ОКСИД ФОСФОРУ (V): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ОДЕРЖАННЯ, ВИКОРИСТАННЯ, РИЗИКИ - ХІМІЯ - 2025

Оксиду фосфору (V) являє собою неорганічне тверда речовина киснем і фосфору (Р) (О). Його емпірична формула - P ₂ O ₅ , тоді як її правильна молекулярна формула - P ₄ O ₁₀ . Це дуже гігроскопічне біле тверде речовина, тобто воно може дуже легко поглинати воду з повітря, негайно реагуючи з ним. Реакція може бути небезпечною, оскільки спричиняє швидке підвищення температури.

Його висока схильність до поглинання води призвела до того, що вона використовується як сушильний засіб в хімічних лабораторіях, а також як дегідратор деяких сполук, тобто для видалення води з молекул.

Порошок оксиду фосфору (v), P ₄ O ₁₀ . LHcheM. Джерело: Wikimedia Commons.

Оксид фосфору (v) також використовується для прискорення реакцій зв'язування різних молекул вуглеводнів, реакції, званої конденсацією. Крім того, це дозволяє перетворити певні органічні кислоти в складні ефіри.

Наприклад, він використовувався для рафінування бензину, для приготування фосфорної кислоти H ₃ PO ₄ , для отримання сполук, які служать для загальмування вогню, для виготовлення скла для вакуумних застосувань, серед багатьох інших застосувань.

Оксид фосфору (v) повинен зберігатися в щільно закритих ємностях, щоб запобігти його контакту з вологою в повітрі. Він є корозійним та може пошкодити очі, шкіру та слизові оболонки.

Будова

Оксид фосфору (v) складається з фосфору (P) та кисню (O), де фосфор має валентність +5, а кисень -2. Молекула (v) оксиду фосфору має чотири атоми фосфору та десять кисню, і тому її правильна молекулярна формула P ₄ O ₁₀ .

Структура молекули оксиду фосфору (v), P ₄ O ₁₀ . Автор: Бенджа-bmm27. Джерело: Wikimedia Commons.

Він існує в трьох кристалічних формах, як аморфний порошок, так і у склоподібному вигляді (у вигляді скла). У гексагональній кристалічній формі кожен з атомів фосфору знаходиться у вершинах тетраедра.

Номенклатура

- Оксид фосфору (v)

- Пентоксид фосфору

- Дифосфорний пентоксид

- Пентоксид фосфору

- Фосфорний ангідрид

- декаоксид тетрафосфору

Властивості

Фізичний стан

Кристалічне біле тверда речовина. Найбільш поширеною формою є гексагональні кристали.

Молекулярна маса

283,89 г / моль

Точка плавлення

562 ºC

Температура сублімації

360 ºC при тиску 1 атмосфери. Це означає, що при цій температурі він переходить від твердого до газового, не переходячи через рідкий стан.

Щільність

2,30 г / см ³

Розчинність

Дуже розчинний у воді. Розчинний у сірчаній кислоті. Нерозчинний в ацетоні та аміаку.

Хімічні властивості

Оксид фосфору (v) надзвичайно швидко поглинає та реагує з водою з повітря, утворюючи фосфорну кислоту H ₃ PO ₄ . Ця реакція екзотермічна, це означає, що під час неї виробляється тепло.

Реакція оксиду фосфору (v) з водою з утворенням фосфорної кислоти H ₃ PO ₄ . Автор: Marilú Stea.

Реакція P ₄ O ₁₀ з водою призводить до утворення суміші фосфорних кислот, склад яких залежить від кількості води та умов.

Реакція зі спиртами призводить до утворення складних ефірів фосфорної кислоти або полімерних кислот залежно від експериментальних умов.

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

З основними оксидами утворює тверді фосфати.

Це корозійно. Він може небезпечно реагувати з мурашиною кислотою та з неорганічними основами, такими як гідроксид натрію (NaOH), оксид кальцію (СаО) або карбонат натрію Na ₂ CO ₃ .

Якщо розчин хлористоводневої кислоти HClO ₄ і хлороформ CHCl ₃ залити оксидом фосфору (v) P ₄ O ₁₀ , відбувається сильний вибух.

Інші властивості

Він не горючий. Це не сприяє горінню. Однак його реакція з водою настільки бурхлива і екзотермічна, що може виникнути небезпека пожежі.

Отримання

Його можна приготувати шляхом прямого окислення фосфору в потоці сухого повітря. Коли фосфор контактує з надлишком кисню, він окислюється, утворюючи оксид фосфору (v).

P ₄ + 5 O ₂ → P ₄ O ₁₀

Присутність у природі

Фосфорний (v) оксид міститься в таких мінералах, як ільменіт, рутил та циркон.

Ільменіт - мінерал, який містить залізо і титан і іноді має оксид фосфору (v) в концентраціях, що варіюються між 0,04 і 0,33 вагових мас. Рутил є мінералом оксиду титану і може містити приблизно 0,02 мас.% P ₂ O ₅ .

Цирконові піски (мінерал елемента цирконію) мають оксид фосфору (v) 0,05-0,39 мас.%.

