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 familiar, una forma metaestable [1] (que se muestra en la figura), comprende moléculas de P 4 O 10 . Las fuerzas débiles de Van der Waals mantienen unidas estas moléculas en una red hexagonal (sin embargo, a pesar de la alta simetría de las moléculas, el empaquetamiento de los cristales no es compacto [2] ). La estructura de la jaula de P 4 O 10 recuerda al adamantano con un grupo de puntos de simetría T d . [3] Está estrechamente relacionado con el correspondiente anhídrido del ácido fosforoso , P 4 O 6 . Este último carece de grupos oxo terminales. Su densidad es 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 P=O terminal que implica la donación de electrones del orbital p de oxígeno terminal al enlace simple fósforo-oxígeno antienlazante. cautiverio. La forma macromolecular se puede preparar calentando el compuesto en un tubo sellado durante varias horas y manteniendo la masa fundida a una temperatura alta antes de enfriarla hasta convertirla en sólido. [4] La forma "O" ortorrómbica metaestable (densidad 2,72 g/cm 3 , punto de fusión 562 °C) adopta una estructura en capas que consta de 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 una estructura tridimensional, densidad 3,5 g/cm 3 . [1] [5] El polimorfo restante es una forma de vidrio o amorfa; se puede hacer fusionando cualquiera de los demás.
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 como para formar P 4 O 10 .
El pentóxido de fósforo es un potente agente deshidratante como lo indica la naturaleza exotérmica de su hidrólisis produciendo ácido fosfórico :
Sin embargo, su utilidad para el secado está algo limitada por su tendencia a formar una capa protectora viscosa que inhibe una mayor deshidratación por el material no gastado. En los desecadores se utiliza una forma granular de P 4 O 10 .
De acuerdo con su fuerte 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: HNO 3 se convierte en N 2 O 5 ; H 2 SO 4 se convierte en SO 3 ; HClO 4 se convierte en Cl 2 O 7 ; CF 3 SO 3 H se convierte en (CF 3 ) 2 S 2 O 5 .
La industria suele utilizar el contenido de P 2 O 5 como valor aproximado de todos los óxidos de fósforo de un material. Por ejemplo, el ácido fosfórico de calidad fertilizante también puede contener diversos compuestos de fósforo relacionados que también son útiles. Todos estos compuestos se describen colectivamente en términos de ' contenido de P 2 O 5 ' 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]
Tras la observación se verá 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 en sí no es inflamable. Al igual que el trióxido de azufre , reacciona vigorosamente con el agua y sustancias que contienen agua, como la madera o el algodón, libera mucho calor e incluso puede provocar un incendio debido a la naturaleza altamente exotérmica de tales reacciones. Es corrosivo para el metal y muy irritante; puede causar quemaduras graves en los ojos, la piel, las membranas mucosas y el tracto respiratorio incluso en concentraciones tan bajas como 1 mg/m 3 . [11]
