El pentanitruro de trifósforo es un compuesto inorgánico con la fórmula química P 3 N 5 . Al contener solo fósforo y nitrógeno, este material se clasifica como nitruro binario . No se han desarrollado aplicaciones para este material. Es un sólido blanco, aunque las muestras a menudo aparecen coloreadas debido a las impurezas.
Nombres | |
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Nombre IUPAC Pentanitruro de trifósforo | |
Otros nombres Nitruro de fósforo (V), Nitruro de fósforo | |
Identificadores | |
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Tarjeta de información ECHA | 100.032.018 |
Número CE |
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Tablero CompTox ( EPA ) | |
Propiedades | |
P 3 N 5 | |
Masa molar | 162,955 g / mol |
Apariencia | Blanco sólido |
Densidad | α-P 3 N 5 = 2,77 g / cm 3 |
Punto de fusion | 850 ° C (1,560 ° F; 1,120 K) se descompone |
insoluble | |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
Referencias de Infobox | |
Síntesis
El pentanitruro de trifósforo se puede producir mediante reacciones entre varios aniones de fósforo (V) y nitrógeno (como amoníaco y azida de sodio ): [1]
- 3 PCl 5 + 5 NH 3 → P 3 N 5 + 15 HCl
- 3 PCl 5 + 15 NaN 3 → P 3 N 5 + 15 NaCl + 5 N 2
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 obtenido muestras cristalinas mediante la reacción de cloruro de amonio y hexaclorociclotrifosfaceno [4] o pentacloruro de fósforo . [1]
- (NPCl 2 ) 3 + 2 NH 4 Cl → P 3 N 5 + 8 HCl
- 3 PCl 5 + 5 NH 4 Cl → P 3 N 5 + 20 HCl
También se ha preparado P 3 N 5 a temperatura ambiente, mediante una reacción entre tricloruro de fósforo y amida de sodio . [5]
- 3 PCl 3 + 5 NaNH 2 → P 3 N 5 + 5 NaCl + 4 HCl + 3 H 2
Reacciones
P 3 N 5 es térmicamente menos estable que BN o Si 3 N 4 , y la descomposición de los elementos se produce a temperaturas superiores a 850 ° C: [1]
- P 3 N 5 → 3 PN + N 2
- 4 PN → P 4 + 2 N 2
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 sales correspondientes de PN 4 7− y PN 3 4− . Las amonolisis heterogéneas de pentanitruro de trifósforo dan imidas tales como HPN 2 y HP 4 N 7 . Se ha sugerido que estos compuestos pueden tener aplicaciones como pigmentos y electrolitos sólidos . [6]
Estructura y propiedades
Se conocen varios polimorfos diferentes para el 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 6 GPa , momento en el que se convierte en la variedad gamma (γ-P 3 N 5 ) del compuesto. . La química computacional indica que una tercera variedad delta (δ-P 3 N 5 ), se formará alrededor de 43 GPa con una estructura similar a la cianita . [7]
Organismo polimorfo | Densidad (g / cm 3 ) |
---|---|
α ‑ P 3 N 5 | 2,77 |
γ ‑ P 3 N 5 | 3,65 |
δ ‑ P 3 N 5 | 4.02 |
La estructura de α-P 3 N 5 se determinó mediante difracción de rayos X de cristal único , que mostró una estructura de red de tetraedros PN 4 de borde compartido . [8]
Propiedades
El pentanitruro de trifósforo no tiene aplicaciones a gran escala, aunque encontró uso como material absorbente para lámparas incandescentes , reemplazando varias mezclas que contienen 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 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 es eliminado por la bomba, 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 el gas de relleno en el bulbo antes de sellarlo o, si se desea una atmósfera de vacío, el bulbo se sella en ese punto. La alta temperatura de descomposición de P 3 N 5 permite que las máquinas de sellado funcionen más rápido y más calientes de lo que era posible con fósforo rojo.
Polímeros relacionados que contienen halógeno, bromofosfonitrilo trimérico, (PNBr 2 ) 3 , pf 192 ° C y bromofosfonitrilo tetramérico, (PNBr 2 ) 4 , pf 202 ° C encuentran aplicaciones similares de captación de lámparas para lámparas halógenas de tungsteno , donde realizan los procesos duales de captación y dosificación precisa de halógenos. [9]
El pentanitruro de trifósforo también se ha investigado como semiconductor para aplicaciones en microelectrónica, particularmente como aislante de puerta en dispositivos semiconductores de aislante metálico . [10] [11]
Como combustible en mezclas pirotécnicas oscurecedoras, ofrece varios beneficios 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 quemarse 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 en el almacenamiento a largo plazo. [12]
Se han presentado varias patentes para el uso de pentanitruro de trifósforo en medidas de extinción de incendios. [13] [14]
Ver también
- Polifosfaceno
Referencias
- ↑ a b c d Schnick, Wolfgang (1 de junio de 1993). "Química del estado sólido con nitruros no metálicos" (PDF) . Angewandte Chemie International Edition en inglés . 32 (6): 806–818. doi : 10.1002 / anie.199308061 .
- ^ Vepřek, S .; Iqbal, Z .; Brunner, J .; Schärli, M. (1 de marzo de 1981). "Preparación y propiedades del nitruro de fósforo amorfo preparado en plasma de baja presión". Philosophical Revista B . 43 (3): 527–547. Código Bib : 1981PMagB..43..527V . doi : 10.1080 / 01418638108222114 .
