TLENEK FOSFORU (V): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, OTRZYMYWANIE, ZASTOSOWANIA, ZAGROŻENIA - CHEMIA - 2025

Tlenek fosforu (V) jest nieorganiczna substancja stała, tlenu i fosforu (P), (o). Jej wzór empiryczny to P ₂ O ₅ , a prawidłowy wzór cząsteczkowy to P ₄ O ₁₀ . Jest to bardzo higroskopijne białe ciało stałe, to znaczy bardzo łatwo może wchłaniać wodę z powietrza, reagując z nią natychmiast. Reakcja może być niebezpieczna, ponieważ powoduje szybki wzrost temperatury.

Jego duża skłonność do wchłaniania wody sprawiła, że ​​znalazł zastosowanie jako środek osuszający w laboratoriach chemicznych, a także jako odwadniacz niektórych związków, czyli do usuwania wody z jej cząsteczek.

Proszek tlenku fosforu (v), P ₄ O ₁₀ . LHcheM. Źródło: Wikimedia Commons.

Tlenek fosforu (v) jest również używany do przyspieszania reakcji wiązania różnych cząsteczek węglowodorów, reakcji nazywanej kondensacją. Ponadto umożliwia przekształcenie niektórych kwasów organicznych w estry.

Wykorzystywano go między innymi do rafinacji benzyny, do otrzymywania kwasu fosforowego H ₃ PO ₄ , do otrzymywania związków opóźniających palenie, do produkcji szkła do zastosowań próżniowych i wielu innych zastosowań.

Tlenek fosforu (v) należy przechowywać w szczelnie zamkniętych pojemnikach, aby zapobiec jego kontaktowi z wilgocią zawartą w powietrzu. Działa żrąco i może uszkodzić oczy, skórę i błony śluzowe.

Struktura

Tlenek fosforu (v) składa się z fosforu (P) i tlenu (O), przy czym fosfor ma wartościowość +5, a tlen -2. Cząsteczka tlenku fosforu (v) ma cztery atomy fosforu i dziesięć atomów tlenu, dlatego jej prawidłowy wzór cząsteczkowy to P ₄ O ₁₀ .

Struktura cząsteczki tlenku fosforu (v), P ₄ O ₁₀ . Autor: Benjah-bmm27. Źródło: Wikimedia Commons.

Występuje w trzech formach krystalicznych, jako bezpostaciowy proszek oraz w postaci szklistej (jako szkło). W heksagonalnej postaci krystalicznej każdy z atomów fosforu znajduje się na wierzchołkach czworościanu.

Nomenklatura

- tlenek fosforu (v)

- Pięciotlenek fosforu

- Pentatlenek difosforu

- Pięciotlenek fosforu

- Bezwodnik fosforowy

- Dekatlenek tetrafosforu

Nieruchomości

Stan fizyczny

Krystaliczne białe ciało stałe. Najbardziej rozpowszechnioną formą są sześciokątne kryształy.

Waga molekularna

283,89 g / mol

Temperatura topnienia

562 ºC

Temperatura sublimacji

360 ºC przy ciśnieniu 1 atmosfery. Oznacza to, że w tej temperaturze przechodzi ze stanu stałego w gaz bez przechodzenia w stan ciekły.

Gęstość

2,30 g / cm ³

Rozpuszczalność

Bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie. Rozpuszczalny w kwasie siarkowym. Nierozpuszczalny w acetonie i amoniaku.

Właściwości chemiczne

Tlenek fosforu (v) bardzo szybko wchłania i reaguje z wodą z powietrza, tworząc kwas fosforowy H ₃ PO ₄ . Ta reakcja jest egzotermiczna, co oznacza, że ​​w jej trakcie wytwarzane jest ciepło.

Reakcja tlenku fosforu (v) z wodą w celu utworzenia kwasu fosforowego H ₃ PO ₄ . Autor: Marilú Stea.

