Оксид фосфора(V)

Оксид фосфора(V)
Общие
Систематическое наименование	Оксид фосфора(V)
Химическая формула	P4O10
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	белый порошок
Отн. молек. масса	283.889 а. е. м.
Молярная масса	283.889 г/моль
Плотность	2.39 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	420оС(Н-форма),569 (О-форма) °C
Температура кипения	возгоняется при 359 (Н-форма) °C
Энтальпия образования (ст. усл.)	-3010,1 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость в воде	реагирует г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	[1314-56-3] (P2O5) [16752-60-6] (P4O10)

Пентаокс́ид фосфора (фо́сфорный ангидрид, пятиокись фосфора, оксид фосфора(V)) — P₂O₅, кислотный оксид.

Строение

Пары оксида фосфора(V) имеют состав P₄O₁₀. Твердый оксид склонен к полиморфизму. Существует в аморфном стекловидном состоянии и кристаллическом. Для кристаллического состояния известны две метастабильные модификации пентаоксида фосфора — гексагональная Н-форма (а = 0,744 нм, = 87°, пространств, гр. R3С) и орторомбическая О-форма (а = 0,923 нм, b — 0,718 нм, с = 0,494 нм, пространств, гр. Рпат), а также одна стабильная орторомбическая О-форма (а =1,63 нм, b= 0,814 нм, с =0,526 нм, пространств. гр. Fdd2). Молекулы P₂O₅ (Н-форма) построены из 4 групп PO₄ в виде тетраэдра, вершины которого занимают атомы фосфора, 6 атомов кислорода располагаются вдоль ребер, а 4 — по оси третьего порядка тетраэдра. Эта модификация легко возгоняется (360^оС) и активно взаимодействует с водой. Другие модификации имеют слоистую полимерную структуру из тетраэдров PO₄, объединенные в 10-членные (О-форма) и 6-членные (О'-форма) кольца. Эти модификации имеют более высокую температуру возгонки (~580^оС) и менее химически активны. H-форма переходит в О-форму при 300—360^оC.

Свойства

P₄O₁₀ очень активно взаимодействует с водой (H-форма поглощает воду даже со взрывом), образуя смеси фосфорных кислот, состав которых зависит от количества воды и других условий:

$\mathsf{P_4O_{10} + 6H_2O \rightarrow 4H_3PO_4}$

Он также способен извлекать воду из других соединений, представляя собой сильное дегидратирующее средство:

$\mathsf{4HNO_3 + P_4O_{10} \rightarrow 4HPO_3 + 2N_2O_5}$

$\mathsf{4HClO_4 + P_4O_{10} \rightarrow (HPO_3)_4 + 2Cl_2O_7}$

Оксид фосфора(V) широко применяется в органическом синтезе. Он реагирует с амидами, превращая их в нитрилы:

$\mathsf{P_4O_{10} + RCONH_2 \rightarrow P_4O_9(OH)_2 + RCN}$

Карбоновые кислоты переводит в соответствующие ангидриды:

$\mathsf{P_4O_{10} + 12RCOOH \rightarrow 4H_3PO_4 + 6(RCO)_2O}$

Оксид фосфора(V) также взаимодействует со спиртами, эфирами, фенолами и другими органическими соединениями. При этом происходит разрыв связей P—О—P и образуются фосфорорганические соединения. Реагирует с NH₃ и с галогеноводородами, образуя фосфаты аммония и оксигалогениды фосфора:

$\mathsf{P_4O_{10} + 8PCl_3 + O_2 \rightarrow 12POCl_3}$

При сплавлении P₄O₁₀ с основными оксидами образует различные твердые фосфаты, природа которых зависит от условий реакции.

Получение

Оксид фосфора(V) получают сжиганием фосфора. Технологический процесс происходит в камере сжигания и включает в себя окисление элементарного P предварительно осушенным воздухом, осаждение P₄O₁₀ и очистку отходящих газов. Очищают полученный пентаоксид возгонкой.

$\mathsf{4P + 5O_2 \rightarrow P_4O_{10}}$

Технический продукт имеет вид белой снегообразной массы, состоящей из смеси разных форм P₄O₁₀.

Применение

P₄O₁₀ применяют как осушитель газов и жидкостей. Также он является промежуточным продуктом в производстве ортофосфорной кислоты H₃PO₄ термическим способом.

Широко используется в органическом синтезе в реакциях дегидратации и конденсации.

Литература

• Ахметов Н. С. «Общая и неорганическая химия» М.: Высшая школа, 2001
• Реми Г. «Курс неорганической химии» М.: Иностранная литература, 1963
• Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон «Современная неорганическая химия» М.: Мир, 1969
• Зефиров Н.С. и др. т.5 Три-Ятр // Химическая энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1998. — 783 с. — ISBN 5-85270-310-9