Difosforpentoxide

Difosforpentoxide
Structuurformule en molecuulmodel
	Structuurformule van fosforpentoxide
	Molecuulmodel van fosforpentoxide
Algemeen
Molecuulformule	P4O10
IUPAC-naam	difosforpentoxide
Andere namen	fosfor(V)oxide, tetrafosfordeca-oxide
Molmassa	283,889 g/mol
CAS-nummer	16752-60-6
Wikidata	Q369309
Beschrijving	Witte vaste stof
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
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
Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal	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

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

{\ce {P4 + 5O2 -> P4O10}}

Tijdens het grootste deel van de 20e eeuw werd difosforpentoxide gebruikt als 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-fosforzuurproces" 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 ontleedt fosforzuur voor het water verliest.

Structuur

Van P₄O₁₀ zijn ten minste vier verschillende kristalvormen bekend. De meest voorkomende, zoals in de afbeelding, bestaat uit moleculen met de formule P₄O₁₀. Zwakke vanderwaalskrachten 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 T_d 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 tetraëder 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 driedimensionaal 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.


deel van een o′-(P₂O₅)_∞ laag	o′-(P₂O₅)_∞ stapeling

Toepassingen

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

{\ce {P4O10 + 6H2O -> 4H3PO4}}

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 wateronttrekkende eigenschappen wordt P₄O₁₀ ook in de organische synthese gebruikt. De bekendste toepassing op dit gebied is de omzetting van amiden in nitrilen:^[6]

{\ce {P4O10 + RC(=O)NH2 -> P4O9(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 Eatons-reagens (7,7 gew% fosforpentoxide-oplossing in methaansulfonzuur) wordt gebruikt als alternatief voor polyfosforzuur in chemische synthese om acyleringsreacties te versnellen.

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 N₂O₅; H₂SO₄ in SO₃; HClO₄ wordt omgezet in Cl₂O₇.

Andere fosforoxiden

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

Toxicologie en veiligheid

Algemeen

De stof is niet brandbaar, maar reageert heftig met water en stoffen waar water in zit, 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 1 mg/cm³.

Brand

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

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.

Externe links

Bronnen, noten en/of referenties

↑ Threlfall, Richard E., (1951). The story of 100 years of Phosphorus Making: 1851 - 1951. Oldbury: Albright & Wilson Ltd
↑ Podger, Hugh (2002). Albright & Wilson: The Last 50 Years. Studley: Brewin Books. ISBN 1-85858-223-7
↑ 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.
↑ D. E. C. Corbridge Phosphorus: An Outline of its Chemistry, Biochemistry, and Technology 5th Edition Elsevier: Amsterdam. ISBN 0-444-89307-5.
↑ D. Stachel, I. Svoboda and H. Fuess (June 1995). Phosphorus Pentoxide at 233 K. Acta Cryst. C51 (6): 1049-1050. DOI: 10.1107/S0108270194012126.
↑ 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.
↑ 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.
↑ Luer, B.; Jansen, M. Crystal Structure Refinement of Tetraphosphorus Nonaoxide, P₄O₉ Zeitschrift fur Kristallographie 1991, volume 197, pages 247-8.

Zie de categorie Phosphorus pentoxide van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.

[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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]