Оксиди фосфору - малюнок

Оксиди фосфору — властивості, хімічна формула, характеристика



Фосфор — це один з компонентів земної кори. У складі фосфоліпідів він присутній у всіх живих клітинах. Ще одна назва фосфору — “елемент життя і думки”, адже він є частиною важливих органічних сполук — нуклеїнових кислот і АТФ.

Через високу активність фосфору у вільному стані зустрічаються тільки його алотропні модифікації, які окислюються з утворенням оксидів фосфору, а їх властивості залежать від проявленої валентності.

Оксид фосфору

Огляд кисневих сполук

При горінні твердого фосфору утворюється ряд речовин, на склад яких впливає концентрація кисню в навколишньому повітрі. Теоретично існує ймовірність ряду метастабільних оксидів із загальною формулою P4On, де коефіцієнт n лежить в інтервалі від 6 до 9. При дисоціації таких речовин утворюються молекули PO, які в складі парів виявляються тільки спектроскопічними методами аналізу.

Список номенклатури сполук, які індивідуально виділяються, але не мають широкого практичного застосування, виглядає так:

  • Монооксид тетрафосфору P4O. Утворюється при спалюванні фосфору в нестачі повітря або кисню. Має вигляд червоно-бурих кристалів з густиною 1,891 грам/куб. сантиметр, не розчиняється у воді. Запалюється при 280 °C, при нагріванні в атмосфері інертного газу розкладається на P і P2O5.
  • Діоксид тетрафосфору P4O2 (P2O) існує у вигляді димеру. Утворюється продуванням підігрітого до 60 °C повітря або чистого кисню через розчин легкозаймистого білого фосфору в тетрахлорметані CCl4. Його жовто-червоні кристали при атмосферному тиску стійкі до 100 °C, а в умовах вакууму – до 135 °C. При нагріванні розкладається і виділяє P, не розчиняється в H2O (воді), C2H5OH (етанолі) і C3H6O (ацетоні), на повітрі окислюється до H3PO3. Має високі відновлювальні здібності щодо іонів Fe3+, Cu2+, Ag+, які використовуються для очищення від домішок заліза в екстракційному способі отримання H3PO4.
  • Октаоксид тетрафосфора P4O8. Утворюється при низькотемпературному горінні фосфору в обмеженій кількості повітря, виглядає як білі пластівці або кристали. У газоподібному стані має вигляд димерів P8O16, у твердій фазі присутні агрегати — від мономерів до тримерів. Речовина зберігає стійкість при температурах до 100 °C, загоряється при 180 °C, при нагріванні вище 400 °C в чистому кисні окислюється до P4O10. Кристали розпливаються на повітрі, добре розчиняються у воді, але стійкі до органічних розчинників. Водні розчини містять рівну кількість молей H3PO3 та HPO3 і насилу окислюються до H3PO4.
  • Триоксид (пероксид) фосфору PO3. Деякі дані повідомляють про існування форм P2O6 або P4O11. Тверда речовина має фіолетовий колір, обумовлений домішками. Утворюється з парів P4O10 в умовах вакууму при впливі електричного розряду і зберігає стабільність до 150 годин при відсутності вологості і нормальній температурі. Розкладається з виділенням O2 при 127 °C, при гідратації дає пероксофосфорну або пероксопірофосфорну кислоту, вступає в реакції з оксидами багатьох металів з утворенням солей — пероксофосфатів.

Найбільш стійкі, навіть в парах, залишаються димерами і мають хімії практичну цінність Р2О3 — тривалентний оксид фосфору і Р2О5 — п’ятивалентний оксид фосфору.

Фізичні властивості і основні характеристики оксиду фосфору наведені в таблиці:

Систематична назва Традиційна назва Хімічна формула Молярна маса, грам/моль Щільність, грам/куб. см Стан
оксид фосфора (III) фосфористий ангідрид або гексаоксид тетрафосфору P2O3 219,89 2,135 білі пластівці або кристали
оксид фосфора (V) фосфорний ангідрид або пентаоксид фосфору P2O5 141,94 2.39 білий порошок

Будова молекули оксиду фосфору

Фосфористий ангідрид

Фосфористий ангідрид належить до бінарних неорганічних сполук, має формулу P2O3 і представлений у вигляді димерів P4O6. В основі молекулярної структури лежить тетраедр, де парні атоми фосфору поділяються атомом кисню.

Отримання оксиду фосфору (III) відбувається при повільному окисленні або горінні елементарного фосфору в умовах дефіциту повітря або кисню.

Реакція записується наступними формулами:

4P + 3O2 = 2P2O3

При нормальній температурі, вологості і тиску речовина має вигляд білої воскоподібної маси, що плавиться вже при 23,8 °C і легко загоряється. Вона має неприємний запах і дуже отруйна, легко розчиняється у воді і органічних розчинниках. На світлі речовина нестійка, з часом набуває спочатку жовтий, а потім червоний колір.

