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五氮化三磷

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五氮化三磷
IUPAC名
Triphosphorus pentanitride
別名 氮化磷
氮化磷(V)
識別
CAS號 12136-91-3
EINECS 235-233-9
性質
化學式 P3N5
摩爾質量 162.955 g·mol⁻¹
外觀 白色固體
密度 α-P3N5:2.77 g/cm3
熔點 850 °C(1123 K)(分解)
溶解性 不溶
相關物質
相關化學品 一氮化磷
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

五氮化三磷是一種無機化合物化學式 P3N5。它是磷的一種氮化物。雖然已經對其各種應用進行了研究,但這並沒有導致五氮化三磷有任何重要的工業用途。它是一種白色固體,儘管樣品經常因雜質而呈現其它顏色。

製備

五氮化三磷可以由含有(V)的化合物和含有氮陰離子的化合物(例如氨和疊氮化鈉):[1]

3 PCl5 + 5 NH3 → P3N5 + 15 HCl
3 PCl5 + 15 NaN3 → P3N5 + 15 NaCl + 5 N2

據稱,磷和氮的反應會產生五氮化三磷。[2]類似的方法可以用來製備氮化硼 (BN) 和氮化硅 (Si3N4),不過產物通常是不純和無定形的。[1][3]

五氮化三磷晶體可以由氯化銨六氯環三氮磷烷英語hexachlorocyclotriphosphazene[4]五氯化磷反應而成:[1]

(NPCl2)3 + 2 NH4Cl → P3N5 + 8 HCl
3 PCl5 + 5 NH4Cl → P3N5 + 20 HCl

室溫下,P3N5 也可以由三氯化磷氨基鈉反應而成。[5]

3 PCl3 + 5 NaNH2 → P3N5 + 5 NaCl + 4 HCl + 3 H2

反應

P3N5的熱穩定性比 BN 和Si3N4低,在超過 850 °C時分解:[1]

P3N5 → 3 PN + N2
4 PN → P4 + 2 N2

五氮化三磷不與弱酸、弱鹼反應,不溶於水。它加熱水解(NH4)2HPO4NH4H2PO4

五氮化三磷和氮化鋰氮化鈣反應,產生 PN47− 和PN34−離子。異相氨解會產生像是 HPN2 和HP4N7的亞氨基化物。有人提出,這些化合物可用作固體電解質英語solid electrolytes顏料[6]

結構和性質

五氮化三磷的多種同質異形體是已知的。α‑P3N5是標準情況下,五氮化三磷的形式。加壓到6 GPa時,會轉變成γ‑P3N5計算化學顯示第三種五氮化三磷的結構 δ‑P3N5會在約 43 GPa 時出現,為藍晶石結構。[7]

結構 密度(g/cm3)
α‑P3N5 2.77
γ‑P3N5 3.65
δ‑P3N5 4.02

α‑P3N5 的結構已通過單晶X射線衍射確定,裡面含有PN4四面體和二或三配位的氮離子。[8]

參見

參考資料

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Schnick, Wolfgang. Solid-State Chemistry with Nonmetal Nitrides (PDF). Angewandte Chemie International Edition in English. 1 June 1993, 32 (6): 806–818 [2021-07-25]. doi:10.1002/anie.199308061. (原始內容 (PDF)存檔於2017-08-13). 
  2. ^ Vepřek, S.; Iqbal, Z.; Brunner, J.; Schärli, M. Preparation and properties of amorphous phosphorus nitride prepared in a low-pressure plasma. Philosophical Magazine B. 1 March 1981, 43 (3): 527–547. Bibcode:1981PMagB..43..527V. doi:10.1080/01418638108222114. 
  3. ^ Meng, Zhaoyu; Peng, Yiya; Yang, Zhiping; Qian, Yitai. Synthesis and Characterization of Amorphous Phosphorus Nitride.. Chemistry Letters. 1 January 2000, 29 (11): 1252–1253. doi:10.1246/cl.2000.1252. 
  4. ^ Schnick, Wolfgang; Lücke, Jan; Krumeich, Frank. Phosphorus Nitride P3N5: Synthesis, Spectroscopic, and Electron Microscopic Investigations. Chemistry of Materials. 1996, 8: 281–286. doi:10.1021/cm950385y. 
  5. ^ Chen, Luyang; Gu, Yunle; Shi, Liang; Yang, Zeheng; Ma, Jianhua; Qian, Yitai. Room temperature route to phosphorus nitride hollow spheres. Inorganic Chemistry Communications. 2004, 7 (5): 643. doi:10.1016/j.inoche.2004.03.009. 
  6. ^ Schnick, Wolfgang. 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. 1993, 76 (1–4): 183–186. doi:10.1080/10426509308032389. 
  7. ^ Kroll, P; Schnick, W. A density functional study of phosphorus nitride P3N5: Refined geometries, properties, and relative stability of alpha-P3N5 and gamma-P3N5 and a further possible high-pressure phase delta-P3N5 with kyanite-type structure. Chemistry. 2002, 8 (15): 3530–7. PMID 12203333. doi:10.1002/1521-3765(20020802)8:15<3530::AID-CHEM3530>3.0.CO;2-6. 
  8. ^ Horstmann, Stefan; Irran, Elisabeth; Schnick, Wolfgang. Synthesis and Crystal Structure of Phosphorus(V) Nitrideα-P3N5. Angewandte Chemie International Edition in English. 1997, 36 (17): 1873–1875. doi:10.1002/anie.199718731.