Trifoszfor-pentanitrid

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Trifoszfor-pentanitrid
IUPAC-név Triphosphorus pentanitride
Más nevek Phosphorus(V) nitride, Phosphorus nitride
Kémiai azonosítók
CAS-szám 12136-91-3
PubChem 15443112
EINECS-szám 235-233-9
SMILES
[N].[N].[N].[N].[N].[P].[P].[P]
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet Sablon:Chem2
Moláris tömeg 162.955 g/mol
Megjelenés White solid
Sűrűség 2.77 g/cm3 (α-Sablon:Chem2)
Olvadáspont 850 °C
Oldhatóság (vízben) insoluble
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A trifoszfor-pentanitrid szervetlen vegyület, képlete P3N5. Mivel csak foszfor és nitrogén van benne, biner nitrid. Bár egyes célokra vizsgálták használatát, az iparban nem használatos jelentősen. Fehér szilárd anyag, de a minták szennyeződés miatt más színűnek jelennek meg.

Szintézis[szerkesztés]

A trifoszfor-pentanitrid bizonyos foszforvegyületekből és nitrogéntartalmú anionokból előállíthatók:[1]

A reakcióról feltételezik, hogy hasonló anyagot ad.[2] Hasonló módszerrel állítják elő a bór-nitridet (BN) és a szilícium-nitridet (Si3N4), azonban a termékek általában szennyezettek és amorfak.[1][3]

Kristályos mintákat állítottak elő ammónium-klorid és hexaklórciklotrifoszfazén[4] vagy foszfor-pentaklorid reakciójával.[1]

A P3N5-et előállították 20-25 °C-on is foszfor-triklorid és nátrium-amid reakciójával.[5]

Reakciók[szerkesztés]

A P3N5 kevésbé stabil a BN-nél vagy a Si3N4-nél, 850 °C felett elemeire bomlik:[1]

Ellenáll a gyenge savaknak és bázisoknak, és oldhatatlan vízben, magasabb hőmérsékleten azonban hidrolizál (NH4)2HPO4-tá és NH4H2PO4-tá.

A trifoszfor-pentanitrid reagál lítium- és kalcium-nitriddel a megfelelő PN7−4- és PN4−3-vegyületeket képezve. Heterogén ammonolízisei imideket adnak, például HPN2-t és HP4N7-et. E vegyületeket lehetséges szilárd elektrolitként és pigmentként írták le.[6]

Szerkezet és tulajdonságok[szerkesztés]

A trifoszfor-pentanitrid néhány polimorfja ismert. Az α‑P3N5 11 GPa-nál kisebb nyomáson van jelen, efelett γ‑P3N5-dé válik.[7][8] Ez 2000 K felett 67-70 GPa nyomáson δ-P3N5-dé válik.[9] Ez nyomáscsökkenésre nem γ‑ vagy α‑P3N5-dé alakul, hanem α′‑P3N5-dé.[9]

Változat Sűrűség (g/cm3)
α‑P3N5 2,77
α′‑P3N5 3,11
γ‑P3N5 3,65
δ‑P3N5 5,27 (72 GPa)

A trifoszfor-pentanitrid-változatok szerkezetét egykristály-röntgendiffrakcióval határozták meg. Az α‑ és az α′‑P3N5 PN4 tetraéderekből áll 2 és 3 koordinációs számú nitridekkel,[7][9] a γ-P3N5 PN4 és PN5 poliéderekből áll,[8] a δ-P3N5 közös csúccsal, illetve éllel rendelkező PN6 oktaéderekből áll.[9] A δ-P3N5 a legkevésbé összenyomható trifoszfor-pentanitrid, kompressziós modulusa 313 GPa.[9]

Lehetséges alkalmazások[szerkesztés]

A trifoszfor-pentanitridnek nincs köznapi használata, azonban getteranyagként használatos lámpákban, az 1960-as évek végén felváltva a vörösfoszfor-tartalmú keverékeket. A szálak P3N5-szuszpenzióba kerülnek lámpába zárás előtt. Ezután a pumpán a lámpát megvilágítják, így a vegyület elemeire bomlik. Ennek nagy részét eltávolítják, de elég P4-gőz marad a lámpában maradt oxigénnel való reakcióhoz. Ha a P4 gőznyomása elég kicsi, vagy töltőgáz kerül be zárás előtt, vagy ha a vákuum a kívánatos, a lámpát ekkor zárják le. A P3N5 magas bomlási hőmérséklete lehetővé teszi a zárógépek gyorsabb és nagyobb hőmérsékletű működését, mint vörösfoszfornál lehetséges.