Як типовий представник класу кислотних оксидів, при розчиненні в холодній воді дає фосфористу кислоту. Реакція така:

P2O3 + 3H2O =2H3PO3

При взаємодії з гарячою водою диспропорціонування протікає досить інтенсивно, утворюються сполуки фосфору з різними ступенями окислення:

2P2O3 + 6H2O = PH3 + 3H3PO4

Реакція термічного розкладання у вакуумі при температурах від 210 до 250 °C дозволяє отримати октаоксид тетрафосфору і червоний фосфор:

4P4O6 = 3P4O8 + 4P

Гідроксиди металів (луги) реагують з фосфористим ангідридом і утворюють солі фосфористої кислоти:

P2O3 + 4KOH = 2K2HPO3 + H2O

Характеристика оксиду фосфору - таблиця

При взаємодії з киснем повітрям і галогенами виступає в ролі відновника. У першому випадку утворюється фосфорний ангідрид:

P2O3 + O2 = P2O5

У другому – галогеноводень і ортофосфорна кислота:

P2O3 + 2F2 + 5H2O = 4HF + 2H3PO4

Малоактивні метали за допомогою фосфористого ангідриду легко відновлюються з розчинів їх сполук:

2P2O3 + 4HgCl2 + 10H2O = 4H3PO4 + 4Hg + 8HCl.

Оксид фосфору (III) знайшов застосування в лабораторній практиці як осушуючий засіб.

Фізичні властивості оксиду фосфору

Фосфорний ангідрид

Емпірична формула вищого оксиду фосфору P2O5 свідчить про те, що в цій сполуці елемент проявляє максимальну валентність, рівну п’яти. Структурна (графічна) формула більш наочна і показує міжатомні зв’язки всередині молекули.

У складі парів виявляються димери декаоксиду тетрафосфору P4O10. Тверда речовина володіє поліморфізмом і зустрічається як в аморфному склоподібному, так і в кристалічному стані. Для останнього відомі гексагональні і орторомбічні модифікації, що переходять з однієї форми в іншу при підвищенні температури до 300 °C. В їх молекулярній структурі групи PO4 утворюють тетраедри або кільця, що служать визначальним фактором для хімічних властивостей сполуки та впливає на легкість сублімації і активність взаємодії з водою.

Фосфорний ангідрид синтезується при спалюванні фосфору в умовах надлишку повітря або чистого кисню.

Процес проводиться в спеціальних камерах і складається з окислення елементарного P осушеним повітрям, осадження суміші різних форм оксидів і очищення газів сублімацією:

4P + 5O2 = 2P2O5

При нормальних умовах це біла маса, що нагадує сніг і не має запаху. На повітрі швидко розпливається і утворює сиропоподібну рідину — метафосфорну кислоту HPO3. P2O5 – найефективніший дегідратуючий (водовіднімаючий) агент, який, іноді, з вибухом поглинає воду і широко застосовується для осушення нелетких і газоподібних речовин.

Фосфорний ангідрид поводиться як типовий кислотний оксид, взаємодіючи з:

  • водою;
  • лугами;
  • основними оксидами.

В результаті гідратації при нагріванні утворюється ряд кислот:

  • метафосфорна;
  • дифосфорна (пірофосфорна);
  • ортофосфорна.

Це записується рівняннями:

  • P2O5 + H2O = 2HPO3.
  • P2O5 + 2H2O = H4P2O7.
  • P2O5 + 3H2O = 2H3PO4.

Останній продукт має найбільше практичне застосування для отримання мінеральних добрив, незамінний при пайці та очищенні металів від іржі, промислові морозильні установки використовують його як компонент фреонів.

Хімічні властивості оксиду фосфору

Як харчова добавка E338 фосфорна кислота служить недорогим регулятором кислотності в харчових продуктах і шипучих напоях.

Луги, в результаті взаємодії з пентаоксидом фосфору середніх і кислих солей, утворюють ортофосфати, гідрофосфати і дигідрофосфати. Це ілюструється рівняннями, наведеними нижче:

  • P2O5 + 6KOH = 2K3PO4 + 3H2O.
  • P2O5 + 4KOH = 2K2HPO4 + H2O.
  • P2O5 + 2KOH = 2KH2PO4 + H2O.

Сплавлення з основними оксидами дає тверді солі ортофосфорної кислоти, на природу яких істотно впливають умови реакції:

P2O5 + 3CaO = Ca3(PO4)2

Надзвичайно сильні дегідратуючі властивості дозволяють оксиду фосфору віднімати не тільки вологу, поглинену речовинами з повітря (гігроскопічну), але і пов’язану хімічно:

P2O5 + 2HNO3 = 2HPO3 + N2O5

Такому водовіднімаючому агенту підкорюються навіть оксикарбонові кислоти, що з успіхом застосовується для отримання їх ангідридів.

Застосування оксиду фосфору

Спирти, ефіри, феноли та інші органічні розчинники розривають фосфор-кисневі зв’язки в молекулі P2O5 та утворюють фосфорорганічні сполуки. Реакції з аміаком і галогенводнями призводять до отримання фосфатів амонію:

P2O5 + NH3 + H2O = (NH4)3PO4

та оксигалогенідів фосфору:

P4O10 + 12HCL = 4POCL3 + 6H2O.

Фосфорний ангідрид знайшов застосування при осушенні рідких і газових середовищ. У термічному способі отримання ортофосфорної кислоти він є одним з проміжних продуктів, а органічний синтез широко використовує його при дегідратації і конденсації.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *