Pentóxido de fósforo
Pentóxido de fósforo es un compuesto químico con fórmula molecular P4O10 (cuyo nombre común deriva de su fórmula empírica, P< sub>2O5). Este sólido cristalino blanco es el anhídrido del ácido fosfórico. Es un potente agente desecante y deshidratante.
Estructura
El pentóxido de fósforo cristaliza en al menos cuatro formas o polimorfos. La más familiar, una forma metaestable (que se muestra en la figura), comprende moléculas de P4O10. Las fuerzas débiles de Van der Waals mantienen unidas estas moléculas en una red hexagonal (sin embargo, a pesar de la alta simetría de las moléculas, el empaquetamiento de los cristales no es compacto). La estructura de la jaula P4O10 recuerda al adamantano con un grupo de puntos de simetría Td. Está estrechamente relacionado con el correspondiente anhídrido del ácido fosforoso, P4O6. Este último carece de grupos oxo terminales. Su densidad es de 2,30 g/cm3. Hierve a 423 °C bajo presión atmosférica; si se calienta más rápidamente puede sublimar. Esta forma se puede obtener condensando rápidamente el vapor de pentóxido de fósforo y el resultado es un sólido extremadamente higroscópico.
Los otros polimorfos son poliméricos, pero en cada caso los átomos de fósforo están unidos por un tetraedro de átomos de oxígeno, uno de los cuales forma un enlace P=O terminal que implica la donación de los electrones del orbital p del oxígeno terminal al fósforo antienlazante. -enlaces simples de oxígeno. La forma macromolecular se puede preparar calentando el compuesto en un tubo sellado durante varias horas y manteniendo la masa fundida a una temperatura alta antes de enfriarla hasta convertirla en sólido. La forma ortorrómbica metaestable "O" (densidad 2,72 g/cm3, punto de fusión 562 °C) adopta una estructura en capas que consta de P6 interconectados. O6 anillos, no muy diferente de la estructura adoptada por ciertos polisilicatos. La forma estable es una fase de mayor densidad, también ortorrómbica, la llamada O' forma. Consta de una estructura tridimensional, densidad 3,5 g/cm3. El polimorfo restante es una forma vidriosa o amorfa; se puede hacer fusionando cualquiera de los demás.
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| Parte de un o′-(P2O5)JUEGO capa | o"-(P)2O5)JUEGO capas apilando |
Preparación
P4O10 se prepara quemando fósforo blanco con un suministro suficiente de oxígeno:
- P4 + 5 O2 → P4O10
La deshidratación del ácido fosfórico para dar pentóxido de fósforo no es posible, ya que al calentarlo forma varios polifosfatos, pero no se deshidratará lo suficiente como para formar P4O10.
Aplicaciones
El pentóxido de fósforo es un potente agente deshidratante como lo indica la naturaleza exotérmica de su hidrólisis produciendo ácido fosfórico:
- P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO4 (–177 kJ)
Sin embargo, su utilidad para el secado está algo limitada por su tendencia a formar una capa protectora viscosa que inhibe una mayor deshidratación por el material no gastado. En los desecadores se utiliza una forma granular de P4O10.
Consistente con su fuerte poder desecante, P4O10 se utiliza en síntesis orgánica para la deshidratación. La aplicación más importante es la conversión de amidas primarias en nitrilos:
- P4O10 + RC(O)NH2 → P4O9(OH)2 + RCN
El coproducto indicado P4O9(OH)2 es una fórmula idealizada para productos indefinidos resultantes de la hidratación de P4O10.
Alternativamente, cuando se combina con un ácido carboxílico, el resultado es el anhídrido correspondiente:
- P4O10 + RCO2H → P4O9(OH)2 + [RC(O)]2O
El "reactivo de Onodera", una solución de P4O10 en DMSO, se emplea para la oxidación de alcoholes. Esta reacción recuerda a la oxidación de Swern.
El poder desecante del P4O10 es lo suficientemente fuerte como para convertir muchos ácidos minerales en sus anhídridos. Ejemplos: HNO3 se convierte en N2O5; H2SO4 se convierte en SO3; HClO4 se convierte en Cl2O7; CF3SO3H se convierte en (CF3)2S2O5.
Como medida proxy
P2O5 como valor aproximado de todos los óxidos de fósforo de un material. Por ejemplo, el ácido fosfórico de calidad fertilizante también puede contener diversos compuestos de fósforo relacionados que también son útiles. Todos estos compuestos se describen colectivamente en términos de 'P2O5 contenido' para permitir una comparación conveniente del contenido de fósforo de diferentes productos. A pesar de esto, el pentóxido de fósforo no está presente en la mayoría de las muestras ya que no es estable en soluciones acuosas.
Óxidos de fósforo relacionados
Entre los comercialmente importantes P4O6 y P4O10, se conocen óxidos de fósforo con estructuras intermedias.
En observación se verá que el doble oxígeno unido en a 1,2 posición o 1,3 posición son idénticas y ambas posiciones tienen el mismo obstáculo esterico. Ciclo 12341 y ABCDA son idénticos.
Peligros
El pentóxido de fósforo en sí no es inflamable. Al igual que el trióxido de azufre, reacciona vigorosamente con el agua y sustancias que contienen agua, como la madera o el algodón, libera mucho calor e incluso puede provocar incendios debido a la naturaleza altamente exotérmica de tales reacciones. Es corrosivo para el metal y muy irritante: puede causar quemaduras graves en los ojos, la piel, las membranas mucosas y el tracto respiratorio incluso en concentraciones tan bajas como 1 mg/m3.