O que é P4O10: Pentoxido de fósforo
Pentoxido de fósforo é o nome comum para o composto com uma fórmula química P4O10. O pentóxido de fósforo é um composto covalente que é composto por 4 átomos de fósforo (P) e 10 átomos de oxigênio (O). Às vezes referido como pentóxido de difósforo, anidrido fosfórico e decóxido de tetra-fósforo.
“Sem o fósforo, não haveria pensamentos”. – Ludwig Buchner
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Pentoxido de fósforo é uma substância sólida, branca, cerosa à temperatura ambiente e vem em 4 estruturas cristalinas distintas. É um anidrido de ácido fosfórico e é muito higroscópico, o que significa que absorve facilmente a água da atmosfera circundante. Como tal, o pentóxido de fósforo é frequentemente utilizado como dessecante para manter os locais secos e livres da humidade do ar.
Enquanto está armazenado, o pentóxido de fósforo reagirá com a atmosfera para formar uma pele de ácido fosfórico ao redor do composto. Esta camada de ácido pode impedir que o pentóxido de fósforo extraia água do ar, o que pode torná-lo menos eficaz como dessecante. Para prevenir isso, o pentóxido de fósforo é geralmente processado em forma granular para uso como dessecante. Historicamente, o pentóxido de fósforo foi criado através de uma reação com fósforo branco e oxigênio, mas outros métodos mais eficientes de produção tiveram precedência.
Molecular Vs. Empirical Formula
Um leitor astuto pode notar algo estranho. O que é o composto com a fórmula química P4O10 chamado pentoxido de fósforo? Afinal de contas, pent- é o prefixo da nomenclatura química que significa “cinco”, e a fórmula P4O10 indica claramente que existem 10 oxiógenos. O que dá?
Na química, existem 2 tipos de fórmulas químicas, a fórmula molecular e a fórmula empírica. Ambas representam os constituintes atómicos de um dado composto, mas de formas diferentes. A fórmula molecular diz-lhe o tipo e o número de átomos de uma única molécula livre do composto. A fórmula empírica diz-lhe a mais simples razão inteira de elementos de um composto. 2 compostos podem ter as mesmas fórmulas moleculares diferentes e a mesma fórmula empírica, como o acetileno (C2H2) e o benzeno (C6H6), ambos compartilhando a fórmula empírica do CH. Da mesma forma, a fórmula empírica tanto para o etileno (C2H4) como para o buteno (C4H8) é CH2. A fórmula molecular de um composto é igual ou é um número inteiro múltiplo da sua fórmula empírica.
Someadamente, o nome comum para um composto é derivado da sua fórmula empírica em vez da sua fórmula molecular. Tal é o caso do dióxido de fósforo. O pentóxido de fósforo tem uma fórmula molecular de P4O10 e assim tem uma fórmula empírica de P2O5. O “pent-” em “pentoxido” vem da fórmula empírica de P2O5.
No caso do pentóxido de fósforo, moléculas com uma fórmula de P2O5 se associarão entre si para formar moléculas maiores de P4O10. Assim, embora a fórmula molecular do pentóxido de fósforo seja P4O10, ele ainda é chamado de pentóxido de fósforo devido à sua fórmula empírica P2O5.
Pentóxido de fósforo: Propriedades físicas
“Quem sabe se não é verdade que o fósforo e a mente não são a mesma coisa”? – Stendhal
Pentoxido de fósforo é único no facto de poder existir em até 4 polimorfos distintos. A forma mais comum é uma única molécula de P4O10, que se forma a partir da coesão de duas moléculas menores de P2O5. P2O5 tem uma configuração molecular muito instável, portanto duas moléculas se unirão para uma molécula maior de P4O10, e se organizarão de acordo com o seguinte diagrama:
Esta configuração particular está estruturada como 4 tetrahedra, cada uma compartilhando uma perna com outra. Cada tetraedro é composto por um átomo central de fósforo rodeado por 4 átomos de oxigénio, onde os três átomos de oxigénio base de cada tetraedro são partilhados. Uma única molécula de pentóxido de fósforo parece um pouco como uma pequena célula hexagonal com átomos de oxigénio terminais salientes dos lados. A configuração particular das moléculas torna o pentóxido de fósforo menos denso do que a maioria dos sólidos cristalinos, com uma densidade de apenas 2,3 g/cm3. A estrutura geométrica do pentóxido de fósforo é semelhante ao adamantano do cristal de hidrocarbonetos e tem um ponto de fusão relativamente alto para compostos ligados covalentemente a 340 °C. O ponto de ebulição do pentóxido de fósforo é apenas 20 °C superior ao seu ponto de fusão, pelo que muitas vezes salta o derretimento e sublima directamente num gás.
A célula hexagonal de uma molécula de pentóxido de fósforo é mantida unida por fracas forças van der Waals – a atracção electrostática entre moléculas. O pentóxido de fósforo contém 6 ligações P-O-P e 4 ligações P=O. As interacções dipolo/dipolo das ligações P-O-P são o que mantém a molécula unida. As ligações P-O-P são polares com uma valência negativa no átomo de oxigénio.
Todos os polimorfos do pentóxido de fósforo são baseados em arranjos tetraédricos de átomos de fósforo e oxigénio. Eles geralmente são formados com ligações duplas de P=O, como a forma o’-(P2O5) mostrada abaixo.
