Пятиокись фосфора представляет собой химическое соединение с молекулярной формулой P 4 O 10 (его общее название происходит от его эмпирической формулы P 2 O 5 ). Это белое кристаллическое вещество представляет собой ангидрид фосфорной кислоты . Это мощный осушитель и обезвоживающий агент .
Пятиокись фосфора кристаллизуется по крайней мере в четырех формах или полиморфах . Наиболее известная из них, метастабильная форма [1] (показана на рисунке), включает молекулы P 4 O 10 . Слабые силы Ван-дер-Ваальса удерживают эти молекулы вместе в гексагональной решетке (Однако, несмотря на высокую симметрию молекул, кристаллическая упаковка не является плотной упаковкой [2] ). Структура клетки P 4 O 10 напоминает адамантан с точечной группой симметрии Td . [3] Он тесно связан с соответствующим ангидридом фосфористой кислоты P 4 O 6 . У последнего отсутствуют терминальные оксогруппы. Его плотность составляет 2,30 г/см 3 . Он кипит при 423 °С при атмосферном давлении; при более быстром нагревании он может сублимироваться. Эту форму можно получить путем быстрой конденсации паров пятиокиси фосфора, в результате чего получается чрезвычайно гигроскопичное твердое вещество. [4]
Остальные полиморфы являются полимерными, но в каждом случае атомы фосфора связаны тетраэдром атомов кислорода, один из которых образует концевую связь P=O, включающую отдачу концевых p-орбитальных электронов кислорода разрыхляющему одиночному фосфорно-кислородному соединению. облигации. Макромолекулярную форму можно получить путем нагревания соединения в запечатанной трубке в течение нескольких часов и поддержания расплава при высокой температуре перед охлаждением расплава до твердого состояния. [4] Метастабильная ромбическая «О»-форма (плотность 2,72 г/см 3 , температура плавления 562 °C) имеет слоистую структуру, состоящую из взаимосвязанных колец P 6 O 6 , мало чем отличающуюся от структуры некоторых полисиликатов . Стабильная форма представляет собой фазу более высокой плотности, также орторомбическую, так называемую О'-форму. Состоит из трехмерного каркаса, плотностью 3,5 г/см 3 . [1] [5] Оставшийся полиморф представляет собой стеклянную или аморфную форму; его можно сделать путем слияния любого другого.
P 4 O 10 получают сжиганием белого фосфора при достаточном поступлении кислорода: [6]
Дегидратация фосфорной кислоты с образованием пятиокиси фосфора невозможна, так как при нагревании она образует различные полифосфаты , но не дегидратируется в достаточной степени с образованием P 4 O 10 .
Пятиокись фосфора является мощным дегидратирующим агентом, на что указывает экзотермический характер его гидролиза с образованием фосфорной кислоты :
Однако его полезность для сушки несколько ограничена его тенденцией к образованию защитного вязкого покрытия, которое препятствует дальнейшему обезвоживанию неизрасходованного материала. Гранулированная форма P 4 O 10 используется в эксикаторах .
Благодаря своей сильной высушивающей способности P 4 O 10 используется в органическом синтезе для обезвоживания. Наиболее важным применением является преобразование первичных амидов в нитрилы : [7]
Указанный побочный продукт P 4 O 9 (OH) 2 представляет собой идеализированную формулу неопределенных продуктов, образующихся в результате гидратации P 4 O 10 .
Альтернативно, при сочетании с карбоновой кислотой в результате получается соответствующий ангидрид : [8]
«Реагент Онодера» — раствор P 4 O 10 в ДМСО — применяется для окисления спиртов . [9] Эта реакция напоминает окисление Сверна .
Высушивающая способность P 4 O 10 достаточно велика, чтобы превратить многие минеральные кислоты в их ангидриды. Примеры: HNO 3 преобразуется в N 2 O 5 ; H 2 SO 4 превращается в SO 3 ; HClO 4 превращается в Cl 2 O 7 ; CF 3 SO 3 H превращается в (CF 3 ) 2 S 2 O 5 .
Содержание P 2 O 5 часто используется в промышленности как показатель для всех оксидов фосфора в материале. Например, фосфорная кислота для удобрений также может содержать различные родственные фосфорные соединения , которые также могут быть использованы. Все эти соединения описываются вместе с точки зрения « содержания P 2 O 5 », чтобы можно было удобно сравнивать содержание фосфора в различных продуктах. Несмотря на это, пентаоксид фосфора фактически не присутствует в большинстве образцов, поскольку он нестабилен в водных растворах.
Между коммерчески важными P 4 O 6 и P 4 O 10 известны оксиды фосфора с промежуточными структурами. [10]
При наблюдении можно увидеть, что кислород с двойной связью в положениях 1,2 или 1,3 идентичны, и оба положения имеют одинаковые стерические затруднения. Цикл 12341 и ABCDA идентичны.
Пятиокись фосфора сама по себе не воспламеняется. Как и триоксид серы , он бурно реагирует с водой и водосодержащими веществами, такими как древесина или хлопок, выделяя много тепла и может даже вызвать пожар из-за сильно экзотермического характера таких реакций. Он вызывает коррозию металлов и очень раздражает – может вызвать серьезные ожоги глаз, кожи, слизистых оболочек и дыхательных путей даже при таких низких концентрациях, как 1 мг/м 3 . [11]