Reakcja P ₄ O ₁₀ z wodą prowadzi do powstania mieszaniny kwasów fosforowych, której skład zależy od ilości wody i warunków.

Reakcja z alkoholami prowadzi do powstania estrów kwasu fosforowego lub kwasów polimerycznych w zależności od warunków eksperymentu.

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

Wraz z tlenkami zasadowymi tworzy fosforany w postaci stałej.

Działa korodująco. Może niebezpiecznie reagować z kwasem mrówkowym i nieorganicznymi zasadami, takimi jak wodorotlenek sodu (NaOH), tlenek wapnia (CaO) lub węglan sodu Na ₂ CO ₃ .

Jeśli roztwór kwasu nadchlorowego HClO ₄ i chloroformu CHCl ₃ zostanie wlany do tlenku fosforu (v) P ₄ O ₁₀ , nastąpi gwałtowna eksplozja.

Inne właściwości

Nie jest łatwopalny. Nie sprzyja spalaniu. Jednak jego reakcja z wodą jest tak gwałtowna i egzotermiczna, że ​​może wystąpić ryzyko pożaru.

Otrzymywanie

Można go przygotować przez bezpośrednie utlenianie fosforu w strumieniu suchego powietrza. Gdy fosfor wchodzi w kontakt z nadmiarem tlenu, utlenia się, tworząc tlenek fosforu (v).

P ₄ + 5 O ₂ → P ₄ O ₁₀

Obecność w przyrodzie

Tlenek fosforu (v) znajduje się w minerałach, takich jak ilmenit, rutyl i cyrkon.

Ilmenit to minerał zawierający żelazo i tytan, a czasem tlenek fosforu (v) w stężeniach wahających się od 0,04 do 0,33% wagowych. Rutyl jest minerałem z tlenku tytanu i może zawierać około 0,02% wagowych P ₂ O ₅ .

Piaski cyrkonowe (minerał pierwiastka cyrkonu) zawierają tlenek fosforu (v) w ilości 0,05-0,39% wagowych.

Aplikacje

Jako środek odwadniający i suszący

Ze względu na wielką chciwość wody jest jednym z najbardziej znanych środków odwadniających i bardzo skutecznym w temperaturach poniżej 100 ° C.

Może usuwać wodę z substancji, które same są uważane za środki odwadniające. Na przykład, można usunąć wodę z kwasu siarkowego H ₂ SO _4, przekształcając ją w SO ₃ iz kwasu azotowego HNO _3, przekształcając ją w N ₂ O ₅ .

Odwodnienie kwasu siarkowego tlenkiem fosforu (v). Autor: Marilú Stea.

W zasadzie może wysuszyć wszystkie te ciecze i gazy, z którymi nie reaguje, dzięki czemu pozwala usunąć ślady wilgoci z systemów próżniowych.

W reakcjach chemii organicznej

Tlenek fosforu (v) służy do zamykania pierścieni związków organicznych i innych reakcji kondensacji.

Umożliwia estryfikację kwasów organicznych z możliwością rozróżnienia między pierwszorzędowymi alifatycznymi kwasami karboksylowymi (łańcuch węglowy bez pierścieni z grupą –COOH na jednym końcu) i kwasami aromatycznymi (grupa –COOH przyłączona do pierścienia benzenowego), gdyż te ostatnie nie reagują.

Służy również do usuwania cząsteczki H ₂ O z amidów R (C = O) NH ₂ i przekształca je w nitryle R-CN. Ponadto katalizuje lub przyspiesza reakcje utleniania, odwodornienia i polimeryzacji asfaltów.

P ₄ O ₁₀ jest szeroko stosowany w laboratoriach chemii organicznej. Autor: jdn2001cn0. Źródło: Pixabay.

W rafinacji paliw

Od dekady lat 30. XX wieku pewne badania wykazały, że tlenek fosforu (v) wywierał działanie rafinujące na benzynę, zwiększając jej liczbę oktanową.

