תחמוצת זרחן (V): מבנה, תכונות, השגה, שימושים, סיכונים - כִּימִיָה - 2025

תחמוצת זרחן (v) היא מוצקה אורגני נוצר על ידי חמצן זרחן (P) (O). הנוסחה האמפירית שלה היא P ₂ O ₅ , ואילו הנוסחה המולקולרית הנכונה שלה היא P ₄ O ₁₀ . זהו מוצק לבן היגרוסקופי מאוד, כלומר הוא יכול לספוג מים מהאוויר בקלות רבה, ולהגיב איתם מייד. התגובה יכולה להיות מסוכנת מכיוון שהיא גורמת לעלייה מהירה בטמפרטורה.

הנטייה הגבוהה שלו לספיגת מים הביאה לכך שהם משמשים כחומר ייבוש במעבדות כימיות, כמו גם כמייבש של כמה תרכובות, כלומר לחסל מים מהמולקולות שלהם.

אבקת תחמוצת זרחן (v), P ₄ O ₁₀ . LHcheM. מקור: Wikimedia Commons.

תחמוצת זרחן (v) משמשת גם להאצת התגובות הקשורות של מולקולות פחמימניות שונות, תגובה הנקראת עיבוי. בנוסף, הוא מאפשר להמיר חומצות אורגניות מסוימות לאסטרים.

זה משמש למשל לזיקוק בנזין, להכנת חומצה זרחתית H ₃ PO ₄ , כדי להשיג תרכובות המשמשות לעיכוב אש, לייצור זכוכית ליישומי ואקום, בין שימושים רבים אחרים.

יש לשמור על תחמוצת הזרחן (v) במיכלים סגורים היטב כדי למנוע מגע של לחות באוויר. זה מאכל ויכול לפגוע בעיניים, בעור ובקרומים הריריים.

מִבְנֶה

תחמוצת זרחן (v) נוצרת על ידי זרחן (P) וחמצן (O), כאשר לזרחן יש ערך של +5 וחמצן -2. למולקולת תחמוצת הזרחן (v) יש ארבעה זרחן ועשרה אטומי חמצן וזו הסיבה שהנוסחה המולקולרית הנכונה שלה היא P ₄ O ₁₀ .

מבנה מולקולת החמצון הזרחני (v), P ₄ O ₁₀ . מחבר: Benjah-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

זה קיים בשלוש צורות גבישיות, כאבקה אמורפית ובצורה זגוגית (כמו זכוכית). בצורה גבישית משושה, כל אחד מהאטומים הזרחניים נמצא בקודקודי הטטרהדרון.

מִנוּחַ

- תחמוצת זרחן (v)

- פנטוקסיד זרחן

- פנטוקסיד דו-זרחן

- פנטוקסיד זרחן

- זרחן אנהידריד

- דקהוקסיד טטרה-זרחן

נכסים

מצב פיזי

מוצק לבן גבישי. הצורה הנפוצה ביותר היא זו של גבישים משושים.

משקל מולקולרי

283.89 גרם / מול

נקודת המסה

562 מעלות צלזיוס

טמפרטורת סובלימציה

360 מעלות צלזיוס בלחץ אטמוספרה 1. זה אומר שבטמפרטורה זו הוא עובר ממוצק לגז מבלי לעבור למצב הנוזלי.

צְפִיפוּת

2.30 גרם / ס"מ ³

מְסִיסוּת

מסיסים מאוד במים. מסיסים בחומצה גופרתית. בלתי מסיס באצטון ובאמוניה.

תכונות כימיות

תחמוצת זרחן (v) סופגת ומגיבה עם מים מהאוויר במהירות רבה ויוצרת חומצה זרחתית H ₃ PO ₄ . תגובה זו אקסותרמית, כלומר מייצרים חום במהלכה.

תגובה של תחמוצת זרחן (v) במים ליצירת חומצה זרחתית H ₃ PO ₄ . מחבר: מרילו סטאה.

