Phosphorpentafluorid

Strukturformel
Strukturformel von Phosphorpentafluorid
Allgemeines
Name	Phosphorpentafluorid
Andere Namen	Phosphor(V)-fluorid
Summenformel	PF5
Kurzbeschreibung	farbloses Gas mit stechendem Geruch, schwerer als Luft<ref name="GESTIS" />
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 231-602-3 ECHA-InfoCard 100.028.730 PubChem 24295 ChemSpider 22715 DrugBank Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	125,97 g·mol−1
Aggregatzustand	gasförmig
Dichte	5,69 kg·m−3 bei 0 °C, 1013 mbar<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref>
Schmelzpunkt	−93,8 °C<ref name="GESTIS" />
Siedepunkt	−84,6 °C<ref name="GESTIS" />
Dampfdruck	2,79 MPa (20 °C)<ref name="GESTIS" />
Löslichkeit	zersetzt sich durch Hydrolyse in Wasser<ref name="GESTIS" />
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="GESTIS" /> Gefahrensymbol Gefahrensymbol Gefahrensymbol Gefahr H- und P-Sätze H: 280​‐​330​‐​314 P: 260​‐​280​‐​303+361+353+315​‐​304+340+315​‐​305+351+338+315​‐​403​‐​405<ref name="GESTIS" />
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

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.<ref></ref>

Gewinnung und Darstellung

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

<math>\mathrm{3\ PCl_5\ +\ 5\ AsF_3\ \longrightarrow\ 3\ PF_5\ \uparrow\ +\ 5\ AsCl_3}</math>

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

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Datei:Phosphorus-pentafluoride-2D-dimensions.png

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).<ref name="HoWi886">A. F. Holleman, N. Wiberg: Anorganische Chemie. 103. Auflage. 1. Band: Grundlagen und Hauptgruppenelemente. Walter de Gruyter, Berlin / Boston 2016, ISBN 978-3-11-049585-0, S. 886 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).</ref>

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.<ref>Ralf Steudel: Struktur und Reaktivität von Molekülen. In: James E. Huheey, Richard Keiter, Ellen A. Keiter (Hrsg.): Anorganische Chemie: Prinzipien von Struktur und Reaktivität. 4. Auflage. De Gruyter, Berlin; Boston 2012, ISBN 978-3-11-092562-3, Kapitel 6, S. 227–281, doi:10.1515/9783110925623-011 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref>

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.<ref>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.</ref>

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.

<math>\mathrm{PF_5\ +\ 4\ H_2O\ \longrightarrow\ 5\ HF\ +\ H_3PO_4}</math>

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.<ref name="HoWi">A. F. Holleman, N. Wiberg: Anorganische Chemie. 103. Auflage. 1. Band: Grundlagen und Hauptgruppenelemente. Walter de Gruyter, Berlin / Boston 2016, ISBN 978-3-11-049585-0, S. 891 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).</ref>

Durch die Abspaltung von HF bei Kontakt mit Wasser ätzt Phosphorpentafluorid Glasoberflächen.<ref name="PubChem">Phosphorus pentafluoride. Compound Summary for CID 24295. In: PubChem. National Library of Medicine (US), National Center for Biotechnology Information, abgerufen am 5. März 2023 (). </ref>

Von Phosphorpentafluorid existieren Derivate in Form der Fluorophosphane HPF₄, H₂PF₃ und H₃PF₂, wobei die Wasserstoffatome Fluoratome in äquatorialen Positionen ersetzen.<ref name="HoWi" />

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. Band 182, Nr. 1–2, 1876, S. 201–206, doi:10.1002/jlac.18761820118. 

Weblinks

Datei:Commons-logo.svg

Commons: Phosphorpentafluorid – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

<references />

Vorlage:Klappleiste/Anfang Oxidationsstufe (II):  Phosphor(II)-fluorid | Phosphor(II)-chlorid | Phosphor(II)-bromid | Phosphor(II)-iodid

Oxidationsstufe (III):  Phosphor(III)-fluorid | Phosphor(III)-chlorid | Phosphor(III)-bromid | Phosphor(III)-iodid

Oxidationsstufe (V):  Phosphor(V)-fluorid | Phosphor(V)-chlorid | Phosphor(V)-bromid | Phosphor(V)-iodid

Andere Oxidationsstufen:  Tetraphosphorhexafluorid | Hexaphosphorhexachlorid | Hexaphosphorhexabromid

Mischhalogenide:  Phosphorchloriddifluorid | Phosphorbromiddifluorid | Phosphoriodiddifluorid Vorlage:Klappleiste/Ende