Fosforipentakloridi (PCl5) – ominaisuudet, rakenne ja käyttö

Tutustu fosforipentakloridiin (PCl5): fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, molekyylirakenne, reaktiot ja teolliset käyttötavat — selkeä ja käytännönläheinen opas.

Fosfori(V)kloridi, joka tunnetaan myös nimellä fosforipentakloridi, on kemiallinen yhdiste. Sen kemiallinen kaava on PCl₅ . Se sisältää fosfori- ja kloridi-ioneja. Fosfori on hapetusasteessa +5.

Perustiedot ja fysikaaliset ominaisuudet

PCl₅ on huoneenlämmössä kiinteä, valkoisesta kellertävään vivahtava kiteinen aine. Se höyrystyy ja reagoi voimakkaasti veden kanssa muodostaen korrosoivia ja myrkyllisiä höyryjä (mm. HCl). PCl₅ on voimakas kloorivaikutteinen reagenssi ja hajultaan pistävä, erityisesti kosteassa ilmassa.

Rakenne ja sidostus

Kaasuvaiheessa ja laimeissa orgaanisissa liuoksissa PCl₅ esiintyy molekyylimuodossa, jonka rakenne on trigonaalinen bipyramidi (VSEPR-mallin mukaan, P keskellä ja viisi Cl:ää ympärillä). Kolme klooriatomia ovat ekvatoriaaliasemissa ja kaksi aksiaaliasemissa; aksiaalisten P–Cl-sidosten pituus on yleensä pidempi ja heikompi kuin ekvatoriaalisten sidosten.

Kiinteässä olomuodossa fosforipentakloridi esiintyy ionisena yhdisteenä, joka voidaan kuvailla seoksena [PCl₄]⁺ ja [PCl₆]⁻ ioneina. Tällä ionisella rakenteella selittyy PCl₅:n käyttäytyminen sulana tai tietyissä liuoksissa.

Valmistus

Teollisesti PCl₅ valmistetaan tyypillisesti kloroimalla fosforitrikloridia (PCl₃) tai suoraan reagoimalla valkoisen tai kiteisen fosforin kanssa kloorikaasuna:

• PCl₃ + Cl₂ → PCl₅
• P + (5/2) Cl₂ → PCl₅

Kemiallinen käyttäytyminen ja tyypilliset reaktiot

PCl₅ on voimakas kloori- ja dehydraatioreagenssi. Se hydrolysoituu nopeasti vedessä muodostaen fosforiyhdisteitä ja suolahappoa. Esimerkki hydrolyysireaktioista:

• PCl₅ + H₂O → POCl₃ + 2 HCl
• Seuraava hydrolyysi: POCl₃ + 3 H₂O → H₃PO₄ + 3 HCl

Orgaanisessa synteesissä PCl₅ käytetään mm. karboksyylihappojen muuttamiseen asyyli(kloorideiksi) ja alkoholeiden korvaamiseen kloorilla:

• RCOOH + PCl₅ → RCOCl + POCl₃ + HCl
• R–OH + PCl₅ → R–Cl + POCl₃ + HCl

Käyttö

• Orgaaninen synteesi: karboksyylihappojen, alkoholi- ja hydroksyyliyhdisteiden klooritus.
• Prekursori teollisuudessa: POCl₃ ja muut fosforiklooriyhdisteet valmistuksessa.
• Laboratorioreagenssi: voimakas halogenoiva ja dehydroloiva aine tutkimus- ja synteesimenetelmissä.

Turvallisuus ja ympäristö

PCl₅ on korrosoiva ja hengitettynä, nieltynä tai joutuessaan kosketuksiin ihon kanssa se on vaarallinen. Reaktiot veden kanssa tuottavat HCl-kaasua, joka on voimakkaasti ärsyttävää silmille ja hengitysteille. PCl₅:n käsittely vaatii tarkoituksenmukaiset suojavälineet (haponkestävät käsineet, suojalasit, happotiivis suojahaalari) ja toimimisen hyvin ilmastoidussa tilassa tai vetokaapissa.

Ensisijaiset toimenpiteet onnettomuustilanteessa: jos ainetta joutuu iholle, huuhtele runsaalla vedellä ja poista saastuneet vaatteet; jos hengitetään, siirrä raittiiseen ilmaan ja hakeudu lääkärin hoitoon; silmäkosketuksen jälkeen huuhtele silmät välittömästi runsaalla vedellä ja hakeudu lääkärin hoitoon.

Yhteenveto

Fosforipentakloridi (PCl₅) on tärkeä kloorivaikutteinen reagenssi sekä teollisissa että laboratorioympäristöissä. Sen käyttö vaatii kuitenkin huolellista käsittelyä korroosion, vesireaktiivisuuden ja myrkyllisyyden vuoksi. Rakenne vaihtelee olomuodon mukaan: molekyylinen trigonaalinen bipyramidi kaasuvaiheessa ja ioninen [PCl₄]⁺[PCl₆]⁻ kiinteässä muodossa.

Hae kirjaimella