

Растворимость

Хорошо растворим в воде. Растворим в серной кислоте. Нерастворим в ацетоне и аммиаке.

Химические свойства

Оксид фосфора (v) абсорбирует воду из воздуха и реагирует с ней очень быстро, образуя фосфорную кислоту H ₃ PO ₄ . Эта реакция экзотермическая, что означает, что во время нее выделяется тепло.

Реакция оксида фосфора (v) с водой с образованием фосфорной кислоты H ₃ PO ₄ . Автор: Марилу Стеа.

Реакция P ₄ O ₁₀ с водой приводит к образованию смеси фосфорных кислот, состав которой зависит от количества воды и условий.

Реакция со спиртами приводит к образованию сложных эфиров фосфорной кислоты или полимерных кислот в зависимости от условий эксперимента.

P ₄ O ₁₀ + 6 ROH → 2 (RO) ₂ PO.OH + 2 RO.PO (OH) ₂

С основными оксидами образует твердые фосфаты.

Это едко. Он может опасно реагировать с муравьиной кислотой и неорганическими основаниями, такими как гидроксид натрия (NaOH), оксид кальция (CaO) или карбонат натрия Na ₂ CO ₃ .

Если раствор хлорной кислоты HClO ₄ и хлороформа CHCl ₃ влить в оксид фосфора (v) P ₄ O ₁₀ , произойдет сильный взрыв.

Другие свойства

Не горюч. Не способствует горению. Однако его реакция с водой настолько бурная и экзотермическая, что может возникнуть опасность возгорания.

получение

Его можно приготовить прямым окислением фосфора в потоке сухого воздуха. Когда фосфор вступает в контакт с избыточным кислородом, он окисляется с образованием оксида фосфора (v).

Р ₄ + 5 О ₂ → Р ₄ О ₁₀

Присутствие в природе

Оксид фосфора (v) содержится в таких минералах, как ильменит, рутил и циркон.

Ильменит - это минерал, содержащий железо и титан, а иногда и оксид фосфора (v) в концентрациях от 0,04 до 0,33% по весу. Рутил представляет собой минерал оксида титана и может содержать около 0,02% по весу P ₂ O ₅ .

Цирконовые пески (минерал элемента циркония) содержат оксид фосфора (v) в количестве 0,05-0,39% по весу.

Приложения

В качестве обезвоживающего и осушающего агента

Из-за большой тяги к воде он является одним из самых известных обезвоживающих агентов и очень эффективен при температурах ниже 100 ° C.

Он может извлекать воду из веществ, которые сами по себе считаются обезвоживающими агентами. Например, вы можете удалить воду из серной кислоты H ₂ SO _4, превратив ее в SO _3, и из азотной кислоты HNO _3, превратив ее в N ₂ O ₅ .

Дегидратация серной кислоты оксидом фосфора (v). Автор: Марилу Стеа.

В основном он может осушать все те жидкости и газы, с которыми он не вступает в реакцию, поэтому он позволяет удалить следы влажности из вакуумных систем.

В реакциях органической химии

Оксид фосфора (v) служит для замыкания колец органических соединений и других реакций конденсации.

Это позволяет этерифицировать органические кислоты с возможностью различения первичных алифатических карбоновых кислот (углеродная цепь без колец с группой –COOH на одном конце) и ароматических кислот (группа –COOH, присоединенная к бензольному кольцу), поскольку последние не вступают в реакцию.

Он также служит для удаления молекулы H ₂ O из амидов R (C = O) NH ₂ и превращения их в нитрилы R-CN. Кроме того, он катализирует или ускоряет реакции оксигенации, дегидрирования и полимеризации битума.

P ₄ O ₁₀ широко используется в лабораториях органической химии. Автор: jdn2001cn0. Источник: Pixabay.

В переработке топлива

Начиная с 1930-х годов, некоторые исследования показали, что оксид фосфора (v) оказывает очищающее действие на бензин, увеличивая его октановое число.

Рафинирующее действие P ₄ O ₁₀ в основном связано с реакциями конденсации (объединение различных молекул), а не полимеризацией (объединением равных молекул).

P ₄ O ₁₀ ускоряет прямое алкилирование ароматических углеводородов олефинами, превращение олефинов в нафтены и их частичную полимеризацию. Реакция алкилирования увеличивает октановое число бензина.

Таким образом получается очищенный бензин высокого качества.

Некоторые производные нефти могут быть улучшены действием P ₄ O ₁₀ на их молекулы. Автор: drpepperscott230. Источник: Pixabay.

В различных приложениях

Оксид фосфора (v) используется для:

- Подготовить фосфорную кислоту H ₃ PO ₄

- Получите эфиры акрилата и поверхностно-активные вещества.

- Приготовьте сложные эфиры фосфорной кислоты, которые используются в качестве антипиренов, растворителей и разбавителей.

- Превращение треххлористого фосфора в оксихлорид фосфора

- Лабораторный реагент

- Производство специальных стаканов для электронных ламп.

- Повышение температуры плавления асфальта

- Служит в качестве стандартной молекулы при определении фосфора или фосфатов в фосфоритной руде, удобрениях и портландцементе в форме P ₂ O _5.

- Улучшение связи между определенными полимерами и слоем слоновой кости, который есть на зубах

Некоторые специальные стекла, например стекла для электронных ламп, требуют использования P ₄ O ₁₀ при их производстве. Твезимер. Источник: Wikimedia Commons.

риски

Оксид фосфора (v) следует хранить в герметичных контейнерах и в прохладных, сухих, хорошо вентилируемых местах.

Это служит для предотвращения контакта с водой, так как она может бурно реагировать с ней, выделяя много тепла, вплоть до возгорания соседних материалов, которые являются горючими.

Пыль оксида фосфора (v) раздражает глаза и дыхательные пути и вызывает разъедание кожи. Может вызвать ожоги глаз. При проглатывании вызывает смертельные внутренние ожоги.

Ссылки

1. Национальная медицинская библиотека США. (2019). Фосфорный ангидрид. Получено с pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Найлер, П. (2001). Битумы: Модифицированные. Химическая модификация. В энциклопедии материалов: наука и техника. Восстановлено с sciencedirect.com.
3. Малишев Б.В. (1936). Пятиокись фосфора как перерабатывающий агент для бензина. Промышленная и инженерная химия 1936, 28, 2, 190-193. Восстановлено с pubs.acs.org.
4. Эппс младший EA (1950). Фотометрическое определение доступного пятиокиси фосфора в удобрениях. Аналитическая химия 1950, 22, 8, 1062-1063. Восстановлено с pubs.acs.org.
5. Banerjee, A. et al. (1983). Использование пятиокиси фосфора: этерификация органических кислот. J. Org. Chem., 1983, 48, 3108-3109. Восстановлено с pubs.acs.org.
6. Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри. (1980). Продвинутая неорганическая химия. Четвертое издание. Джон Вили и сыновья.
7. Кирк-Отмер (1994). Энциклопедия химической технологии. Четвертое издание. Джон Вили и сыновья.
8. Ogliari, FA et al. (2008). Синтез фосфатных мономеров и связывание с дентином: методы этерификации и использование пятиокиси фосфора. Журнал стоматологии, том 36, выпуск 3, март 2008 г., страницы 171-177. Восстановлено с sciencedirect.com.