Фосфорный ангидрид

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

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

Строение

Пары оксида фосфора (V) имеют состав P₄O₁₀. Твердый оксид склонен к полиморфизму. Существует в аморфоном 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 P₄O₁₀ (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, также построенную 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:

P₄O₁₀ + 6H₂O (ж) → 4H₃PO₄   (-177 кДж)

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

2HNO₃ + P₂O₅ → 2HPO₃ + N₂O₅;

4HClO₄ + P₄O₁₀ → (НРО₃)₄ + 2Cl₂O₇.

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

P₄O₁₀ + RC(O)NH₂ → P₄O₉(OH)₂ + RCN

Карбоновые кислоты переводит в соотвествующие ангидриды:

P₄O₁₀ + RCO₂H → P₄O₉(OH)₂ + [RC(O)]₂O

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:

P₄O₁₀ + 8PCl₃ + O₂ → 12Cl₃PO

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.

P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀ + 2984 кДж.

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 киcлоты 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