Галогениды фосфора
Галогени́ды фо́сфора, соединения фосфора с галогенами: тригалогениды PX3, пентагалогениды PX5 (X = F, Cl, Br), смешанные галогениды, например PClF2, PCl2F3, окси- POX3 и тиогалогениды PSX3, низшие галогениды – галогениды P(II), например P2Cl4, P2I4.
Свойства галогенидов фосфора приведены в таблице. PCl3, PBr3, POCl3, PSCl3, P2Cl4 – бесцветные жидкости; PI3 – красные кристаллы гексагональной сингонии; PCl5 – бесцветные зеленоватые кристаллы тетрагональной сингонии; POBr3 – бесцветные кристаллы; PBr5 – красновато-жёлтые кристаллы ромбической сингонии; P2I4 – оранжевые кристаллы триклинной сингонии, tпл 126,1 °C, плотность 4,18 г/см3; остальные – бесцветные газы. Молекулы галогенидов фосфора сравнительно малополярны.
Свойства некоторых галогенидов фосфора
Соединение | °C | °C | Плотность, г/см3 | Теплоёмкость при постоянном давлении, Дж/(моль · К)а | кДж/моль | Энтропия в стандартном состоянии, Дж/(моль · К) |
Фторид фосфора(III), PF3 | –151,5 | –101,5 | 3,907 г/л | 58,69 | –957,4 | 272,95 |
Хлорид фосфора(III), PCl3 | –90,34 | 75,3 | 1,57 | 71,59 | –289,5 | 311,60 |
Бромид фосфора(III), PBr3 | –40,5 | 175,3 | 2,87 | – | –175,7б | 57,4б |
Иодид фосфора(III), PI3 | 61,0 | Разлагается | 3,89 | – | –46,0в | – |
Фторид фосфора(V), PF5 | –93,75 | –84,55г | 5,805 г/л | 84,70 | –1593,3 | 300,92 |
Хлорид фосфора(V), PCl5 | 160 | 159г | 2,11 | 113,32 | –376,0 | 367,11 |
Бромид фосфора(V), PBr5 | – | 106 (с разложением) | 3,57 | – | –230,0в | – |
Фторид-тетрахлорид фосфора(V), PFCl4 | –60,0 | – | – | 107,85 | –646,1 | 357,89 |
Хлорид-тетрафторид фосфора(V), PClF4 | –132 | – | – | 93,0 | –1365,0 | 326,76 |
Дихлорид-трифторид фосфора(V), PCl2F3 | –125 | 10 | 5,4 г/л | 97,35 | –1122,1 | 335,33 |
Дибромид-трифторид фосфора(V), PBr2F3 | –20 | – | – | – | – | – |
Фосфорилфторид, POF3 | 39,8 | –40,15 | 3,7д | 68,87 | –1252,0 | 285,31 |
Трихлороксид фосфора(V), POCl3 | 1,18 | 107,2 | 1,65 | 84,35 | –568,4 | 324,5 |
Трибромид-оксид фосфора(V), POBr3 | 55,0 | 192 | 2,82 | – | –479,5в | – |
Трихлорид тиофосфорила, PSCl3 | –36,2 (альфа-форма) –40,8 (бета-форма) | 125 | 1,63 | – | – | – |
Тетрахлорид дифосфора, P2Cl4 | –28,0 (с разложением) | – | – | – | – | – |
Тетраиодид дифосфора, P2I4 | 126,1 | – | 4,18 | – | – | – |
а Для газа. б Для жидкости. в Для кристаллов. г Температура возгонки. д Относительно воздуха.
Молекулы PX3 имеют конфигурацию тригональной пирамиды с атомом P в вершине. Длина связи P−X меняется от 0,155 нм для PF3 до 0,255 нм для PI3, угол XPX ~ 100º. Полярность молекул падает при переходе от PF3 к PI3, температура плавления растёт в результате увеличения межмолекулярного взаимодействия. Трихлорид PCl3 дымит во влажном воздухе (из-за гидролиза с выделением HCl), энергично взаимодействует с водой, образуя фосфористую и соляную кислоты. Хорошо растворяется в диэтиловом эфире, бензоле, CHCl3, CS2, CCl4. Получают пропусканием Cl2 через раствор белого P в CS2 или сжиганием P в атмосфере сухого Cl2. Применяют для получения PCl5, POCl3, PSCl3, фосфорорганических соединений, в производстве красителей, лекарственных средств, инсектицидов (эфиры тиофосфорных кислот) и поверхностно-активных веществ. Токсичен, предельно допустимая концентрация (ПДК) 0,2 мг/м3.
Молекулы пентахлорида PCl5, находящегося в жидком или газообразном состоянии, имеют конфигурацию тригональной бипирамиды с атомом P в основании. Расстояния Cl−Cl в основании бипирамиды 0,308 нм, длина экваториальной связи P−Cl 0,21 нм, апикальной – 0,225 нм. Твёрдый PCl5 построен из тетраэдрических ионов PCl4+ и октаэдрических PCl6−. Длина связей P−Cl в тетраэдре 0,197 нм, в октаэдре 0,204 нм (экваториальные) и 0,208 нм (апикальные). В парах выше 300 °C полностью разлагается на PCl3 и Cl2, теплота реакции 129,7 кДж/моль. Гидролизуется водой сначала до POCl3, затем до H3PO4. Лучший растворитель для PCl5 – CCl4, растворяется также в CS2. При взаимодействии PCl5 с NH4Cl получается фосфонитрилхлорид PNCl2, образующий при 120–150 °C циклический тример, который выше 300 °C даёт неорганический полимер (Cl2P=N)n (см. в статье Полифосфазены). Получают PCl5 взаимодействием PCl3 с избытком Cl2, а также пропусканием Cl2 через раствор PCl3 в CS2. PCl5 – хлорирующий агент, его используют при получении хлорангидридов фосфорных кислот, фосфоновых кислот из олефинов, в производстве лекарственных средств и красителей. Токсичен, ПДК 0,2 мг/м3.
Молекула оксихлорида POCl3 имеет форму искажённого тетраэдра с атомом P в центре; дипольный момент 8,01 · 10–30 Кл · м. Полярный растворитель, подвергается самоионизации (POCl3 ⇄ POCl2+ + Сl–), растворяет неорганические соли, например NaCl, NH4Cl. Хорошо растворяется в бензоле, CHCl3, CCl4, CS2. Сильно дымит во влажном воздухе, гидролизуется водой до H3PO4. Получают пропусканием O2 через PCl3 при 20–50 °C, взаимодействием PCl5 с P2O5 или H2C2O4. Применяют для получения инсектицидов, органических фосфатов H3PO4, в частности трибутилфосфата. Токсичен, ПДК в воздухе рабочей зоны 0,05 мг/м3.
Тиохлорид PSCl3 по свойствам близок к POCl3; получают взаимодействием S с PCl3 в автоклаве в присутствии AlCl3. Используют в производстве инсектицидов (эфиры тиофосфорных кислот).
Фториды и бромиды P получают из простых веществ, PF5 применяют в производстве фторофосфатов, как ингибитор коррозии металлов в среде N2O4.