Difosforpentoxide

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Difosforpentoxide
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van fosforpentoxide
Structuurformule van fosforpentoxide
Molecuulmodel van fosforpentoxide
Molecuulmodel van fosforpentoxide
Algemeen
Molecuulformule
     (uitleg)
P4O10
IUPAC-naam difosforpentoxide
Andere namen fosfor(V)oxide, tetrafosfordeca-oxide
Molmassa 283,889 g/mol
CAS-nummer 16752-60-6
Beschrijving Witte vaste stof
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
Corrosief
Gevaar
H-zinnen H314
EUH-zinnen geen
P-zinnen P280 - P305+P351+P338 - P310
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand vast
Dichtheid 2,39 g/cm³
Smeltpunt 340 °C
Sublimatiepunt 360 °C
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Fosforpentoxide is een anorganische verbinding met als brutoformule P4O10. De witte kristallijne vaste stof is het anhydride van fosforzuur. Het is een krachtig droogmiddel en reageert exotherm met water, onder vorming van fosforzuur.

Synthese[bewerken]

Difosforpentoxide wordt bereid door elementair fosfor met voldoende zuurstof te verbranden:

\mathrm{P_4\ +\ 5\ O_2\ \longrightarrow\ P_4O_{10}}

Tijdens het grootste deel van de 20e eeuw werd difosforpentoxide gebruiktals uitgangsmateriaal voor de bereiding van geconcentreerd fosforzuur. In het thermische proces wordt het difosforpentoxide dat tijdens de verbranding van witte fosfor ontstaat opgelost in verdund fosforzuur waarbij geconcentreerd fosforzuur ontstaat.[1] Verbeteringen in de filtratietechniek leiden er momenteel toe dat het "natte fosforzuur proces" steeds belangrijker wordt. Het grootste voordeel daarbij is dat niet eerst witte fosfor gemaakt hoeft te worden.[2] De dehydratatie van fosforzuur om difosforpentoxide te maken is niet praktisch: bij verwarming ontleed fosforzuur voor het water verliest.

Structuur[bewerken]

Van P4O10 zijn ten minste vier verschillende kristalvormen bekend. De meest voorkomende, zoals in de afbeelding, bestaat uit moleculen met de formule P4O10. Zwakke van der Waalskrachten houden deze moleculen in een hexagonale kristalstructuur bijeen, al is dit niet de meest compacte manier om deze moleculen in een kristal te plaatsen [3]). De structuur van het P4O10 lijkt erg op die van adamantaan met een Td symmetrie.[4] Hierin lijkt het erg op het overeenkomstige anhydride van fosforigzuur, P4O6. In de laatste ontbreken de uit het molecule stekende zuurstofatomen. P4O10 heeft een dichtheid van 2.30 g/cm³. Onder atmosferische druk kookt het bij 423 °C, maar bij snel verwarmen kan het ook sublimeren.

De andere modificaties zijn polymere vormen van P4O10, maar in alle gevallen is elk fosforatoom gebonden aan een tetrahedron van vier zuurstofatomen, waarvan een voorkomt als terminale P=O binding. De O-vorm (dichtheid 3.05 g/cm³, smeltpunt 580 °C) vormt een gelaagde structuur bestaande uit onderling verbonden P6O6ringen. Hiermee lijkt deze stof op bepaalde polysilicaten. Een vorm met een lagere dichtheid, de O'-vorm, bestaande uit een drie dimensionaal netwerk is ook bekend(dichtheid 2.72 g/cm³).[5] De laatste polymorf is een glas of amorfe vorm; het ontstaat bij smelten van elke van de andere vormen.

Phosphorus-pentoxide-sheet-from-xtal-3D-balls.png
Phosphorus-pentoxide-xtal-3D-balls.png
deel van een o′-(P2O5) laag
o′-(P2O5) stapeling

Toepassingen[bewerken]

P4O10 is een krachtig droogmiddel zoals ook blijkt uit het exotherme karakter van de hydrolyse-reactie (ΔH = -177 kJ/mol):

\mathrm{P_4O_{10}\ +\ 6\ H_2O\ \longrightarrow\ 4\ H_3PO_4}

De toepasbaarheid van de stof als droogmiddel is echter minder dan verwacht zou worden door de vorming van een beschermende, viskeuze laag over de stof die dieper gelegen, nog droge stof, afschermt voor vochtopname. Een granulaire vorm wordt van P4O10 wordt in desiccatoren en droogpistolen gebruikt.

