Τι είναι το P4O10:Πεντοξείδιο του φωσφόρου
Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι η κοινή ονομασία για την ένωση με χημικό τύπο P4 O10 . Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι μια ομοιοπολική ένωση που αποτελείται από 4 άτομα φωσφόρου (P) και 10 άτομα οξυγόνου (Ο). Μερικές φορές αναφέρεται ως πεντοξείδιο του διφωσφόρου, ο φωσφορικός ανυδρίτης και το δεκοξείδιο του τετραφωσφόρου.
Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι μια στερεή, λευκή, κηρώδης ουσία σε θερμοκρασία δωματίου και έχει 4 διακριτές κρυσταλλικές δομές. Είναι ένας ανυδρίτης του φωσφορικού οξέος και είναι πολύ υγροσκοπικός, που σημαίνει ότι απορροφά εύκολα το νερό από τη γύρω ατμόσφαιρα. Ως εκ τούτου, το πεντοξείδιο του φωσφόρου χρησιμοποιείται συχνά ως ξηραντικό για να διατηρεί τα μέρη στεγνά και απαλλαγμένα από την υγρασία του αέρα.
Κατά την αποθήκευση, το πεντοξείδιο του φωσφόρου θα αντιδράσει με την ατμόσφαιρα για να σχηματίσει ένα δέρμα φωσφορικού οξέος γύρω από την ένωση. Αυτό το στρώμα οξέος μπορεί να εμποδίσει το πεντοξείδιο του φωσφόρου να τραβήξει νερό από τον αέρα, γεγονός που μπορεί να το κάνει λιγότερο αποτελεσματικό ως ξηραντικό. Για να αποφευχθεί αυτό, το πεντοξείδιο του φωσφόρου συνήθως επεξεργάζεται σε κοκκώδη μορφή για χρήση ξηραντικού. Ιστορικά, το πεντοξείδιο του φωσφόρου δημιουργήθηκε μέσω μιας αντίδρασης με λευκό φώσφορο και οξυγόνο, αλλά άλλες πιο αποτελεσματικές μέθοδοι παραγωγής έχουν προτεραιότητα.
Molecular Vs. Εμπειρικός τύπος
Ένας οξυδερκής αναγνώστης μπορεί να παρατηρήσει κάτι περίεργο. Ποια είναι η ένωση με τον χημικό τύπο P4 O10 με το όνομα φωσφόρος πεντωμένος οξείδιο? Εξάλλου, το pent- είναι το πρόθεμα της χημικής ονοματολογίας που σημαίνει "πέντε" και ο τύπος P4 O10 δείχνει ξεκάθαρα ότι υπάρχουν 10 οξυγόνα. Τι δίνει;
Στη χημεία, υπάρχουν 2 είδη χημικών τύπων, ο μοριακός τύπος και ο εμπειρικός τύπος. Και τα δύο αντιπροσωπεύουν τα ατομικά συστατικά μιας δεδομένης ένωσης αλλά με διαφορετικούς τρόπους. Ο μοριακός τύπος σας λέει το είδος και τον αριθμό των ατόμων σε ένα ελεύθερο μόριο της ένωσης. Ο εμπειρικός τύπος σας λέει την απλούστερη ακέραια αναλογία στοιχείων σε μια ένωση. 2 ενώσεις θα μπορούσαν να έχουν τους ίδιους διαφορετικούς μοριακούς τύπους και τον ίδιο εμπειρικό τύπο, όπως το ακετυλένιο (C2 H2 ) και το βενζόλιο (C6 H6 ), και τα δύο μοιράζονται τον εμπειρικό τύπο του CH. Ομοίως, ο εμπειρικός τύπος και για το αιθυλένιο (C2 H4 ) και βουτένιο (C4 H8 ) είναι CH2 . Ο μοριακός τύπος μιας ένωσης είναι είτε ίσος είτε είναι ακέραιος πολλαπλάσιος του εμπειρικού της τύπου.