התגובה של P ₄ O ₁₀ עם מים מביאה להיווצרות תערובת של חומצות זרחן שהרכבן תלוי בכמות המים ובתנאים.

התגובה עם אלכוהולים מובילה להיווצרות אסטרים של חומצה זרחתית או חומצות פולימריות בהתאם לתנאי הניסוי.

P ₄ O ₁₀ + 6 ROH → 2 (RO) ₂ PO.OH + 2 RO.PO (OH) ₂

בעזרת תחמוצות בסיסיות הוא יוצר פוספטים מוצקים.

זה מאכל. זה יכול להגיב בצורה מסוכנת עם חומצה פורמית ועם בסיסים אורגניים כמו נתרן הידרוקסיד (NaOH), תחמוצת סידן (CaO) או נתרן קרבונט Na ₂ CO ₃ .

אם יוצקים תמיסה של חומצה perchloric HClO ₄ וכלורופורם CHCl ₃ לתחמוצת זרחן (v) P ₄ O ₁₀ , מתרחש פיצוץ אלים.

נכסים אחרים

זה לא דליק. זה לא מקדם בעירה. עם זאת, תגובתם עם מים כה אלימה ואקזוטרמית עד שיכול להיות סכנה לשריפה.

להשיג

ניתן להכינו על ידי חמצון ישיר של זרחן בזרם של אוויר יבש. זרחן כאשר הוא בא במגע עם עודף חמצן מתחמצן ויוצר תחמוצת זרחן (v).

P ₄ + 5 O ₂ → P ₄ O ₁₀

נוכחות בטבע

תחמוצת זרחן (v) מצוי במינרלים כמו אילמניט, רוטיל וזירקון.

אילמניט הוא מינרל המכיל ברזל וטיטניום ולעיתים יש בו תחמוצת זרחן (v) בריכוזים המשתנים בין 0,04 ל- 0.33% במשקל. Rutile הוא מינרל תחמוצת טיטניום ויכול להכיל כ- 0,02% במשקל של P ₂ O ₅ .

בחולות זירקון (מינרל של היסוד זירקוניום) יש תחמוצת זרחן (v) במשקל 0.05-0.39%.

יישומים

כחומר התייבשות וייבוש

בגלל תאוות הבצע הגדולה במים, זהו אחד מגורמי ההתייבשות הידועים ביותר ויעיל מאוד בטמפרטורות מתחת ל 100 מעלות צלזיוס.

זה יכול לחלץ מים מחומרים שנחשבים בעצמם לסוכני התייבשות. לדוגמה, אתה יכול להסיר מים מחומצה גופרתית H ₂ SO _{4 על ידי} המרתם ל- SO ₃ ומחומצה חנקתית HNO _{3 על ידי} המרתם ל- N ₂ O ₅ .

התייבשות של חומצה גופרתית על ידי תחמוצת זרחן (v). מחבר: מרילו סטאה.

בעיקרון הוא יכול לייבש את כל אותם נוזלים וגזים איתם הוא אינו מגיב, כך שהוא מאפשר להסיר עקבות לחות ממערכות ואקום.

בתגובות כימיה אורגנית

תחמוצת זרחן (v) משמשת לסגירת טבעות של תרכובות אורגניות ותגובות עיבוי אחרות.

זה מאפשר לייסד חומצות אורגניות עם אפשרות להבחין בין חומצות קרבוקסיליות ראשוניות (שרשרת פחמן ללא טבעות עם קבוצת COOH בקצה אחד) לבין חומצות ארומטיות (קבוצת COOH המחוברת לטבעת הבנזין), מכיוון שהאחרון אינו מגיב.

זה משמש גם להסרת מולקולה של H ₂ O מהאמיד R (C = O) NH ₂ וממיר אותם לניטראלים R-CN. בנוסף, זה מזרז או מאיץ תגובות חמצון, התייבשות והפלמור של ביטומן.

P ₄ O ₁₀ נמצא בשימוש נרחב במעבדות כימיה אורגנית. מחבר: jdn2001cn0. מקור: Pixabay.