In lijn met zijn waterontrekkende eigenschappen wordt P4O10 ook in de organische synthese gebruikt. De bekendste toepassing op dit gebied is de omzetting van amiden in nitrilen:[6]

\mathrm{P_4O_{10}\ +\ RC({=}O)NH_2\ \longrightarrow\ P_4O_9(OH)_2\ +\ RCN}

De hier gegeven formule P4O9(OH)2 is een geïdealiseerde formule voor de niet nader gedefinieerde stoffen die ontstaan bij de hydratatie van P4O10.

Het Onodera-reagens, een oplossing van difosforpentoxide in DMSO, wordt toegepast in de oxidatie van alcoholen.[7] Deze reactie lijkt erg op de Swern-oxidatie.

Het wateronttrekkende effect van P4O10 is groot genoeg om een groot aantal minerale zuren om te zetten in hun anhydriden. Bijvoorbeeld: HNO3 wordt omgezet in N2O5H2SO4 inSO3HClO4 wordt omgezet in Cl2O7.

Andere fosforoxiden[bewerken]

Naast de twee bekendste fosforoxiden, difosfortrioxide en difosforpentoxide, zijn andere oxiden bekend: P4O7, P4O8 en P4O9.[8]

Fosforoxiden: P4O6, P4O7, P4O8, P4O9 en P4O10

Toxicologie en veiligheid[bewerken]

Algemeen[bewerken]

De stof is niet brandbaar, maar reageert heftig met water en stoffen waar water inzit, zoals hout of katoen. Bij deze reacties komt veel warmte vrij, waarbij zelfs brand kan ontstaan. De stof is corrosief ten opzichte van metalen. Difosforpentoxide kan ernstige brandwonden veroorzaken in de ogen en op de huid, slijmvliezen, en de luchtwegen. Dit is zelfs nog het geval bij concentraties ter grootte van 1mg/cm3.

Brand[bewerken]

Tijdens brandbestrijding dient een volledig beschermend pak gedragen te worden, water mag niet direct in de brandhaard gespoten worden. De brand dient geblust te worden met een poederblusser, koolstofdioxide, of alcohol-bestendig schuim.

EHBO[bewerken]

  • Inademing: Breng onmiddellijk in frisse lucht, waarschuw een arts.
  • Ogen: Spoel overvloedig met water, waarschuw een arts.
  • Huid: Spoel overvloedig met water, waarschuw een arts.

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Threlfall, Richard E., (1951). The story of 100 years of Phosphorus Making: 1851 - 1951. Oldbury: Albright & Wilson Ltd
  2. Podger, Hugh (2002). Albright & Wilson: The Last 50 Years. Studley: Brewin Books. ISBN 1-85858-223-7
  3. Cruickshank, D.W.J. "Refinements of Structures Containing Bonds between Si, P, S or Cl and O or N: V. P4O10" Acta Cryst. 1964, volume 17, pages 677-9.
  4. D. E. C. Corbridge "Phosphorus: An Outline of its Chemistry, Biochemistry, and Technology" 5th Edition Elsevier: Amsterdam. ISBN 0-444-89307-5.
  5. D. Stachel, I. Svoboda and H. Fuess (June 1995). Phosphorus Pentoxide at 233 K. Acta Cryst. C51 (6): 1049-1050 . DOI:10.1107/S0108270194012126.
  6. Meier, M. S. "Phosphorus(V) Oxide" in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis (Ed: L. Paquette) 2004, J. Wiley & Sons, New York. DOI: 10.1002/047084289.
  7. Tidwell, T. T. "Dimethyl Sulfoxide–Phosphorus Pentoxide" in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis (Ed: L. Paquette) 2004, J. Wiley & Sons, New York. DOI: 10.1002/047084289.
  8. Luer, B.; Jansen, M. "Crystal Structure Refinement of Tetraphosphorus Nonaoxide, P4O9" Zeitschrift fur Kristallographie 1991, volume 197, pages 247-8.