Muitos dos polimorfos têm um arranjo molecular ligeiramente diferente do pentoxido de fósforo regular. Por exemplo, a forma “O” estável consiste em arranjos cíclicos de anéis de P6O6, semelhantes à estrutura de vários minerais silicatos. Um dos polimorfos do pentóxido de fósforo é um vidro amorfo criado pela fusão de quaisquer dois polimorfos diferentes.
Pentoxido de fósforo: Propriedades Químicas
Pentoxido de fósforo é um composto polar. A diferença de eletronegatividade entre oxigênio e fósforo é de 1,4, tornando as ligações P-O bastante polares na natureza. Embora o pentóxido de fósforo seja polar, ele não será dissolvido pela água, pois sofre hidrólise exotérmica. O pentóxido de fósforo é um anidrido, o que significa que é formado pela remoção da água (H2O) de um composto. O pentóxido de fósforo é o anidrido correspondente do ácido fosfórico (H3PO4) e reagirá violentamente com a água para formar fosfórico, de acordo com a equação:
P4O10 + 6H2O → 4H3PO4
A entalpia de mudança desta reação é de -177 kJ/mol, significando que para cada 1 mole de P4O10, 177 kJ de energia são liberados sob a forma de calor. Esta reação com água é um dos principais métodos para produzir quantidades industriais de ácido fosfórico, um ingrediente extremamente importante em fertilizantes.
O pentóxido de fósforo não é combustível e não reagirá com oxigênio para produzir uma chama. Entretanto, a reação de hidrólise do pentóxido de fósforo com água e substâncias contendo água, como a madeira, é muito exotérmica e pode liberar energia suficiente para catalisar uma reação de combustão entre o material contendo água e a atmosfera. O pentóxido de fósforo é muito corrosivo para o metal e irá formar vários óxidos metálicos e metais fosfatados quando posto em contacto com metais. Também é muito corrosivo para os tecidos humanos e pode causar queimaduras químicas e inflamação respiratória, mesmo em baixas concentrações.
Pentoxido de fósforo: Produção e Uso
Histórico, o método primário de formação do pentóxido de fósforo é através da combustão de fósforo elementar e oxigênio. O fósforo branco, um dos alotrópodes do fósforo elementar, é feito de moléculas compostas de 4 átomos de fósforo dispostos em uma estrutura tetraédrica. O fósforo tetraesforoso elementar queima em oxigênio para formar o pentóxido de fósforo de acordo com a seguinte reação:
P4 + 5O2 → P4O10
A maior parte do pentóxido de fósforo produzido desta maneira é para fazer ácido fosfórico, embora métodos recentes tenham removido a necessidade de começar com fósforo branco para fazer ácido fosfórico.
O principal uso do pentóxido de fósforo é como dessecante. Como reage prontamente com água, o pentóxido de fósforo pode extrair traços de água da atmosfera para manter um espaço seco e livre de umidade. A hidrólise da água com pentóxido de fósforo cria uma camada gomosa de ácido fosfórico que pode inibir as suas propriedades de remoção da água. É por isso que a maior parte do pentóxido de fósforo utilizado para fins industriais é feito em forma granular. Não é possível formar pentóxido de fósforo através da desidratação do ácido fosfórico, pois o calor necessário para catalisar a reação é suficiente para ferver qualquer excesso de água.
As propriedades dessecantes do pentóxido de fósforo são freqüentemente usadas para converter um número de ácidos em seus anidridos correspondentes. Por exemplo, o pentóxido de fósforo irá converter o ácido nítrico (HNO3) em seu anidrido dinitrogênio pentoxídico (N2O5). Também converterá ácido sulfúrico (H2SO4) em trióxido de enxofre (SO3) removendo um oxigênio e dois hidrogênios; uma única molécula de água, e converterá perclorato de hidrogênio (HClO4) em hepóxido de dicloro (Cl2O7).
“Definimos a química orgânica como a química dos compostos de carbono”. – August Kekule
A maioria do pentóxido de fósforo que não é usado como dessecante é usado como um reagente intermediário para criar outros compostos. Na química orgânica, o pentóxido de fósforo é usado para desidratar compostos orgânicos, como a conversão de amidas em nitrilos, uma classe importante de moléculas orgânicas usadas na fabricação de borracha e procedimentos laboratoriais.
Em resumo, o pentóxido de fósforo é um composto covalente de anidrido que é formado através da combustão de fósforo elementar e oxigênio. O pentóxido de fósforo é altamente higroscópico, de modo que extrai a água do ambiente próximo e reage para formar ácido fosfórico. O pentóxido de fósforo é normalmente utilizado como dessecante industrial e desempenha um papel como um reagente intermediário para transformar ácido em seus homólogos anidrido. Embora uma única molécula do composto tenha uma fórmula molecular de P4O10, ele ainda é chamado de pentóxido de fósforo devido à sua fórmula empírica P2O5. O pentóxido de fósforo é único por existir em vários polimorfos diferentes que têm geometrias moleculares diferentes. A forma mais comum é uma célula hexagonal composta de 4 tetrahedra de fósforo distintos. O pentóxido de fósforo é corrosivo aos metais e pode danificar o tecido humano mesmo em pequenas concentrações.