El pentanitruro de trifósforo es un compuesto inorgánico con la fórmula química P 3 N 5 . Al contener únicamente fósforo y nitrógeno, este material se clasifica como nitruro binario . Si bien se ha investigado para diversas aplicaciones, esto no ha dado lugar a ningún uso industrial significativo. Es un sólido blanco, aunque las muestras suelen aparecer coloreadas debido a las impurezas.
El pentanitruro de trifósforo se puede producir mediante reacciones entre varios aniones de fósforo (V) y nitrógeno (como el amoníaco y la azida de sodio ): [1]
Se afirma que la reacción de los elementos produce un material relacionado. [2] Se utilizan métodos similares para preparar nitruro de boro (BN) y nitruro de silicio ( Si 3 N 4 ); sin embargo, los productos son generalmente impuros y amorfos . [1] [3]
Se han producido muestras cristalinas mediante la reacción de cloruro de amonio y hexaclorociclotrifosfaceno [4] o pentacloruro de fósforo . [1]
P 3 N 5 también se ha preparado a temperatura ambiente, mediante una reacción entre tricloruro de fósforo y amida de sodio . [5]
P 3 N 5 es térmicamente menos estable que BN o Si 3 N 4 , y la descomposición en elementos ocurre a temperaturas superiores a 850 °C: [1]
Es resistente a ácidos y bases débiles e insoluble en agua a temperatura ambiente; sin embargo, se hidroliza al calentarlo para formar las sales de fosfato de amonio [NH 4 ] 2 HPO 4 y [NH 4 ]H 2 PO 4 .
El pentanitruro de trifósforo reacciona con el nitruro de litio y el nitruro de calcio para formar las correspondientes sales de PN.7-4y PN4-3. Las amonólisis heterogéneas de pentanitruro de trifósforo dan imidas como HPN 2 y HP 4 N 7 . Se ha sugerido que estos compuestos pueden tener aplicaciones como electrolitos sólidos y pigmentos . [6]
Se conocen varios polimorfos del pentanitruro de trifósforo. La forma alfa del pentanitruro de trifósforo (α‑ P 3 N 5 ) se encuentra a presión atmosférica y existe a presiones de hasta 11 GPa , momento en el que se convierte en la variedad gamma (γ‑ P 3 N 5 ) del compuesto. . [7] [8] Al calentar γ‑ P 3 N 5 a temperaturas superiores a 2000 K a presiones entre 67 y 70 GPa, se transforma en δ- P 3 N 5 . [9] La liberación de presión sobre el polimorfo δ- P 3 N 5 no lo revierte nuevamente en γ‑ P 3 N 5 o α‑ P 3 N 5 . En cambio, a presiones inferiores a 7 GPa, δ- P 3 N 5 se convierte en una cuarta forma de pentanitruro de trifósforo, α′- P 3 N 5 . [9]
La estructura de todos los polimorfos del pentanitruro de trifósforo se determinó mediante difracción de rayos X de monocristal . α‑ P 3 N 5 y α′‑ P 3 N 5 están formados por una estructura de red de tetraedros PN 4 con nitruros coordinados 2 y 3, [7] [9] γ‑ P 3 N 5 está compuesto por ambos PN 4 y PN 5 poliedros [8] mientras que δ- P 3 N 5 se compone exclusivamente de octaedros PN 6 que comparten esquinas y aristas . [9] δ -P 3 N 5 es el pentanitruro de trifósforo más incompresible y tiene un módulo volumétrico de 313 GPa. [9]
El pentanitruro de trifósforo no tiene aplicaciones comerciales, aunque encontró uso como material absorbente para lámparas incandescentes , reemplazando varias mezclas que contenían fósforo rojo a fines de la década de 1960. Los filamentos de iluminación se sumergen en una suspensión de P 3 N 5 antes de sellarlos en la bombilla. Después del cierre de las bombillas, pero mientras aún están en la bomba, las lámparas se encienden, provocando que el P 3 N 5 se descomponga térmicamente en sus elementos constituyentes. La bomba elimina gran parte de esto, pero queda suficiente vapor de P 4 para reaccionar con el oxígeno residual dentro del bulbo. Una vez que la presión de vapor de P 4 es lo suficientemente baja, se admite gas de relleno en el bulbo antes de sellarlo o, si se desea una atmósfera de vacío, se sella el bulbo en ese punto. La alta temperatura de descomposición del P 3 N 5 permite que las máquinas de sellado funcionen más rápido y a mayor temperatura de lo que era posible con fósforo rojo.
Los polímeros que contienen halógenos relacionados, el bromofosfonitrilo trimérico (PNBr 2 ) 3 (punto de fusión 192 °C) y el bromofosfonitrilo tetramérico (PNBr 2 ) 4 (punto de fusión 202 °C) encuentran aplicaciones similares para captar lámparas para lámparas halógenas de tungsteno , donde realizan procesos duales. de captación y dosificación precisa de halógenos. [10]
El pentanitruro de trifósforo también se ha investigado como semiconductor para aplicaciones en microelectrónica, particularmente como aislante de puerta en dispositivos semiconductores con aislante metálico . [11] [12]
Como combustible en mezclas oscurecedoras pirotécnicas, ofrece algunas ventajas sobre el fósforo rojo más comúnmente utilizado, debido principalmente a su mayor estabilidad química. A diferencia del fósforo rojo, el P 3 N 5 se puede mezclar de forma segura con oxidantes fuertes, incluso con clorato de potasio. Si bien estas mezclas pueden arder hasta 200 veces más rápido que las mezclas de fósforo rojo más modernas, son mucho menos sensibles a los golpes y la fricción. Además, el P 3 N 5 es mucho más resistente a la hidrólisis que el fósforo rojo, lo que confiere a las mezclas pirotécnicas basadas en él una mayor estabilidad durante el almacenamiento a largo plazo. [13]
Se han solicitado patentes para el uso de pentanitruro de trifósforo en medidas de extinción de incendios. [14] [15]