A hasonló halogéntartalmú polimerek, például a brómfoszfonitril-trimer ((PNBr2)3, olvadáspontja 192 °C) és -tetramer ((PNBr2)4, olvadáspontja 202 °C) is lámpagetterek volfrám-halogén lámpákban, ahol getterként és precíz halogénadagolásban is működnek.[10]

A trifoszfor-pentanitridet félvezetőként is vizsgálták, különösen fém-szigetelő-félvezető eszközök kapuszigetelőjeként.[11][12]

A pirotechnikában bizonyos előnyei vannak a gyakran használt vörösfoszforhoz képest, nagyrészt nagyobb stabilitása miatt. A vörösfoszfortól eltérően a P3N5 biztonságosan keverhető erős oxidálószerekkel, még kálium-kloráttal is. Bár e keverékek akár 200-szor gyorsabban is éghetnek a vörösfoszforos keverékeknél, jobban ellenállnak az ütésnek és a súrlódásnak. Ezenkívül sokkal ellenállóbb a hidrolízisnek a vörösfoszfornál, így keverékei hosszabban tárolhatók.[13]

Szabadalmak is készültek a trifoszfor-pentanitrid tűzoltásra való használatáról.[14][15]

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. ↑ a b c d Schnick, Wolfgang (1993. június 1.). „Solid-State Chemistry with Nonmetal Nitrides”. Angewandte Chemie International Edition in English 32 (6), 806–818. o. DOI:10.1002/anie.199308061.  
  2. ↑ Vepřek, S. (1981. március 1.). „Preparation and properties of amorphous phosphorus nitride prepared in a low-pressure plasma”. Philosophical Magazine B 43 (3), 527–547. o. DOI:10.1080/01418638108222114.  
  3. ↑ Meng, Zhaoyu (2000. január 1.). „Synthesis and Characterization of Amorphous Phosphorus Nitride.”. Chemistry Letters 29 (11), 1252–1253. o. DOI:10.1246/cl.2000.1252.  
  4. ↑ (1996) „Phosphorus Nitride P3N5: Synthesis, Spectroscopic, and Electron Microscopic Investigations”. Chemistry of Materials 8, 281–286. o. DOI:10.1021/cm950385y.  
  5. ↑ (2004. április 4.) „Room temperature route to phosphorus nitride hollow spheres”. Inorganic Chemistry Communications 7 (5), 643. o. DOI:10.1016/j.inoche.2004.03.009.  
  6. ↑ Schnick, Wolfgang (1993. április 4.). „Phosphorus(V) Nitrides: Preparation, Properties, and Possible Applications of New Solid State Materials with Structural Analogies to Phosphates and Silicates”. Phosphorus, Sulfur, and Silicon and the Related Elements 76 (1–4), 183–186. o. DOI:10.1080/10426509308032389.  
  7. ↑ a b Horstmann, Stefan (1997. április 4.). „Synthesis and Crystal Structure of Phosphorus(V) Nitrideα-P3N5”. Angewandte Chemie International Edition in English 36 (17), 1873–1875. o. DOI:10.1002/anie.199718731.  
  8. ↑ a b (2001. április 4.) „High-Pressure Synthesis of γ-P3N5 at 11 GPa and 1500 °C in a Multianvil Assembly: A Binary Phosphorus(V) Nitride with a Three-Dimensional Network Structure from PN4 Tetrahedra and Tetragonal PN5 Pyramids”. Angewandte Chemie 40 (14), 2643–2645. o. DOI:<2643::AID-ANIE2643>3.0.CO;2-T 10.1002/1521-3773(20010716)40:14<2643::AID-ANIE2643>3.0.CO;2-T.  
  9. ↑ a b c d e (2022. november 7.) „Revealing Phosphorus Nitrides up to the Megabar Regime: Synthesis of α′‐P 3 N 5, δ‐P 3 N 5 and PN 2” (angol nyelven). Chemistry – A European Journal 28 (62), e202201998. o. DOI:10.1002/chem.202201998. ISSN 0947-6539. PMID 35997073.  
  10. ↑ S. T. Henderson and A. M. Marsden, Lamps and Lighting 2nd Ed., Edward Arnold Press, 1975, ISBN 0 7131 3267 1
  11. ↑ Hirota, Yukihiro (1982). „Chemical vapor deposition and characterization of phosphorus nitride (P3N5) gate insulators for InP metal-insulator-semiconductor devices”. Journal of Applied Physics 53 (7), 5037–5043. o. DOI:10.1063/1.331380.  
  12. ↑ Jeong, Yoon-Ha (1995. április 4.). „Effects of Sulfide Passivation on the Performance of GaAs MISFETs with Photo-CVD Grown P3N5 Gate Insulators”. Japanese Journal of Applied Physics 34 (Part 1, No. 2B), 1176–1180. o. DOI:10.1143/JJAP.34.1176.  
  13. ↑ (2016) „Safer Pyrotechnic Obscurants Based on Phosphorus(V) Nitride”. Angewandte Chemie International Edition 55 (49), 15439–15442. o. DOI:10.1002/anie.201609532. PMID 27862760.  
  14. ↑ Phosphorus nitride agents to protect against fires and explosions, <http://patentscope.wipo.int/search/en/WO1996010443>
  15. ↑ Manufacture of flame-retardant regenerated cellulose fibres, December 20, 1977, <http://www.patentgenius.com/patent/4063883.html> Archiválva 2017. december 4-i dátummal a Wayback Machine-ben

Fordítás[szerkesztés]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Triphosphorus pentanitride című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés]

A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Trifoszfor-pentanitrid&oldid=26770119”