磷氧化物
化学名词
磷的氧化物有两种,五氧化二磷三氧化二磷,磷的燃烧产物为五氧化二磷。如果氧不足则生成三氧化二磷。五氧化二磷是磷酸的酸酐,三氧化二磷是亚磷酸的酸酐。
定义
磷的氧化物有两种,五氧化二磷三氧化二磷,磷的燃烧产物是P4O10,常习惯称之为五氧化二磷(P2O5)。如果氧不足则生成P4O6,常称为三氧化二磷(P2O3)。五氧化二磷是磷酸的酸酐,三氧化二磷是亚磷酸的酸酐。
物理性质
P4O6是白色蜡状固体,熔点为296.8 K ,沸点(在氮气气氛中)为446.8 K ,具有很强的毒性。P4O10是白色粉末状固体,熔点为693K ,在573K 时升华,有很强的吸水性,在空气中很快潮解,它是最强的一种干燥剂。
化学性质
P4O10可以从许多化合物中夺取化合态的水。P4O6与冷、热水反应,得到不同产物。P4O6在热水中不稳定,易发生歧化反应。P4O10与水的反应很剧烈,并放出大量热。但反应产物常常随着水的数量多少,依次为下列各种P的含氧酸:偏磷酸,焦磷酸,磷酸。当P4O10与水的物质的量之比超过1:6,特别是有硝酸作催化剂时,可完全转化为正磷酸。
应用
P4O10可用来生产生物玻璃,即一种填有P4O10的苏打石灰玻璃。若把它移到体内,钙离子和磷酸根离子在玻璃和骨头间隙中溶出,并在此区域导长出新生骨头,玻璃就固定在骨头上了。
晶型结构
常压下的3种P2O5晶型
迄今为止,在常温常压下发现的五氧化二磷共有3 种不同的晶型:一种是原来认为是三方晶型的六方晶型,即一般被称作正方晶型的h- P2O5, 相对密度为2.3,熔点为420 ℃,沸点为3410 ℃,常压下的升华温度为450 ℃左右。其余两种分别为亚稳态正交型的斜方晶型O- P2O5, 相对密度为2.72,熔点为562 ℃,沸点为605 ℃,常压下的升华温度为370 ℃左右;以及稳态正交的四方型O’- P2O5,相对密度为2.89,熔点为580 ℃,沸点为580 ℃。由于五氧化二磷晶型不同,因此可以通过X 射线衍射谱图与各种五氧化二磷的标准谱图进行对比,从而判定其晶型。
常压下的3种P2O5结构
h- P2O5的结构是由离散的P4O10分子形成的六角形的立体结构见图1a。其中每个P 原子先形成PO4的四面体, 然后利用6个O 原子形成键桥连接4个P原子进行均匀分配, 从而形成h- P2O5的结构。o- P2O5的结构见图1b,每个PO4四面体的其中3个角都与相邻的PO4共享, 并且连续3个PO4都沿c轴螺旋运行, 从而形成了一个螺旋立体网络结构。而o′- P2O5的结构则是一个无限的二维表,相连接的PO4彼此有两个面互相平行,如图1c 示。在后面两种结构中O 原子始终作为PO4的终端,因此它们的P—O 键的长度要短于h- P2O5的键桥长度。
各种晶型的P2O5比较
通过h- P2O5和o- P2O5的升华温度的比较知道h 型的密度小于o 型,这在实验中也可以看出,原料为o 型的五氧化二磷呈细密的粉末状, 而h 型则是细微的小颗粒状。此外h 型的升华温度高于o 型。利用基于密度泛函理论框架下的局域密度近似方法(LDA)和广义梯度近似(GGA)对各种P2O5分子间的相互作用势进行计算。根据LDA 结果整理得出,在常压下各种晶型的五氧化二磷的稳定性为o′型2O5均大于o-P2O5。
对分析纯P2O5和加热后的产物进行分析。热重分析显示五氧化二磷加热前后物理性质有变化。X 射线衍射分析得出, 在蒸发的过程中五氧化二磷的晶型刚开始为斜方晶型o 型,此时的挥发速率较快不易控制;而后面挥发速率较稳定的晶型则为正方晶型即h 型,并且此时当蒸发表面积一定时速率随着温度的升高而升高,温度一定时速率随表面积的增大而上升,因此利用h- P2O5的这一特征可以很好地根据实验所需来调控五氧化二磷的蒸发量以此达到实验目的。通过此实验也证明了h- P2O5的稳定性要大于o- P2O5,因此h- P2O5具有较好的可操控性。国内外对五氧化二磷晶型结构的认识都只有简单的了解, 因此对各种晶型的活性判定及应用都还是一个较新的领域,有待进一步的研究。
参考资料
最新修订时间:2022-06-14 06:09
目录
概述
定义
物理性质
化学性质
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