- ^ Meng, Zhaoyu; Peng, Yiya; Yang, Zhiping; Qian, Yitai (1 de enero de 2000). "Síntesis y caracterización del nitruro de fósforo amorfo". Letras de química . 29 (11): 1252-1253. doi : 10.1246 / cl.2000.1252 .
- ^ Schnick, Wolfgang; Lücke, Jan; Krumeich, Frank (1996). "Nitruro de fósforo P3N5: investigaciones de síntesis, espectroscópicas y microscópicas electrónicas". Química de Materiales . 8 : 281-286. doi : 10.1021 / cm950385y .
- ^ Chen, Luyang; Gu, Yunle; Shi, Liang; Yang, Zeheng; Ma, Jianhua; Qian, Yitai (2004). "Ruta de temperatura ambiente a esferas huecas de nitruro de fósforo". Comunicaciones de química inorgánica . 7 (5): 643. doi : 10.1016 / j.inoche.2004.03.009 .
- ^ Schnick, Wolfgang (1993). "Nitruros de fósforo (V): preparación, propiedades y posibles aplicaciones de nuevos materiales de estado sólido con analogías estructurales a fosfatos y silicatos". Fósforo, azufre y silicio y elementos relacionados . 76 (1–4): 183–186. doi : 10.1080 / 10426509308032389 .
- ^ Kroll, P; Schnick, W (2002). "Un estudio funcional de densidad del nitruro de fósforo P3N5: geometrías refinadas, propiedades y estabilidad relativa de alfa-P3N5 y gamma-P3N5 y una posible fase delta-P3N5 de alta presión adicional con estructura de tipo cianita". Química . 8 (15): 3530–7. doi : 10.1002 / 1521-3765 (20020802) 8:15 <3530 :: AID-CHEM3530> 3.0.CO; 2-6 . PMID 12203333 .
- ^ Horstmann, Stefan; Irran, Elisabeth; Schnick, Wolfgang (1997). "Síntesis y estructura cristalina de fósforo (V) nitruro α-P3N5". Angewandte Chemie International Edition en inglés . 36 (17): 1873–1875. doi : 10.1002 / anie.199718731 .
- ^ ST Henderson y AM Marsden, Lámparas e iluminación 2da ed., Edward Arnlold Press, 1975, ISBN 0 7131 3267 1
- ^ Hirota, Yukihiro (1982). "Deposición de vapor químico y caracterización de aisladores de compuerta de nitruro de fósforo (P3N5) para dispositivos semiconductores-aislantes de metal InP". Revista de Física Aplicada . 53 (7): 5037–5043. Código Bibliográfico : 1982JAP .... 53.5037H . doi : 10.1063 / 1.331380 .
- ^ Jeong, Yoon-Ha; Choi, Ki-Hwan; Jo, Seong-Kue; Kang, Bongkoo (1995). "Efectos de la pasivación por sulfuro en el rendimiento de los MISFET de GaAs con aisladores de puerta P 3 N 5 de foto-CVD ". Revista japonesa de física aplicada . 34 (Parte 1, núm. 2B): 1176-1180. Código Bibliográfico : 1995JaJAP..34.1176J . doi : 10.1143 / JJAP.34.1176 .
- ^ Koch, Ernst-Christian; Cudziło, Stanisław (2016), "Obscurants pirotécnicos más seguros basados en nitruro de fósforo (V)", Angewandte Chemie International Edition , 55 (49): 15439-15442, doi : 10.1002 / anie.201609532 , PMID 27862760
- ^ Agentes de nitruro de fósforo para proteger contra incendios y explosiones , recuperado en 2013 Verifique los valores de fecha en:
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( ayuda ) - ^ Fabricación de fibras de celulosa regeneradas retardantes de llama , 20 de diciembre de 1977 , recuperado en 2013 Verifique los valores de fecha en:
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( ayuda )
NH 3 N 2 H 4 | Él (N 2 ) 11 | ||||||||||||||||
Li 3 N | Ser 3 N 2 | BN | β-C 3 N 4 g-C 3 N 4 C x N y | N 2 | N x O y | NF 3 | Nordeste | ||||||||||
Na 3 N | Mg 3 N 2 | AlN | Si 3 N 4 | PN P 3 N 5 | S x N y SN S 4 N 4 | NCl 3 | Arkansas | ||||||||||
K 3 N | Ca 3 N 2 | ScN | Estaño | VN | CrN Cr 2 N | Mn x N y | Fe x N y | Estafa | Ni 3 N | CuN | Zn 3 N 2 | GaN | Ge 3 N 4 | Como | Se | NBr 3 | Kr |
Rb | Sr 3 N 2 | YN | ZrN | NbN | β-Mo 2 N | Tc | Ru | Rh | PdN | Ag 3 N | CdN | Posada | Sn | Sb | Te | NI 3 | Xe |
Cs | Ba 3 N 2 | Hf 3 N 4 | Broncearse | WN | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg 3 N 2 | TlN | Pb | Compartimiento | Correos | A | Rn | |
P. | Ra 3 N 2 | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Monte | Ds | Rg | Cn | Nueva Hampshire | Florida | Mc | Lv | Ts | Og | |
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La | CeN | Pr | Dakota del Norte | Pm | Sm | UE | GdN | Tuberculosis | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | |||
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