ساختار، فرمول شیمیایی و مصارف پنتا اکسید فسفر

پنتا اکسید فسفر یک ساختار مولکولی خیلی جالب دارد و برای مصارف مختلفی نیز به کار می‌رود.

آیا می‌دانستید؟

پنتا اکسید فسفر در اوایل و اواسط قرن بیستم با حل شدن در آب، برای به دست آوردن فسفریک اسید مورد استفاده قرار می‌گرفت اما این کار به فراهم کردن فسفر سفید نیاز داشت که پیدا کردن آن نسبتاً سخت بود. وقتی روش جدید ایجاد فسفریک اسید کشف شد، این روش از مد افتاد.
پنتا اکسید فسفر شکل آنیدرید فسفریک اسید (H_3 PO_4) است و فرمول شیمیایی تجربی آن به صورت P_2 O_5 است. اما تک مولکول پنتا اکسید فسفر به دنبال فرمول دیگری است چون شکل تک مولکولی آن خیلی ناپایدار است. در نتیجه فرمول مولکولی ترکیب دقیقاً P_4 O_10 است.
آن یک جامد کریستالی سفید است و شدیداً رطوبت پسند است یعنی جاذبه‌ی خیلی قوی به آب دارد.
این ترکیب با سوزاندن فسفر عنصری در حضور مقدار زیادی اکسیژن ایجاد می‌شود. معادله‌ی واکنش آن به صورت زیر است :
P_4+5O_2=P_4 O_10

ساختار :

پنتا اکسید فسفر می‏تواند در ساختارهای کریستالی بی‎‏شماری (پلی مورف‏ها) یافت شود اما رایج‏ترین و پایدارترین ساختار یافت شده ساختاری است که در تصویر زیر نشان داده شده است :
برای افرادی که نمی‏توانند تصویر سه بعدی را ببینند تصویر دو بعدی زیر آورده شده است :

پلی مورف‏های دیگر پنتا اکسید فسفر، همیشه با چهار وجهی اتم‏های اکسیژن (چهار اتم اکسیژن) در کنار هر اتم فسفر یافت می‎‏شوند. در این پلی مورف‏ها، اتم اکسیژن انتهایی یک پیوند دوگانه با اتم فسفر ایجاد می‏کند و دقیقاً یک پیوند یگانه را تشکیل می‏دهد و با اتم اکسیژن دیگر مرتبط با چهار وجهی‏های مختلف پیوند برقرار می‏کند. این، پلی مورف‏های دیگر پنتا اکسید فسفر را خیلی ناپایدار می‏سازد.

خواص :

دانسیته‏ی پنتا اکسید فسفر 3ر2 گرم بر سانتی متر مکعب است.
نقطه‌ی ذوب آن 340 درجه سانتی گراد و یا 644 درجه فارنهایت است.
نقطه‏ی جوش آن 20 درجه بیشتر از نقطه ذوب آن است یعنی 680 درجه فارنهایت است. این یعنی این که اگر منبع گرما به حد کافی ثابت و داغ باشد می‏تواند آن را تصعید کند و یا حالت مایع را رد کند و مستقیماً به بخار تبدیل شود.
این ترکیب شدیداً رطوبت پسند است و واکنش آن با آب شدیداً گرمازا است.
P_4 O_10+6H_2 O =4H_3 PO_4+177 Kj
در این معادله بسته به مقدار آب موجود، شکل‏های مختلفی از اسید فسفریک تولید می‏شوند. این امر، انبار کردن و حمل و نقل این ترکیب را ریسک پذیر می‏سازد. اما این ترکیب همانند بیشتر ترکیب‏های دیگر آتش نمی‏گیرد یعنی این که با اکسیژن اتمسفر واکنش نمی‏دهد مگر این که حرارت ببیند.

مصارف :

بیشتر کاربردهای عملی و مصارف پنتا اکسید فسفر، حول پیوستگی شدید آن با آب هستند که آن را یک عامل دی هیدراته کننده عالی می‏سازد.
آن به عنوان عامل دی هیدراته کننده در سنتز آلی به کار می‏رود که فرآیند تشکیل ترکیب‏های آلی با واکنش ترکیب‏های آلی دیگر است. این برای تبدیل آمیدها به نیتریل‏ها بسیار مهم است : R-C(O)NH_2 با گرفتن دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن در آمید، به RCN تبدیل می‏شود.
آن هم چنین برای ایجاد آنیدریدهای اسیدهای حاوی اکسیژن به کار می‏رود. آن می‏تواند حتی قوی‏ترین اسیدها را به آنیدرات‏ها تبدیل کند؛ نظیر نیتریک اسید به نیتروژن پنتا اکسید و اسید سولفوریک به گوگرد تری اکسید.
با این تعریف، این ترکیب با اسیدهایی که حاوی اکسیژن نیستند واکنش نمی‏دهد نظیر هیدروکلریک اسید. چون هیچ مولکول آبی برای خارج شدن وجود ندارد. در واقع، فسفر پنتا کلرید با آب واکنش می‏دهد تا اسید هیدروکلریک و اکسیدهای فسفر را که شامل شکل پنتا اکسیدی هستند، به دست دهد.