磷的燃烧产物是五氧化二磷,如果氧不足则生成三氧化二磷。五氧化二磷是磷酸的酸酐,三氧化二磷是亚磷酸的酸酐。
根据蒸气密度的测定,三氧化二磷的分子式是P4O6,五氧化二磷的分子式是P4O10。
由图13-8可见,P4O10分子的结构与P4O6相似,但由于P4O6分子中每个P原子上还有一对孤电子对会与氧结合,因此,P4O6不稳定可以继线被氧化为P4O10。在P4O10分子中每个磷原子与四个氧原子组成一个四面体,并通过其中三个氯原子与另外三个四面体联结。
P4O6的熔点为297K,沸点为447K。在空气中加热,即转化为P4O10(P4O6在室温下也会缓慢地氧化)。与冷水反应较慢,形成亚磷酸。
P4O6+6H2O(冷)=4H3PO3
在热水中即起强烈的歧化反应
P4O6+6H2O(热)=3H3PO4+PH3
P4O10为白色雪花状固体,632K升华,在加压下加热到较高温度,晶体就转变为无定形玻璃状体,在839K熔化。P4O10与水反应,根据用水量的多少而生成不同组分的酸,当用水量递增时,优势生成组分的顺序是(HPO3)n—H5P3O10—H4P2O7—H3PO4。当P4O10与水的物质的量之比超过1:6,特别是有硝酸作催化剂时,可完全转化为正磷酸。
由于P4O10对水有很强的亲和力,吸混性强,因此,它常用作气体和液体的干燥剂。它甚至可以从许多化合物中取化合态水,如使硫酸、硝酸脱水:
P4O10+6H2SO4=6SO3+4H3PO4
P4O10+12HNO3=6N2O5+4H3PO4
为了比较各种干燥剂的干燥效率,可先把被水蒸气饱和的空气(在298K)通过相应的干燥剂,然后测定在1m3被干燥的空气中尚有剩余的水蒸气含量(g)。水蒸气含量愈少则该干燥剂的干爆效率愈高。由表13-5可见,P4O10的干燥效率很高。
表13-5 几种常用干燥剂的干燥效率
干燥剂 | CuSO4 | ZnCl2 | CaCl2 | NaOH | H2SO4 | KOH | P4O10 |
298K时水蒸气含量/g·m-3 | 1.4 | 0.8 | 0.34 | 0.16 | 0.003 | 0.002 | 0.00001 |