Μερικές φορές, η κοινή ονομασία για μια ένωση προέρχεται από τον εμπειρικό τύπο της αντί του μοριακού της τύπου. Αυτό συμβαίνει με το διοξείδιο του φωσφόρου. Το πεντοξείδιο του φωσφόρου έχει μοριακό τύπο P4 O10 και έτσι έχει έναν εμπειρικό τύπο P2 O5 . Το "pent-" στο "pentoxide" προέρχεται από τον εμπειρικό τύπο P2 O5.
Στην περίπτωση του πεντοξειδίου του φωσφόρου, μόρια με τύπο P2 O5 θα συσχετιστούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν μεγαλύτερα μόρια του P4 O10 . Έτσι, παρόλο που ο μοριακός τύπος του πεντοξειδίου του φωσφόρου είναι P4 O10 , εξακολουθεί να αποκαλείται φωσφόρος pent οξείδιο λόγω του εμπειρικού του τύπου P2 O5 .
Πεντοξείδιο του φωσφόρου:Φυσικές ιδιότητες
Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι μοναδικό στο ότι μπορεί να υπάρχει σε έως και 4 διακριτά πολύμορφα. Η πιο κοινή μορφή είναι ένα μόνο μόριο του P4 O10 , που σχηματίζεται από τη συνοχή δύο μικρότερων P2 O5 μόρια. P2 O5 έχει μια πολύ ασταθή μοριακή διαμόρφωση, επομένως δύο μόρια θα ενωθούν για ένα μεγαλύτερο μεμονωμένο μόριο του P4 O10 , και τακτοποιούνται σύμφωνα με το ακόλουθο διάγραμμα:
Αυτή η συγκεκριμένη διαμόρφωση είναι δομημένη ως 4 τετράεδρα, καθένα από τα οποία μοιράζεται ένα πόδι με ένα άλλο. Κάθε τετράεδρο αποτελείται από ένα κεντρικό άτομο φωσφόρου που περιβάλλεται από 4 άτομα οξυγόνου, όπου τα τρία βασικά άτομα οξυγόνου κάθε τετραέδρου είναι κοινά. Ένα μόνο μόριο πεντοξειδίου του φωσφόρου μοιάζει λίγο με ένα μικρό εξαγωνικό στοιχείο με τερματικά άτομα οξυγόνου που προεξέχουν από τις πλευρές. Η ιδιαίτερη διαμόρφωση των μορίων καθιστά το πεντοξείδιο του φωσφόρου λιγότερο πυκνό από τα περισσότερα κρυσταλλικά στερεά, με πυκνότητα μόνο 2,3 g/cm. Η γεωμετρική δομή του πεντοξειδίου του φωσφόρου είναι παρόμοια με τον υδρογονανθρακικό κρύσταλλο αδαμαντάνιο και έχει σχετικά υψηλό σημείο τήξης για ομοιοπολικά συνδεδεμένες ενώσεις στους 340 °C. Το σημείο βρασμού του πεντοξειδίου του φωσφόρου είναι μόνο 20 °C υψηλότερο από το σημείο τήξεώς του, επομένως συχνά παραλείπει την τήξη και εξαχνώνεται απευθείας σε ένα αέριο.
Το εξαγωνικό στοιχείο ενός μορίου πεντοξειδίου του φωσφόρου συγκρατείται από ασθενείς δυνάμεις van der Waals - την ηλεκτροστατική έλξη μεταξύ των μορίων. Το πεντοξείδιο του φωσφόρου περιέχει 6 δεσμούς P–O–P και 4 δεσμούς P=O. Οι αλληλεπιδράσεις διπόλου-διπόλου των δεσμών P–O–P είναι αυτές που κρατούν το μόριο ενωμένο. Οι δεσμοί P–O–P είναι πολικοί με αρνητικό σθένος στο άτομο οξυγόνου.
Όλα τα πολύμορφα του πεντοξειδίου του φωσφόρου βασίζονται γύρω από τετραεδρικές διατάξεις ατόμων φωσφόρου και οξυγόνου. Γενικά σχηματίζονται με P=O διπλούς δεσμούς όπως ο'-(P2 O5 ) φόρμα που φαίνεται παρακάτω.
