Phosphortrioxid

Phosphortrioxid ist ein Oxid des Elementes Phosphor. Diese chemische Verbindung ist auch unter der Bezeichnung Diphosphortrioxid bekannt. Die im geschmolzenen, gelösten und dampfförmigen Zustand ermittelte Molekülmasse entspricht der Summenformel P₄O₆. Die wachsweichen, farblosen Kristalle sind sehr giftig.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Phosphortrioxid
Andere Namen	Diphosphortrioxid Tetraphosphorhexaoxid
Summenformel	P4O6
Kurzbeschreibung	wachsweiche, farblose, monokline Kristalle[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 12440-00-5 (P4O6) 1314-24-5 (P2O3) EG-Nummer 235-670-5 ECHA-InfoCard 100.032.414 PubChem 123290 Wikidata Q411876
Eigenschaften
Molare Masse	109,96 g·mol−1 bzw. 219,92 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	2,13 g·cm−3[2]
Schmelzpunkt	23,8 °C[2]
Siedepunkt	175,3 °C[2]
Löslichkeit	gut in Benzol und Schwefelkohlenstoff[2]
Brechungsindex	1,540 (27 °C)[3]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar[4]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Darstellung

Phosphortrioxid entsteht bei der Verbrennung von weißem Phosphor bei niedrigen Temperaturen unter Sauerstoff-Mangel.^[5] Dabei beobachtet man eine starke Wärmeentwicklung:

${\displaystyle \mathrm {P_{4}+3\ O_{2}\rightarrow P_{4}O_{6}} }$

Weißer Phosphor reagiert mit Sauerstoff zu Phosphortrioxid.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Phosphortrioxid ist das Anhydrid der Phosphonsäure. Phosphor liegt in der Oxidationsstufe +3 vor. Die Kristalle dieser Verbindung besitzen eine Dichte von 2,14 g·cm⁻³. Der Schmelzpunkt liegt bei 24 °C, der Siedepunkt bei 175 °C unter einer Stickstoffatmosphäre. Phosphortrioxid löst sich in Benzol und Schwefelkohlenstoff.^[1]

Die Struktur des Phosphortrioxids leitet sich vom tetraedrischen Phosphormolekül P₄ ab. Ersetzt man die sechs P–P-Bindungen – die Kanten des Tetraeders – jeweils durch P–O–P-Bindungen, so gelangt man zur oben dargestellten Molekülstruktur. Die Bindungslänge der P-O-Bindungen beträgt für das Molekül im Gaszustand 164 pm. Für die Bindungswinkel ergeben sich 126,4° für die POP-Gruppe und 99,8° für die OPO-Gruppe.^[5]

Die Struktur weist eine hohe Symmetrie auf. Neben der tetraedrischen Anordnung der Phosphor-Atome kann für die Sauerstoff-Atome eine oktaedrische Anordnung festgestellt werden. Die vier Flächen der tetraedrischen Grundstruktur werden von vier symmetrisch verknüpften P₃O₃-Sechsringen umrahmt. Diese Struktur findet man auch beim Arsenik (As₄O₆) sowie beim Urotropin (N₄(CH₂)₆).

Phosphortrioxid kristallisiert in einer monoklinen Kristallstruktur in der Raumgruppe P2₁/m (Raumgruppen-Nr. 11)Vorlage:Raumgruppe/11 und den Gitterparametern a=6,43, b=7,887, c=6,183 Å und β=106,01°.^[6]

Chemische Eigenschaften

Phosphortrioxid oxidiert an der Luft weiter zu Phosphorpentoxid:

${\displaystyle \mathrm {P_{4}O_{6}+2\ O_{2}\rightarrow P_{4}O_{10}} }$

Phosphortrioxid oxidiert zu Phosphorpentoxid.

Unter vermindertem Druck wird bei diesem Vorgang Chemilumineszenz beobachtet.

Oberhalb von 210 °C findet eine Zersetzung zu Phosphor und Phosphortetroxid statt:

${\displaystyle \mathrm {4\ P_{4}O_{6}\rightleftharpoons 4\ P+3\ P_{4}O_{8}} }$

Phosphortrioxid disproportioniert zu Phosphor und Phosphortetroxid.

In kaltem Wasser wird Phosphortrioxid zu Phosphonsäure umgewandelt^[5]:

${\displaystyle \mathrm {P_{4}O_{6}+6\ H_{2}O\rightarrow 4\ H_{3}PO_{3}} }$

Phosphortrioxid reagiert mit Wasser zu Phosphonsäure.

In heißem Wasser wird die Disproportionierung der Phosphonsäure relevant, so dass dann Phosphorsäure, Phosphin und Phosphor als Reaktionsprodukte erhalten werden.^[5]

Die Reaktion mit Chlorwasserstoff führt zur Bildung von Phosphonsäure und Phosphortrichlorid:

${\displaystyle \mathrm {P_{4}O_{6}+6\ HCl\rightarrow 2\ H_{3}PO_{3}+2\ PCl_{3}} }$

Phosphortrioxid und Chlorwasserstoff reagieren zu Phosphonsäure und Phosphortrichlorid.

Mit den Halogenen Chlor und Brom reagiert Phosphortrioxid zu Phosphorylhalogeniden, mit Iod zu Diphosphortetraiodid. Die Umsetzung mit Ozon führt zum Ozonid P₄O₁₈, das sich oberhalb von −35 °C langsam unter Sauerstoffabgabe zum Phosphorpentoxid zersetzt.^[5]

${\displaystyle \mathrm {P_{4}O_{6}+4\ O_{3}\rightarrow P_{4}O_{18}} }$