Phosphorpentoxid

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_{4}O_{10}+2986{\frac {kJ}{mol}}}

^[4]

Bei Sauerstoffmangel entsteht auch Phosphortrioxid P₄O₆, bei dem die vier „äußeren“ (in der obigen Formel doppelt an ein Phosphoratom gebundenen) Sauerstoffatome fehlen.^[5]

Eigenschaften

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

\mathrm {P_{4}O_{10}+2\ H_{2}O\longrightarrow H_{4}P_{4}O_{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_{4}P_{4}O_{12}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ H_{4}P_{2}O_{7}}

zu Orthophosphorsäure

\mathrm {H_{4}P_{2}O_{7}+H_{2}O\longrightarrow 2\ H_{3}PO_{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. Kommerzielle Trocknungsmittel enthalten 75 % Phosphorpentoxid und 25 % inertes anorganisches Trägermaterial, wodurch eine rieselfähige Struktur des Trocknungsmittels erhalten bleibt. Durch Zusatz von Wasser-Indikatoren wird der Erschöpfungsgrad des Mittels angezeigt. Bei Wasseraufnahme verfärbt sich der ursprünglich farblose Indikator über grün, blaugrün nach blau (Wassergehalt ca. 33 %).

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-Atom 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.

Zwar wird Phosphorpentoxid in der organischen Chemie praktisch nur als Trocknungsmittel eingesetzt, experimentell konnte jedoch gezeigt werden, dass das Kation von Phosphorpentoxid in der Gasphase so reaktiv ist, dass es sogar die stabilste aller Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen, und zwar die von Methan, effektiv bei Raumtemperatur aktivieren kann.^[6]

Sicherheitshinweise

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

Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ^1,5 Eintrag zu Phosphorpentoxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 27. März 2008 (JavaScript erforderlich)
↑ ^2,0 ^2,1 Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 1314-56-3 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich)
↑ Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
↑ Holleman, Arnold F., Wiberg, Egon: "Lehrbuch der anorganischen Chemie", 91.-100. Aufl., Berlin, New York, 1985, S. 644
↑ G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 541-2.
↑ R. Crabtree: C–H bond activation: A radical non-metal solution, Nature Chemistry 1, 348–349 (2009) – (Originalarbeit: N. Dietl, M. Engeser und H. Schwarz: Aktivierung der C–H-Bindung von Methan bei Raumtemperatur durch nacktes [P₄O₁₀]⁺, Angewandte Chemie 2009,121, 4955–4957 doi:10.1002/ange.200901596)

[GESTIS-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ^1,5 Eintrag zu Phosphorpentoxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 27. März 2008 (JavaScript erforderlich)

[CLP_1850-2] 2,0 ^2,1 Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 1314-56-3 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich)

[3] Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.

[4] Holleman, Arnold F., Wiberg, Egon: "Lehrbuch der anorganischen Chemie", 91.-100. Aufl., Berlin, New York, 1985, S. 644

[5] G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 541-2.

[6] R. Crabtree: C–H bond activation: A radical non-metal solution, Nature Chemistry 1, 348–349 (2009) – (Originalarbeit: N. Dietl, M. Engeser und H. Schwarz: Aktivierung der C–H-Bindung von Methan bei Raumtemperatur durch nacktes [P₄O₁₀]⁺, Angewandte Chemie 2009,121, 4955–4957 doi:10.1002/ange.200901596)

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