Πολλά από τα πολύμορφα έχουν ελαφρώς διαφορετική μοριακή διάταξη από το κανονικό πεντοξείδιο του φωσφόρου. Για παράδειγμα, η σταθερή μορφή "O" αποτελείται από κυκλικές ρυθμίσεις του P6 O6 δαχτυλίδια, παρόμοια με τη δομή διαφόρων πυριτικών ορυκτών. Ένα από τα πολύμορφα του πεντοξειδίου του φωσφόρου είναι ένα άμορφο γυαλί που δημιουργείται από τη σύντηξη δύο διαφορετικών πολυμορφών.
Πεντοξείδιο του φωσφόρου:Χημικές ιδιότητες
Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι μια πολική ένωση. Η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ οξυγόνου και φωσφόρου είναι 1,4, καθιστώντας τους δεσμούς P-O μάλλον πολικούς στη φύση. Παρόλο που το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι πολικό, δεν θα διαλυθεί από το νερό επειδή, αντίθετα, υφίσταται εξώθερμη υδρόλυση. Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι ένας ανυδρίτης, που σημαίνει ότι σχηματίζεται με την αφαίρεση του νερού (H2 Ο) από μια ένωση. Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι ο αντίστοιχος ανυδρίτης του φωσφορικού οξέος (H3 PO4 ) και θα αντιδράσει βίαια με το νερό για να σχηματίσει φωσφορικό, σύμφωνα με την εξίσωση:
P4 O10 + 6H2 O → 4H3 PO4
Η ενθαλπία της αλλαγής αυτής της αντίδρασης είναι -177 kJ/mol, που σημαίνει ότι για κάθε 1 mole P4 O10 , 177 kJ ενέργειας απελευθερώνονται με τη μορφή θερμότητας. Αυτή η αντίδραση με το νερό είναι μια από τις κύριες μεθόδους για την παραγωγή βιομηχανικών ποσοτήτων φωσφορικού οξέος, ένα εξαιρετικά σημαντικό συστατικό στα λιπάσματα.
Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι άκαυστο και δεν αντιδρά με το οξυγόνο για να παράγει φλόγα. Ωστόσο, η αντίδραση υδρόλυσης του πεντοξειδίου του φωσφόρου με νερό και ουσίες που περιέχουν νερό όπως το ξύλο είναι πολύ εξώθερμη και μπορεί να απελευθερώσει αρκετή ενέργεια για να καταλύσει μια αντίδραση καύσης μεταξύ του υλικού που περιέχει νερό και της ατμόσφαιρας. Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι πολύ διαβρωτικό για τα μέταλλα και θα σχηματίσει διάφορα οξείδια μετάλλων και φωσφορικά μέταλλα όταν έρθει σε επαφή με μέταλλα. Είναι επίσης πολύ διαβρωτικό για τον ανθρώπινο ιστό και μπορεί να προκαλέσει χημικά εγκαύματα και φλεγμονή του αναπνευστικού, ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις.
Πεντοξείδιο του φωσφόρου:Παραγωγή και χρήση
Ιστορικά η κύρια μέθοδος σχηματισμού πεντοξειδίου του φωσφόρου είναι μέσω της καύσης στοιχειακού φωσφόρου και οξυγόνου. Ο λευκός φώσφορος, ένα από τα αλλότροπα του στοιχειακού φωσφόρου, αποτελείται από μόρια που αποτελούνται από 4 άτομα φωσφόρου διατεταγμένα σε τετραεδρική δομή. Ο στοιχειακός τετραφώσφορος καίγεται σε οξυγόνο για να σχηματίσει πεντοξείδιο του φωσφόρου σύμφωνα με την ακόλουθη αντίδραση:
P4 + 5O2 → P4 O10
Το μεγαλύτερο μέρος του πεντοξειδίου του φωσφόρου που παράγεται με αυτόν τον τρόπο προορίζεται για την παραγωγή φωσφορικού οξέος, αν και οι πρόσφατες μέθοδοι έχουν αφαιρέσει την ανάγκη έναρξης με λευκό φώσφορο για την παραγωγή φωσφορικού οξέος.
