五氮化三磷
五氮化三磷 | |
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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(水) | 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磷(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) 和氮化矽 (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和六氯環三氮磷烷[4]或五氯化磷反應而成:[1]
- (NPCl2)3 + 2 NH4Cl → P3N5 + 8 HCl
- 3 PCl5 + 5 NH4Cl → P3N5 + 20 HCl
- 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。它加熱水解成(NH4)2HPO4 和NH4H2PO4。
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和顏料。[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射線繞射確定,裏面含有PN4四面體和二或三配位的氮離子。[8]
參見
參考資料
- ^ 1.0 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).
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.