בזיקוק דלק

מאז העשור של שנות ה -30 של המאה העשרים, מחקרים מסוימים הצביעו על כך שתחמוצת הזרחן (v) הפעילה זיקוק על בנזין, והגדילה את מספר האוקטן שלו.

פעולת הזיקוק של P ₄ O ₁₀ נובעת בעיקר מתגובות עיבוי (איחוד מולקולות שונות) ולא מפולימרציה (איחוד מולקולות שוות).

P ₄ O ₁₀ מאיץ את ההחלמה הישירה של פחמימנים ארומטיים עם אולפינים, את ההמרה של אולפינים לנפטנים ואת הפילמור החלקי שלהם. תגובת האליקילציה מגדילה את מספר האוקטן של הבנזין.

בדרך זו מתקבל בנזין מזוקק באיכות גבוהה.

ניתן לשפר כמה נגזרות נפט על ידי פעולת P ₄ O ₁₀ על המולקולות שלהם. מחבר: drpepperscott230. מקור: Pixabay.

ביישומים שונים

תחמוצת זרחן (v) משמשת ל:

- הכן חומצה זרחתית H ₃ PO ₄

- השג אסתרי אקרילט וחומרים פעילי שטח

- הכן אסתרי פוספט המשמשים כמעכבי בעירה, ממסים ודילולים

- המרה של טריכלוריד זרחן לזרחן אוקסכלוריד

- מגיב מעבדה

- ייצור משקפיים מיוחדים לצינורות ואקום

- הגדל את נקודת ההיתוך של האספלט

- משמשים כמולקולה סטנדרטית בקביעת זרחן או פוספטים בסלע פוספט, דשנים ומלט פורטלנד, בצורה של P ₂ O ₅

- שפר את הקשרים בין פולימרים מסוימים לשכבת השנהב שיש לשיניים

כמה משקפיים מיוחדים כמו אלה עבור צינורות ואקום דורשים שימוש ב- P ₄ O ₁₀ במהלך הייצור שלהם. Tvezymer. מקור: Wikimedia Commons.

סיכונים

יש לשמור את תחמוצת הזרחן (v) במיכלים אטומים ובמקומות קרירים, יבשים ומאווררים היטב.

זה משמש כדי למנוע ממנו לבוא במגע עם מים, מכיוון שהוא יכול להגיב איתם באלימות, לייצר חום רב עד כדי שריפת חומרים סמוכים דליקים.

אבק תחמוצת זרחן (v) מגרה את העיניים ודרכי הנשימה ומאכל בעור. עלול לגרום לכוויות בעיניים. אם נבלעים זה גורם לכוויות פנימיות קטלניות.

הפניות

1. הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב. (2019). חומצה זרחתית. התאושש מ- pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. ניילר, פ (2001). ביטומנים: שונה. שינוי כימי. באנציקלופדיה של חומרים: מדע וטכנולוגיה. התאושש מ- sciencedirect.com.
3. Malishev, BW (1936). זרחן פנטוקסיד כחומר זיקוק לבנזין. כימיה לתעשייה והנדסה 1936, 28, 2, 190-193. התאושש מ- pubs.acs.org.
4. Epps, ג'וניור EA (1950). קביעה פוטומטרית של זרחן פנטוקסיד זמין בדשנים. כימיה אנליטית 1950, 22, 8, 1062-1063. התאושש מ- pubs.acs.org.
5. Banerjee, A. et al. (1983). שימוש בזרחן פנטוקסיד: ייעור חומצות אורגניות. ג'יי אורג. Chem. 1983, 48, 3108-3109. התאושש מ- pubs.acs.org.
6. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
7. קירק-אחר (1994). אנציקלופדיה לטכנולוגיה כימית. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
8. Ogliari, FA ואח '. (2008). סינתזה של מונומרים פוספטים וקשורה לדנטין: שיטות ייעוש ושימוש בפנטוקסיד זרחן. כתב העת לרפואת שיניים, כרך 36, גיליון 3, מרץ 2008, עמודים 171-177. התאושש מ- sciencedirect.com.