Η κύρια χρήση του πεντοξειδίου του φωσφόρου είναι ως ξηραντικό. Επειδή αντιδρά εύκολα με το νερό, το πεντοξείδιο του φωσφόρου μπορεί να τραβήξει ίχνη νερού από την ατμόσφαιρα για να κρατήσει ένα χώρο στεγνό και απαλλαγμένο από υγρασία. Η υδρόλυση του νερού με πεντοξείδιο του φωσφόρου δημιουργεί ένα κολλώδες στρώμα φωσφορικού οξέος που μπορεί να αναστείλει τις ιδιότητές του που απομακρύνουν το νερό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το μεγαλύτερο μέρος του πεντοξειδίου του φωσφόρου που χρησιμοποιείται για βιομηχανικούς σκοπούς παρασκευάζεται σε κοκκώδη μορφή. Δεν είναι δυνατός ο σχηματισμός πεντοξειδίου του φωσφόρου μέσω της αφυδάτωσης του φωσφορικού οξέος, καθώς η θερμότητα που απαιτείται για την κατάλυση της αντίδρασης είναι αρκετή για να βράσει τυχόν περίσσεια νερού.
Οι αποξηραντικές ιδιότητες του πεντοξειδίου του φωσφόρου χρησιμοποιούνται συχνά για τη μετατροπή ενός αριθμού οξέων στους αντίστοιχους ανυδρίτες τους. Για παράδειγμα, το πεντοξείδιο του φωσφόρου θα μετατρέψει το νιτρικό οξύ (HNO3 ) στο πεντοξείδιο του διαζώτου του ανυδρίτη (N2 O5 ). Θα μετατρέψει επίσης το θειικό οξύ (H2 SO4 ) σε τριοξείδιο του θείου (SO3 ) αφαιρώντας ένα οξυγόνο και δύο υδρογόνα. ένα μόνο μόριο νερού και θα μετατρέψει το υπερχλωρικό υδρογόνο (HClO4 ) σε επτοξείδιο διχλωρίου (Cl2 O7 ).
Η πλειονότητα του πεντοξειδίου του φωσφόρου που δεν χρησιμοποιείται ως ξηραντικό χρησιμοποιείται ως ενδιάμεσο αντιδραστήριο για τη δημιουργία άλλων ενώσεων. Στην οργανική χημεία, το πεντοξείδιο του φωσφόρου χρησιμοποιείται για την αφυδάτωση οργανικών ενώσεων, όπως η μετατροπή των αμιδίων σε νιτρίλια, μια σημαντική κατηγορία οργανικών μορίων που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή καουτσούκ και στις εργαστηριακές διαδικασίες.
Συνοπτικά, το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι μια ομοιοπολική ένωση ανυδρίτη που σχηματίζεται μέσω της καύσης στοιχειακού φωσφόρου και οξυγόνου. Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι εξαιρετικά υγροσκοπικό, επομένως θα αντλήσει νερό από το κοντινό περιβάλλον και θα αντιδράσει για να σχηματίσει φωσφορικό οξύ. Το πεντοξείδιο του φωσφόρου χρησιμοποιείται συνήθως ως βιομηχανικό ξηραντικό και παίζει ρόλο ως ενδιάμεσο αντιδραστήριο για τη μετατροπή του οξέος σε αντίστοιχους ανυδρίτες. Παρόλο που ένα μόνο μόριο της ένωσης έχει μοριακό τύπο P4 O10 , εξακολουθεί να ονομάζεται πεντοξείδιο του φωσφόρου λόγω του εμπειρικού του τύπου P2 O5 . Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι μοναδικό στο ότι υπάρχει σε πολλά διαφορετικά πολύμορφα που έχουν διαφορετική μοριακή γεωμετρία. Η πιο κοινή μορφή είναι ένα εξαγωνικό κύτταρο που αποτελείται από 4 διακριτά τετράεδρα φωσφόρου. Το πεντοξείδιο του φωσφόρου είναι διαβρωτικό για τα μέταλλα και μπορεί να βλάψει τον ανθρώπινο ιστό ακόμη και σε μικρές συγκεντρώσεις.
