五氮化三磷
化合物
五氮化三磷是一种无机化合物，化学式 P3N5。它是磷的一种氮化物。虽然已经对其各种应用进行了研究，但这并没有导致五氮化三磷有任何重要的工业用途。它是一种白色固体，尽管样品经常因杂质而呈现其它颜色。
| 五氮化三磷 | |
|---|---|
| |
| IUPAC名 Triphosphorus pentanitride | |
| 别名 | 氮化磷 氮化磷(V) |
| 识别 | |
| CAS号 | 12136-91-3 |
| EINECS | 235-233-9 |
| 性质 | |
| 化学式 | P3N5 |
| 摩尔质量 | 162.955 g·mol⁻¹ |
| 外观 | 白色固体 |
| 密度 | α-P3N5：2.77 g/cm3 |
| 熔点 | 850 °C（1123 K）（分解） |
| 溶解性（水） | 不溶 |
| 相关物质 | |
| 相关化学品 | 一氮化磷 |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
制备
五氮化三磷可以由含有磷(V)的化合物和含有氮阴离子的化合物（例如氨和叠氮化钠）：[1]
- 3 PCl5 + 5 NH3 → P3N5 + 15 HCl
- 3 PCl5 + 15 NaN3 → P3N5 + 15 NaCl + 5 N2
据称，磷和氮的反应会产生五氮化三磷。[2]类似的方法可以用来制备氮化硼 (BN) 和氮化硅 (Si3N4)，不过产物通常是不纯和无定形的。[1][3]
五氮化三磷晶体可以由氯化铵和六氯环三氮磷烷[4]或五氯化磷反应而成：[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
反应
P3N5的热稳定性比 BN 和Si3N4低，在超过 850 °C时分解：[1]
- P3N5 → 3 PN + N2
- 4 PN → P4 + 2 N2
五氮化三磷不与弱酸、弱碱反应，不溶于水。它加热水解成(NH4)2HPO4 和NH4H2PO4。
五氮化三磷和氮化锂、氮化钙反应，产生 PN47− 和PN34−离子。异相氨解会产生像是 HPN2 和HP4N7的亚氨基化物。有人提出，这些化合物可用作固体电解质和颜料。[6]
结构和性质
五氮化三磷的多种同质异形体是已知的。α‑P3N5是标准情况下，五氮化三磷的形式。加压到6 GPa时，会转变成γ‑P3N5。计算化学显示第三种五氮化三磷的结构 δ‑P3N5会在约 43 GPa 时出现，为蓝晶石结构。[7]
| 结构 | 密度(g/cm3) |
|---|---|
| α‑P3N5 | 2.77 |
| γ‑P3N5 | 3.65 |
| δ‑P3N5 | 4.02 |
参见
参考资料
- ^ 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. （原始内容 (PDF)存档于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.