El pentóxido de fósforo es un compuesto químico con fórmula molecular P 4 O 10 (cuyo nombre común deriva de su fórmula empírica , P 2 O 5 ). Este sólido cristalino blanco es el anhídrido del ácido fosfórico . Es un potente agente desecante y deshidratante .
El pentóxido de fósforo cristaliza en al menos cuatro formas o polimorfos . La más conocida, una forma metaestable [1] (mostrada en la figura), comprende moléculas de P 4 O 10 . Fuerzas de van der Waals débiles mantienen juntas estas moléculas en una red hexagonal (sin embargo, a pesar de la alta simetría de las moléculas, el empaquetamiento cristalino no es un empaquetamiento compacto [2] ). La estructura de la jaula de P 4 O 10 recuerda al adamantano con un grupo puntual de simetría T d . [3] Está estrechamente relacionado con el anhídrido correspondiente del ácido fosforoso , P 4 O 6 . Este último carece de grupos oxo terminales. Su densidad es de 2,30 g/cm 3 . Hierve a 423 °C bajo presión atmosférica; si se calienta más rápidamente puede sublimar. Esta forma se puede obtener condensando rápidamente el vapor de pentóxido de fósforo, y el resultado es un sólido extremadamente higroscópico. [4]
Los otros polimorfos son poliméricos, pero en cada caso los átomos de fósforo están unidos por un tetraedro de átomos de oxígeno, uno de los cuales forma un enlace terminal P=O que implica la donación de los electrones del orbital p del oxígeno terminal a los enlaces simples fósforo-oxígeno antienlazantes. La forma macromolecular se puede hacer calentando el compuesto en un tubo sellado durante varias horas y manteniendo la masa fundida a una temperatura alta antes de enfriar la masa fundida al sólido. [4] La forma "O" ortorrómbica metaestable (densidad 2,72 g/cm 3 , punto de fusión 562 °C) adopta una estructura en capas que consiste en anillos P 6 O 6 interconectados , no muy diferente de la estructura adoptada por ciertos polisilicatos . La forma estable es una fase de mayor densidad, también ortorrómbica, la llamada forma O'. Consiste en un marco tridimensional, densidad 3,5 g/cm 3 . [1] [5] El polimorfo restante es una forma vítrea o amorfa; se puede obtener fusionando cualquiera de los otros.
El P 4 O 10 se prepara quemando fósforo blanco con un suministro suficiente de oxígeno: [6]
La deshidratación del ácido fosfórico para dar pentóxido de fósforo no es posible, ya que al calentarlo forma varios polifosfatos pero no se deshidrata lo suficiente para formar P 4 O 10 .
El pentóxido de fósforo es un potente agente deshidratante como lo indica la naturaleza exotérmica de su hidrólisis que produce ácido fosfórico :
Sin embargo, su utilidad para el secado está limitada en cierta medida por su tendencia a formar una capa viscosa protectora que inhibe una mayor deshidratación por el material no utilizado. En los desecadores se utiliza una forma granular de P 4 O 10 .
Debido a su gran poder desecante, el P 4 O 10 se utiliza en síntesis orgánica para la deshidratación. La aplicación más importante es la conversión de amidas primarias en nitrilos : [7]
El coproducto indicado P 4 O 9 (OH) 2 es una fórmula idealizada para productos indefinidos resultantes de la hidratación de P 4 O 10 .
Alternativamente, cuando se combina con un ácido carboxílico , el resultado es el anhídrido correspondiente : [8]
El "reactivo de Onodera", una solución de P 4 O 10 en DMSO , se emplea para la oxidación de alcoholes . [9] Esta reacción recuerda a la oxidación de Swern .
El poder desecante del P 4 O 10 es lo suficientemente fuerte como para convertir muchos ácidos minerales en sus anhídridos. Ejemplos: el HNO 3 se convierte en N 2 O 5 ; el H 2 SO 4 se convierte en SO 3 ; el HClO 4 se convierte en Cl 2 O 7 ; el CF 3 SO 3 H se convierte en (CF 3 ) 2 S 2 O 5 .
El contenido de P2O5 se utiliza a menudo en la industria como valor representativo de todos los óxidos de fósforo presentes en un material. Por ejemplo, el ácido fosfórico de grado fertilizante también puede contener diversos compuestos de fósforo relacionados que también son útiles. Todos estos compuestos se describen colectivamente en términos de " contenido de P2O5 " para permitir una comparación conveniente del contenido de fósforo de diferentes productos. A pesar de esto, el pentóxido de fósforo no está presente en la mayoría de las muestras, ya que no es estable en soluciones acuosas.
Entre los comercialmente importantes P 4 O 6 y P 4 O 10 , se conocen óxidos de fósforo con estructuras intermedias. [10]
Al observar, se puede ver que el oxígeno con doble enlace en la posición 1,2 o 1,3 es idéntico y ambas posiciones tienen el mismo impedimento estérico. El ciclo 12341 y ABCDA son idénticos.
El pentóxido de fósforo no es inflamable. Al igual que el trióxido de azufre , reacciona vigorosamente con el agua y las sustancias que contienen agua, como la madera o el algodón, liberando mucho calor e incluso puede provocar un incendio debido a la naturaleza altamente exotérmica de dichas reacciones. Es corrosivo para el metal y muy irritante: puede provocar quemaduras graves en los ojos, la piel, las mucosas y el tracto respiratorio incluso en concentraciones tan bajas como 1 mg/m3 . [ 11]
