El pentanitruro de trifósforo es un compuesto inorgánico con la fórmula química P 3 N 5 . Este material, que contiene solo fósforo y nitrógeno, se clasifica como un nitruro binario . Si bien se lo ha investigado para diversas aplicaciones, esto no ha dado lugar a ningún uso industrial significativo. Es un sólido blanco, aunque las muestras a menudo aparecen 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]
El P 3 N 5 también se ha preparado a temperatura ambiente, mediante una reacción entre tricloruro de fósforo y amida de sodio . [5]
El P 3 N 5 es térmicamente menos estable que el BN o el Si 3 N 4 , y la descomposición en los 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 calentarse 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 nitruro de litio y nitruro de calcio para formar las sales correspondientes de PN.7−4y PN4−3La amonólisis heterogénea del pentanitruro de trifósforo produce 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 , punto 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 a 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 por difracción de rayos X de cristal único . α‑ P 3 N 5 y α′‑ P 3 N 5 están formados por una estructura de red de tetraedros PN 4 con nitruros 2- y 3-coordinados, [7] [9] γ‑ P 3 N 5 está compuesto de poliedros PN 4 y PN 5 [8] mientras que δ- P 3 N 5 está compuesto exclusivamente de octaedros PN 6 que comparten esquinas y aristas . [9] δ- P 3 N 5 es el pentanitruro de trifósforo más incompresible, con un módulo volumétrico de 313 GPa. [9]
El pentanitruro de trifósforo no tiene aplicaciones comerciales, aunque se utilizó 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 sellarse en la bombilla. Después del cierre de la bombilla, pero mientras aún están en la bomba, las lámparas se encienden, lo que hace que el P 3 N 5 se descomponga térmicamente en sus elementos constituyentes. Gran parte de esto se elimina por la bomba, pero queda suficiente vapor de P 4 para reaccionar con cualquier oxígeno residual dentro de la bombilla. Una vez que la presión de vapor de P 4 es lo suficientemente baja, se admite gas de relleno en la bombilla antes de sellarla o, si se desea una atmósfera de vacío, se sella la bombilla en ese punto. La alta temperatura de descomposición de P 3 N 5 permite que las máquinas de sellado funcionen más rápido y a mayor temperatura de lo que era posible utilizando fósforo rojo.
Los polímeros cíclicos que contienen halógenos relacionados, el hexabromofosfaceno trimérico (PNBr 2 ) 3 (punto de fusión 192 °C) y el octabromofosfaceno tetramérico (PNBr 2 ) 4 (punto de fusión 202 °C) encuentran aplicaciones de captación de lámparas similares para lámparas halógenas de tungsteno , donde realizan los procesos duales de captación y dosificación precisa de halógeno. [10]
El pentanitruro de trifósforo también se ha investigado como semiconductor para aplicaciones en microelectrónica, particularmente como aislante de compuerta en dispositivos semiconductores-aislantes de metal . [11] [12]
Como combustible en mezclas pirotécnicas oscurantes, ofrece algunas ventajas sobre el fósforo rojo, que se utiliza con más frecuencia, 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 el clorato de potasio. Si bien estas mezclas pueden arder hasta 200 veces más rápido que las mezclas de fósforo rojo de última generación, 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 presentado patentes para el uso de pentanitruro de trifósforo en medidas de lucha contra incendios. [14] [15]