Оксид фосфора(V)

Пентаоксид фосфора, также оксид фосфора(V) (фосфорный ангидрид, пятиокись фосфора) — неорганическое химическое соединение класса кислотных оксидов с формулой P₂O₅. Белый кристаллический порошок, реагирует с водой; ядовит.

Оксид фосфора​(V)​
Общие
Систематическое наименование	Оксид фосфора​(V)​
Традиционные названия	Фосфорный ангидрид; пентаоксид фосфора
Хим. формула	P2O5
Рац. формула	P2O5
Физические свойства
Состояние	белый порошок
Молярная масса	141,94 г/моль
Плотность	2.39 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	420оС(Н-форма),569 (О-форма)
• кипения	возгоняется при 359 (Н-форма) °C
Энтальпия
• образования	-3010,1 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	реагирует
Классификация
Рег. номер CAS	[1314-56-3] (P2O5) [16752-60-6] (P4O10)
PubChem	14812
Рег. номер EINECS	215-236-1
SMILES	O=P12OP3(=O)OP(=O)(O1)OP(=O)(O2)O3
InChI	InChI=1S/O10P4/c1-11-5-12(2)8-13(3,6-11)10-14(4,7-11)9-12 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N
RTECS	TH3945000
ChEBI	37376
ChemSpider	14128 и 21428497
Безопасность
Предельная концентрация	1 мг/м3
ЛД50	100-140 мг/кг
Токсичность	Класс опасности 2
NFPA 704	0 3 3 W
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Строение править

Пары оксида фосфора(V) имеют состав P₂O₅. Твёрдый 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°, пространственная группа R3С) и орторомбическая О-форма (а = 0,923 нм, b = 0,718 нм, с = 0,494 нм, пространственная группа Рпат), а также одна стабильная орторомбическая О-форма (а =1,63 нм, b= 0,814 нм, с =0,526 нм, пространственная группа Fdd2). Молекулы P₄O₁₀ (Н-форма) построены из 4 групп PO₄ в виде тетраэдра, вершины которого занимают атомы фосфора, 6 атомов кислорода располагаются вдоль рёбер, а 4 — по оси третьего порядка тетраэдра. Эта модификация легко возгоняется (360°С) и активно взаимодействует с водой.

Другие модификации имеют слоистую полимерную структуру из тетраэдров PO₄, объединённые в 10-членные (О-форма) и 6-членные (О'-форма) кольца. Эти модификации имеют более высокую температуру возгонки (~580°С) и менее химически активны. H-форма переходит в О-форму при 300—360^оC.

Свойства править

P₂O₅ очень активно взаимодействует с водой при нагреве (H-форма поглощает воду даже со взрывом), образуя смеси метафосфорных кислот, состав которых зависит от количества воды и других условий:${\mathsf{P}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}$${\mathsf {P_{2}O_{5}+3H_{2}O\rightarrow 2H_{3}PO_{4}}}$ 

При дальнейшем нагреве образует пирофосфорную кислоту:

$\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\to <!--\; \to \; -->{\mathsf{H}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{P}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{7}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {2H_{3}PO_{4}\rightarrow H_{4}P_{2}O_{7}+2H_{2}O}}$ 

На холоде с водой образует метафосфорную кислоту:

${\mathsf{P}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}$${\mathsf {P_{2}O_{5}+{H_{2}O}\rightarrow 2HPO_{3}}}$ 

При сильном нагревании распадается на:

$\mathsf{2}{\mathsf{P}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\to <!--\; \to \; -->{\mathsf{P}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{6}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {2P_{2}O_{5}\rightarrow P_{4}O_{6}+2O_{2}\uparrow }}$ 

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

$\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}{\mathsf{P}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{10}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}$${\mathsf {4HNO_{3}+P_{4}O_{10}\rightarrow 4HPO_{3}+2N_{2}O_{5}}}$ 

$\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}{\mathsf{P}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{7}}$${\mathsf {4HClO_{4}+P_{2}O_{5}\rightarrow 4HPO_{3}+2Cl_{2}O_{7}}}$ 

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

${\mathsf{P}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{10}}\mathsf{+}\mathsf{R}\mathsf{C}\mathsf{O}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->{\mathsf{P}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{9}}\mathsf{(}\mathsf{O}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{)}\mathsf{+}\mathsf{R}\mathsf{C}\mathsf{N}$${\mathsf {P_{4}O_{10}+RCONH_{2}\rightarrow P_{4}O_{9}(OH_{2})+RCN}}$ 

Карбоновые кислоты переводит в соответствующие ангидриды:

${\mathsf{P}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{12}\mathsf{R}\mathsf{C}\mathsf{O}\mathsf{O}\mathsf{H}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{(}\mathsf{R}\mathsf{C}\mathsf{O}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {P_{2}O_{5}+12RCOOH\rightarrow 4H_{3}PO_{4}+6(RCO)_{2}O}}$ 

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}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{8}\mathsf{P}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{12}\mathsf{P}\mathsf{O}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{3}}$${\mathsf {P_{2}O_{5}+8PCl_{3}+O_{2}\rightarrow 12POCl_{3}}}$ 

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

Оксид активно взаимодействует с водой, поэтому его часто используют в качестве осушителя.

Получение править

Оксид фосфора(V) получают сжиганием фосфора в избытке кислорода или воздуха. Технологический процесс происходит в камере сжигания и включает в себя окисление элементарного P предварительно осушенным воздухом, осаждение P₂O₅ и очистку отходящих газов. Очищают полученный пентаоксид возгонкой.

$\mathsf{4}\mathsf{P}\mathsf{+}\mathsf{5}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{2}{\mathsf{P}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}$${\mathsf {4P+5O_{2}\rightarrow 2P_{2}O_{5}}}$ 

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

Основные сферы использования править

P₂O₅ 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.

Физиологическое значение править

Пентаоксид фосфора особо токсичен; относится ко второму классу опасности и в высоких концентрациях раздражает кожу и слизистые оболочки глаз.

ПДК в рабочей зоны - 1 мг/м³ (в соответствии с ГОСТ 12.1.005-76).

ЛД50 на крысах и белых мышах при пероральном введении составляет 140 мг/кг.

Литература править

• 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.
• Кузьменко, Ерёмин, Попков Начала химии 1 том стр. 364