Phosphorpentoxid

Strukturformel
Allgemeines
Name	Phosphorpentoxid
Andere Namen	Phosphor(V)-oxid Phosphorpentaoxid Diphosphorpentoxid Tetraphosphordecaoxid
Summenformel	P4O10
CAS-Nummer	1314-56-3
PubChem	14812
Kurzbeschreibung	farb- und geruchloser, hygroskopischer Feststoff[1]
Eigenschaften
Molare Masse	141,96 g·mol−1 (P2O5)
Aggregatzustand	fest
Dichte	2,30 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	340–360 °C [1]
Löslichkeit	mit Wasser Zersetzung zu Phosphorsäure[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [2] Gefahr H- und P-Sätze H: 314 EUH: keine EUH-Sätze P: 260-​301+330+331-​303+361+353-​305+351+338-​405-​501Vorlage:P-Sätze/Wartung/mehr als 5 Sätze [1] EU-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [2] Ätzend (C) R- und S-Sätze R: 35 S: (1/2)-22-26-45
MAK	2 mg·m−3 (Empfehlung, kein geltendes Recht) [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Phosphorpentoxid, genauer Diphosphorpentoxid, ist ein Oxid des Elementes Phosphor. Es ist ein farb- und geruchloses, äußerst hygroskopisches Pulver, das mit Wasser in stark exothermer Reaktion zu Phosphorsäure umgesetzt wird.

Obwohl lange bekannt ist, dass ein Molekül durch die Summenformel P₄O₁₀ exakter beschrieben wird, ist die historische Bezeichnung (Di)phosphorpentoxid erhalten geblieben.

Herstellung

Phosphorpentoxid entsteht bei der Verbrennung von weißem Phosphor in einem trockenen Luftstrom unter starker Wärmeentwicklung:

$\mathrm{P_4 + 5\,O_2 \rightarrow P_4O_{10} + 2986 \frac {kJ}{mol}}$^[3]

Bei Sauerstoffmangel entsteht auch Phosphortrioxid P₄O₆, bei dem die vier „äußeren“ (in der obigen Formel doppelt an ein Phosphoratom gebundenen) Sauerstoffatome fehlen.^[4]

Eigenschaften

Phosphorpentoxid hat ein großes Bestreben, Wasser aufzunehmen und Metaphosphorsäure zu bilden:

$\mathrm{P_4O_{10} + 2\ H_2O \longrightarrow H_4P_4O_{12}}$

Das Gleichgewicht liegt hier fast vollständig auf der rechten Seite, so dass sich in einem Phosphorpentoxid enthaltenden, abgeschlossenen Raum ein Wasserdampfdruck von unter 1,3·10⁻⁴ Pa einstellt.

Weitere Wasseraufnahme führt über Polyphosphorsäuren

$\mathrm{H_4P_4O_{12} + 2\ H_2O \longrightarrow 2\ H_4P_2O_7}$

zu Orthophosphorsäure

$\mathrm{H_4P_2O_7 + H_2O \longrightarrow 2\ H_3PO_4}$

Verwendung

Phosphorpentoxid ist auf Grund des vorstehend dargestellten Gleichgewichts ein äußerst wirksames Trocknungsmittel (siehe Exsikkator): Wassermoleküle aus der umgebenden Luft, die auf Phosphorpentoxid treffen, werden sehr stark gebunden.

In Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen enthaltenes Wasser hat einen höheren Wasserdampfdruck, wodurch die Wassermoleküle nach und nach fast vollständig zum Phosphorpentoxid wandern. Davon betroffen sind auch chemisch gebundenes Wasser (siehe Kristallwasser) und sogar getrennt gebundene Wasserstoff- und Hydroxyl-Gruppen in organischen Molekülen oder biologischem Material: Auch diese haben einen gewissen „Wasserdampfdruck“, d.h., eine OH-Gruppe bildet mit einem benachbart gebundenen H gelegentlich ein Wassermolekül, das bei extremer Lufttrockenheit verdunstet. In der uns umgebenden, Wasserdampf enthaltenden Luft spielt dieses Gleichgewicht keine Rolle, aber ein Stück Würfelzucker wird im Exsikkator schwarz wie der im Backofen vergessene Kuchen (dem das Wasser auf dem gleichen Wege durch die Hitze verloren ging).

Düngemittel enthalten Phosphate wie z. B. Kaliumdihydrogenphosphat KH₂PO₄ oder Diammoniumhydrogenphosphat (NH₄)₂HPO₄, wobei der Gehalt an Phosphor oft auf Phosphorpentoxid (P₂O₅) umgerechnet angegeben wird.

Obwohl Phosphorpentoxid praktisch nur als Trocknungsmittel in der organischen Chemie eingesetzt wird, so konnte doch in der Gasphase gezeigt werden, dass das Kation von Phosphorpentoxid so reaktiv ist, das es sogar die stabilste aller Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen (und zwar die von Methan) effektiv bei Raumtemperatur aktivieren kann.^[5]

Sicherheitshinweise

Phosphorpentoxid ruft schwere Verätzungen hervor. Deswegen sind bei der Handhabung Handschuhe, Atemschutz und entsprechende Laborkleidung zu tragen.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d e f} Eintrag zu Phosphorpentoxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 27. März 2008 (JavaScript erforderlich)
2. ↑ ^{a b} Eintrag zu CAS-Nr. 1314-56-3 im European chemical Substances Information System ESIS (ergänzender Eintrag)
3. ↑ Holleman, Arnold F., Wiberg, Egon: "Lehrbuch der anorganischen Chemie", 91.-100. Aufl., Berlin, New York, 1985, S. 644
4. ↑ G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 541-2.
5. ↑ C–H bond activation: A radical non-metal solution by R. Crabtree, Nature Chemistry 1, 348-349 (2009) - (Originalarbeit: Aktivierung der C-H-Bindung von Methan bei Raumtemperatur durch nacktes P₄O₁₀+ by N. Dietl, M. Engeser und H. Schwarz, Angewandte Chemie 2009,121, 4955–4957) )