Oczyszczające działanie P ₄ O ₁₀ wynika głównie z reakcji kondensacji (połączenie różnych cząsteczek), a nie z polimeryzacji (zjednoczenie równych cząsteczek).

P ₄ O ₁₀ przyspiesza bezpośrednie alkilowanie węglowodorów aromatycznych olefinami, przemianę olefin do naftenów i ich częściową polimeryzację. Reakcja alkilowania zwiększa liczbę oktanową benzyny.

W ten sposób otrzymujemy rafinowaną benzynę wysokiej jakości.

Niektóre pochodne ropy naftowej można ulepszyć przez działanie P ₄ O ₁₀ na ich cząsteczki. Autor: drpepperscott230. Źródło: Pixabay.

W różnych zastosowaniach

Tlenek fosforu (v) jest używany do:

- Przygotuj kwas fosforowy H ₃ PO ₄

- Uzyskać estry akrylanowe i środki powierzchniowo czynne

- Przygotuj estry fosforanowe, które są używane jako środki zmniejszające palność, rozpuszczalniki i rozcieńczalniki

- Konwersja trichlorku fosforu do tlenochlorku fosforu

- Odczynnik laboratoryjny

- Produkcja specjalnych szkieł do lamp próżniowych

- Zwiększyć temperaturę topnienia asfaltu

- Służy jako standardowa cząsteczka w oznaczaniu fosforu lub fosforanów w fosforytach, nawozach i cemencie portlandzkim w postaci P ₂ O ₅

- Popraw wiązania między niektórymi polimerami a warstwą kości słoniowej, którą mają zęby

Niektóre szkła specjalne, takie jak te do lamp próżniowych, wymagają użycia P ₄ O ₁₀ podczas ich produkcji. Tvezymer. Źródło: Wikimedia Commons.

Ryzyka

Tlenek fosforu (v) należy przechowywać w szczelnych pojemnikach oraz w chłodnych, suchych i dobrze wentylowanych miejscach.

Służy to zapobieganiu jego kontaktu z wodą, ponieważ może z nią gwałtownie reagować, wytwarzając dużo ciepła, aż do spalenia pobliskich materiałów, które są palne.

Pył tlenku fosforu (v) działa drażniąco na oczy i drogi oddechowe oraz działa żrąco na skórę. Może powodować oparzenia oczu. W przypadku połknięcia powoduje śmiertelne oparzenia wewnętrzne.

Bibliografia

1. Narodowa Biblioteka Medyczna Stanów Zjednoczonych. (2019). Bezwodnik fosforowy. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Nayler, P. (2001). Bitumeny: zmodyfikowane. Modyfikacja chemiczna. W Encyklopedii materiałów: nauka i technologia. Odzyskany z sciencedirect.com.
3. Malishev, BW (1936). Pentoksyd fosforu jako czynnik rafinacyjny do benzyny. Chemia przemysłowa i inżynieryjna 1936, 28, 2, 190-193. Odzyskany z pubs.acs.org.
4. Epps Jr. EA (1950). Fotometryczne oznaczanie dostępnego pięciotlenku fosforu w nawozach. Analytical Chemistry 1950, 22, 8, 1062-1063. Odzyskany z pubs.acs.org.
5. Banerjee, A. i in. (1983). Zastosowanie pięciotlenku fosforu: estryfikacja kwasów organicznych. J. Org. Chem. 1983,48,3108-3109. Odzyskany z pubs.acs.org.
6. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
7. Kirk-Othmer (1994). Encyklopedia technologii chemicznej. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
8. Ogliari, FA i in. (2008). Synteza monomerów fosforanowych i wiązanie z zębiną: Metody estryfikacji i zastosowanie pięciotlenku fosforu. Journal of Dentistry, tom 36, wydanie 3, marzec 2008, strony 171-177. Odzyskany z sciencedirect.com.