Phosphorpentafluorid

Strukturformel
Allgemeines
Name	Phosphorpentafluorid
Andere Namen	Phosphor(V)-fluorid
Summenformel	PF5
Kurzbeschreibung	farbloses Gas mit stechendem Geruch, schwerer als Luft[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	231-602-3
ECHA-InfoCard	100.028.730
PubChem	24295
ChemSpider	22715
Wikidata	Q414652
Eigenschaften
Molare Masse	125,97 g·mol−1
Aggregatzustand	gasförmig
Dichte	5,69 kg·m−3 bei 0 °C, 1013 mbar[1]
Schmelzpunkt	−93,8 °C[1]
Siedepunkt	−84,6 °C[1]
Dampfdruck	2,79 MPa (20 °C)[1]
Löslichkeit	zersetzt sich durch Hydrolyse in Wasser[1]
Sicherheitshinweise
H- und P-Sätze	H: 280‐330‐314
	P: 260‐280‐303+361+353+315‐304+340+315‐305+351+338+315‐403‐405 [1]
	Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Phosphorpentafluorid (Phosphor(V)-fluorid) ist eine anorganische, chemische Verbindung aus den Elementen Phosphor und Fluor mit der Summenformel PF₅ und zählt zur Verbindungsklasse der Phosphorhalogenide. Es ist bei Standardbedingungen ein farbloses, sehr giftiges und nicht brennbares Gas mit stechendem Geruch. In feuchter Luft oder in Wasser gelöst reagiert es heftig unter Bildung von Fluorwasserstoff HF und Phosphorsäure H₃PO₄.

Geschichte

Phosphorpentafluorid wurde 1876 von dem britischen Chemiker Thomas Edward Thorpe (1845–1925) entdeckt und erstmals beschrieben.[2]

Gewinnung und Darstellung

Phosphorpentafluorid kann durch Fluorierung von Phosphorpentachlorid PCl₅ mit Hilfe von Arsentrifluorid AsF₃ unter Bildung von Arsentrichlorid AsCl₃ dargestellt werden.

\mathrm {3\ PCl_{5}\ +\ 5\ AsF_{3}\ \longrightarrow \ 3\ PF_{5}\ \uparrow \ +\ 5\ AsCl_{3}}

Das Phosphorpentafluorid entweicht dabei als stark rauchendes Gas, während das Arsentrichlorid zurückbleibt.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

PF₅-Molekül

Phosphorpentafluorid-Moleküle sind trigonal-bipyramidal aufgebaut, mit dem Phosphoratom im Zentrum und den kovalent gebundenen Fluoratomen in der dreieckigen Grundfläche (äquatoriale Positionen) und an den beiden Spitzen (axiale oder apikale Positionen) der Bipyramide. Die F−P–F-Bindungswinkel in der Grundfläche betragen 120°, während die Bindungen zu beiden apikalen Fluoratomen senkrecht zur Grundfläche stehen. Die Bindungslängen zwischen Phosphor und den äquatorialen Fluoratomen betragen jeweils 153 pm und sind um 5 pm kürzer als zu den beiden Atomen in apikaler Position (158 pm).

Obwohl durch die Geometrie der trigonalen Bipyramide zwei Arten von Fluoratomen sich unterscheiden müssten, erhält man bei Messungen mit der ¹⁹F-NMR-Spektroskopie anstatt der erwarteten zwei nur ein einziges Signal für die Fluoratome. Dies wird durch die Berry-Pseudorotation verursacht, bei der die Fluoratome ständig ihre Positionen innerhalb des Moleküls wechseln. Dieser Wechsel vollzieht sich schneller als das Messgerät ihn erfassen kann und eine zeitlich gemittelte Struktur mit scheinbar fünf gleichwertigen Fluoratomen wird in den Spektren wiedergegeben.

Bei Standardbedingungen ist Phosphorpentafluorid ein farbloses Gas und ca. 4,5 mal so schwer wie Luft.

Unterhalb des Schmelzpunkts von −93,8 °C kristallisiert Phosphorpentafluorid im hexagonalen Kristallsystem in der Raumgruppe P6₃/mmc (Raumgruppen-Nr. 194)Vorlage:Raumgruppe/194 mit den Gitterparametern a = 556 pm und c = 618 pm (c/a = 1,11) sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle.[3]

Chemische Eigenschaften

Phosphorpentafluorid ist extrem anfällig gegenüber Hydrolyse. In feuchter Luft oder allgemein bei Kontakt mit Wasser zersetzt es sich spontan in einer heftigen Reaktion unter Bildung von Fluorwasserstoff HF und Phosphorsäure H₃PO₄.

\mathrm {PF_{5}\ +\ 4\ H_{2}O\ \longrightarrow \ 5\ HF\ +\ H_{3}PO_{4}}

In Lösungen mit hohen Fluoridionen-Konzentrationen reagiert Phosphorpentafluorid als Lewis-Säure zum Hexafluorophosphat(V)-Anion PF₆⁻, das isoelektronisch zum Schwefelhexafluorid SF₆ und Hexafluorosilicat(IV)-Anion SiF₆²⁻ ist. Die zu Grunde liegende Hexafluorophosphorsäure HPF₆ lässt sich, analog der Hexafluorokieselsäure H₂SiF₆, nicht durch Entwässerung in reiner Form isolieren, sondern zerfällt unter Abspaltung von HF wiederum zu PF₅.

Durch die Abspaltung von HF bei Kontakt mit Wasser ätzt Phosphorpentafluorid Glasoberflächen.

Von Phosphorpentafluorid existieren Derivate in Form der Fluorophosphane HPF₄, H₂PF₃ und H₃PF₂, wobei die Wasserstoffatome Fluoratome in äquatorialen Positionen ersetzen.

Literatur

A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 780.
T. E. Thorpe: Ueber Phosphorpentafluorid. In: Justus Liebigs Annalen der Chemie. Bd. 182, Nr. 1–2, 1876, S. 201–206. ISSN 0075-4617

Weblinks

Commons: Phosphorpentafluorid – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

Eintrag zu Phosphorpentafluorid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2021. (JavaScript erforderlich)
T. E. Thorpe: On Phosphorus Pentafluoride. In: Proceedings of the Royal Society of London. Bd. 25, 1876, S. 122–123.
D. Mootz, M. Wiebcke: Fluorides and fluoro acids. XIII. The crystal structure of phosphorus pentafluoride. In: Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. Bd. 545, Nr. 2, 1987, S. 39–42. doi:10.1002/zaac.19875450204.

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[GESTIS-1] Eintrag zu Phosphorpentafluorid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2021. (JavaScript erforderlich)

[2] T. E. Thorpe: On Phosphorus Pentafluoride. In: Proceedings of the Royal Society of London. Bd. 25, 1876, S. 122–123.

[3] D. Mootz, M. Wiebcke: Fluorides and fluoro acids. XIII. The crystal structure of phosphorus pentafluoride. In: Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. Bd. 545, Nr. 2, 1987, S. 39–42. doi:10.1002/zaac.19875450204.