Програми

Як зневоднюючий і сушильний засіб

Завдяки великій жадібності до води, він є одним з найвідоміших зневоднюючих речовин і дуже ефективний при температурі нижче 100 ° C.

Він може витягувати воду з речовин, які самі по собі вважаються зневоднюючими агентами. Наприклад, можна видалити воду з сірчаної кислоти H ₂ SO _4, перетворивши її в SO _3, а з азотної кислоти HNO _3, перетворивши її в N ₂ O ₅ .

Зневоднення сірчаної кислоти оксидом фосфору (v). Автор: Marilú Stea.

В основному він може висушити всі ті рідини та гази, з якими він не реагує, тому дозволяє видалити сліди вологості з вакуумних систем.

В реакціях органічної хімії

Оксид фосфору (v) служить для закриття кілець органічних сполук та інших реакцій конденсації.

Це дає можливість естерифікувати органічні кислоти з можливістю розрізнити первинну аліфатичну карбонову кислоту (вуглецевий ланцюг без кілець із групою -СООН на одному кінці) та ароматичні кислоти (–СООН-група, приєднана до бензольного кільця), оскільки останні не реагують.

Він також служить для видалення молекули H ₂ O з амідів R (C = O) NH ₂ і перетворення їх у нітрили R-CN. Крім того, він каталізує або прискорює реакції оксигенації, дегідрування та полімеризації бітуму.

P ₄ O ₁₀ широко застосовується в лабораторіях з органічної хімії. Автор: jdn2001cn0. Джерело: Pixabay.

У переробці палива

Починаючи з 1930-х років, деякі дослідження показали, що оксид фосфору (v) чинить рафінуючу дію на бензин, збільшуючи його октанове число.

Дія рафінування P ₄ O ₁₀ відбувається головним чином за рахунок реакцій конденсації (об'єднання різних молекул), а не полімеризації (об'єднання рівних молекул).

P ₄ O ₁₀ прискорює пряме алкілування ароматичних вуглеводнів олефінами, перетворення олефінів на нафтени та їх часткову полімеризацію. Реакція алкілування збільшує октанове число бензину.

Таким чином отримують високоякісний рафінований бензин.

Деякі нафтові похідні можна покращити, впливаючи на їх молекули P ₄ O ₁₀ . Автор: drpepperscott230. Джерело: Pixabay.

У різних додатках

Оксид фосфору (v) використовується для:

- Приготуйте фосфорну кислоту H ₃ PO ₄

- Отримайте ефіри акрилату та поверхнево-активні речовини

- Підготуйте фосфатні ефіри, які використовуються як антипірени, розчинники та розріджувачі

- Перетворення трихлориду фосфору в оксихлорид фосфору

- лабораторний реагент

- Виробляють спеціальні окуляри для вакуумних труб

- Збільшити температуру плавлення асфальту

- Служать стандартною молекулою для визначення фосфору або фосфатів у фосфатних породах, добривах та портландцементі у вигляді P ₂ O ₅

- Поліпшити зв’язки між певними полімерами та шаром слонової кістки, які мають зуби

Для деяких спеціальних стекол, таких як вакуумні трубки, під час їх виготовлення потрібно використовувати P ₄ O ₁₀ . Твезимер. Джерело: Wikimedia Commons.

Ризики

Фосфорний (v) оксид слід зберігати в герметичних контейнерах і в прохолодних, сухих, добре провітрюваних місцях.

Це служить для запобігання контакту з водою, оскільки він може бурхливо реагувати з нею, генеруючи багато тепла, до точки горіння матеріалів, що знаходяться поблизу.

Фосфорний (v) оксидний пил подразнює очі та дихальні шляхи та роз'їдає шкіру. Може спричинити опік очей. При ковтанні це спричиняє смертельний внутрішній опік.

Список літератури

1. Національна медична бібліотека США. (2019). Фосфорний ангідрид. Відновлено з pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Найлер, П. (2001). Бітуми: Модифіковані. Хімічна модифікація. В Енциклопедії матеріалів: Наука та техніка. Відновлено з sciencedirect.com.
3. Малішев, Б.В. (1936). Пентоксид фосфору як рафінуючий агент для бензину. Промислова та інженерна хімія 1936, 28, 2, 190-193. Відновлено з pubs.acs.org.
4. Еппс, молодший Е.А. (1950). Фотометричне визначення наявного пентоксиду фосфору в добривах. Аналітична хімія 1950, 22, 8, 1062-1063. Відновлено з pubs.acs.org.
5. Banerjee, A. та ін. (1983). Використання пентоксиду фосфору: етерифікація органічних кислот. Дж. Орг. Хім., 1983, 48, 3108-3109. Відновлено з pubs.acs.org.
6. Коттон, Ф. Альберт і Вілкінсон, Джеффрі. (1980). Розширена неорганічна хімія. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
7. Кірк-Отмер (1994). Енциклопедія хімічної технології. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
8. Ольярі, Ф.А. та ін. (2008). Синтез мономерів фосфатів та зв'язування з дентином: Методи етерифікації та використання пентоксиду фосфору. Журнал стоматології, том 36, випуск 3, березень 2008, стор. 171-177. Відновлено з sciencedirect.com.