Trifoszfor-pentanitrid

Sablon:Chembox A trifoszfor-pentanitrid szervetlen vegyület, képlete Sablon:Chem. 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

A trifoszfor-pentanitrid bizonyos foszforvegyületekből és nitrogéntartalmú anionokból előállíthatók:

$3\mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_5+5\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{P}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}{\phantom{A}}_5+15\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

$3\mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_5+15\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{P}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}{\phantom{A}}_5+15\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}+20\mathrm{N}{\phantom{A}}_2$

A reakcióról feltételezik, hogy hasonló anyagot ad. Hasonló módszerrel állítják elő a bór-nitridet (BN) és a szilícium-nitridet (Sablon:Chem), azonban a termékek általában szennyezettek és amorfak.

Kristályos mintákat állítottak elő ammónium-klorid és hexaklórciklotrifoszfazén vagy foszfor-pentaklorid reakciójával.

$(\mathrm{N}\mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_3+2\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}⟶\mathrm{P}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}{\phantom{A}}_5+8\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

$3\mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_5+5\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}⟶\mathrm{P}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}{\phantom{A}}_5+20\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

A Sablon:Chem-et előállították 20-25 °C-on is foszfor-triklorid és nátrium-amid reakciójával.

$3\mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3+5\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{P}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}{\phantom{A}}_5+5\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}+4\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$

Reakciók

A Sablon:Chem kevésbé stabil a BN-nél vagy a [[szilícium-nitrid|Sablon:Chem]]-nél, 850 °C felett elemeire bomlik:

$\mathrm{P}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}{\phantom{A}}_5⟶3\mathrm{P}\mathrm{N}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{N}{\phantom{A}}_2$

$4\mathrm{P}\mathrm{N}⟶\mathrm{P}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{N}{\phantom{A}}_2$

Ellenáll a gyenge savaknak és bázisoknak, és oldhatatlan vízben, magasabb hőmérsékleten azonban hidrolizál [[ammónium-hidrogén-foszfát|Sablon:Chem]]-tá és [[ammónium-dihidrogén-foszfát|Sablon:Chem]]-tá.

A trifoszfor-pentanitrid reagál lítium- és kalcium-nitriddel a megfelelő Sablon:Chem- és Sablon:Chem-vegyületeket képezve. Heterogén ammonolízisei imideket adnak, például Sablon:Chem-t és Sablon:Chem-et. E vegyületeket lehetséges szilárd elektrolitként és pigmentként írták le.

Szerkezet és tulajdonságok

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

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

A trifoszfor-pentanitrid-változatok szerkezetét egykristály-röntgendiffrakcióval határozták meg. Az α‑ és az α′‑Sablon:Chem Sablon:Chem tetraéderekből áll 2 és 3 koordinációs számú nitridekkel, a γ-Sablon:Chem Sablon:Chem és Sablon:Chem poliéderekből áll, a δ-Sablon:Chem közös csúccsal, illetve éllel rendelkező Sablon:Chem oktaéderekből áll. A δ-Sablon:Chem a legkevésbé összenyomható trifoszfor-pentanitrid, kompressziós modulusa 313 GPa.

Lehetséges alkalmazások

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

A hasonló halogéntartalmú polimerek, például a brómfoszfonitril-trimer (Sablon:Chem, olvadáspontja 192 °C) és -tetramer (Sablon:Chem, olvadáspontja 202 °C) is lámpagetterek volfrám-halogén lámpákban, ahol getterként és precíz halogénadagolásban is működnek.

A trifoszfor-pentanitridet félvezetőként is vizsgálták, különösen fém-szigetelő-félvezető eszközök kapuszigetelőjeként.

A pirotechnikában bizonyos előnyei vannak a gyakran használt vörösfoszforhoz képest, nagyrészt nagyobb stabilitása miatt. A vörösfoszfortól eltérően a Sablon:Chem 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.

Szabadalmak is készültek a trifoszfor-pentanitrid tűzoltásra való használatáról.

Kapcsolódó szócikkek

• Foszfor-nitrid