ट्राइफॉस्फोरस पेंटानाइट्राइड

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ट्राइफॉस्फोरस पेंटानाइट्राइड
P3N5Code236555.png
Names
IUPAC name
Triphosphorus pentanitride
Other names
Phosphorus(V) nitride, Phosphorus nitride
Identifiers
3D model (JSmol)
EC Number
  • 235-233-9
  • [N].[N].[N].[N].[N].[P].[P].[P]
Properties
P3N5
Molar mass 162.955 g/mol
Appearance White solid
Density 2.77 g/cm3 (α-P3N5)
Melting point 850 °C (1,560 °F; 1,120 K) decomposes
insoluble
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).

ट्राइफॉस्फोरस पेंटानाइट्राइड रासायनिक सूत्र वाला एक अकार्बनिक यौगिक है P3N5. केवल फास्फोरस और नाइट्रोजन युक्त, इस सामग्री को द्विआधारी यौगिक नाइट्राइड के रूप में वर्गीकृत किया गया है। हालांकि विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए इसकी जांच की गई है, लेकिन इससे कोई महत्वपूर्ण औद्योगिक उपयोग नहीं हुआ है। यह एक सफेद ठोस है, हालांकि नमूने अक्सर अशुद्धियों के कारण रंगीन दिखाई देते हैं।

संश्लेषण

विभिन्न फास्फोरस (वी) और नाइट्रोजन आयनों (जैसे अमोनिया और सोडियम एज़ाइड) के बीच प्रतिक्रियाओं से ट्राइफोस्फोरस पेंटानिट्राइड का उत्पादन किया जा सकता है:[1]

3 PCl5 + 5 NH3 → P3N5 + 15 HCl
3 PCl5 + 15 NaN3 → P3N5 + 15 NaCl + 5 N2

संबंधित सामग्री का उत्पादन करने के लिए तत्वों की प्रतिक्रिया का दावा किया जाता है।[2] बोरॉन नाइट्राइड (बीएन) और सिलिकॉन नाइट्राइड तैयार करने के लिए इसी तरह के तरीकों का इस्तेमाल किया जाता है (Si3N4); हालाँकि उत्पाद आम तौर पर अशुद्ध और अनाकार होते हैं।[1][3] क्रिस्टलीय नमूने अमोनियम क्लोराइड और hexachlorocyclotriphosphazene की प्रतिक्रिया से तैयार किए गए हैं[4] या फास्फोरस पेंटाक्लोराइड।[1]

(NPCl2)3 + 2 [NH4]Cl → P3N5 + 8 HCl
3 PCl5 + 5 [NH4]Cl → P3N5 + 20 HCl

P3N5 फास्फोरस ट्राइक्लोराइड और सोडियम एमाइड के बीच प्रतिक्रिया द्वारा कमरे के तापमान पर भी तैयार किया गया है।[5]

3 PCl3 + 5 NaNH2 → P3N5 + 5 NaCl + 4 HCl + 3 H2

प्रतिक्रियाएं

P3N5 बोरॉन नाइट्राइड या सिलिकॉन नाइट्राइड की तुलना में ऊष्मीय रूप से कम स्थिर हैSi3N4, 850 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर होने वाली तत्वों की अपघटन प्रतिक्रिया के साथ:[1]

P3N5 → 3 PN + N2
4 PN → P4 + 2 N2

यह कमजोर अम्लों और क्षारों के लिए प्रतिरोधी है, और कमरे के तापमान पर पानी में अघुलनशील है, हालांकि यह अमोनियम फॉस्फेट लवण डायमोनियम फॉस्फेट बनाने के लिए गर्म करने पर हाइड्रोलिसिस करता है।[NH4]2HPO4 और मोनोअमोनियम फॉस्फेट|[NH4]H2PO4.

ट्राइफॉस्फोरस पेंटानाइट्राइड लिथियम नाइट्राइड और कैल्शियम नाइट्राइड के साथ प्रतिक्रिया करता है जिससे संबंधित लवण बनते हैं PN7−4 और PN4−3. ट्राइफॉस्फोरस पेंटानाइट्राइड के हेटेरोजेनस अमोनोलिसिस जैसे इमाइड्स देता है HPN2 और HP4N7. यह सुझाव दिया गया है कि इन यौगिकों में ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स और रंग के रूप में अनुप्रयोग हो सकते हैं।[6]


संरचना और गुण

कई बहुरूपता (पदार्थ विज्ञान) ट्राइफॉस्फोरस पेंटानाइट्राइड के लिए जाने जाते हैं। ट्राइफॉस्फोरस पेंटानाइट्राइड का अल्फा-रूप (α-P3N5) वायुमंडलीय दाब पर मिलता है और 11 पास्कल (यूनिट) तक के दाब पर मौजूद होता है, जिस बिंदु पर यह गामा-विविधता (γ-) में परिवर्तित हो जाता हैP3N5) यौगिक का।[7][8] गर्म करने परP3N5 67 और 70 GPa के बीच दबाव पर 2000 K से ऊपर के तापमान पर, यह δ- में बदल जाता हैP3N5.[9] δ- पर दबाव की रिहाईP3N5 बहुरूपता इसे वापस γ- में वापस नहीं करता हैP3N5 या α-P3N5. इसके बजाय, 7 जीपीए से नीचे के दबावों पर, δ-P3N5 ट्राइफॉस्फोरस पेंटानाइट्राइड के चौथे रूप में परिवर्तित हो जाता है, α'-P3N5.[9]

Polymorph Density (g/cm3)
α‑P3N5 2.77
α′‑P3N5 3.11
γ‑P3N5 3.65
δ‑P3N5 5.27 (at 72 GPa)

ट्राइफॉस्फोरस पेंटानाइट्राइड के सभी बहुरूपों की संरचना एकल क्रिस्टल एक्स-रे विवर्तन द्वारा निर्धारित की गई थी। α-P3N5 और α'-P3N5 की नेटवर्क संरचना से बनते हैं PN4 टेट्राहेड्रा 2- और 3-समन्वित नाइट्राइड के साथ,[7][9]सी-P3N5 दोनों से बना है PN4 और PN5 पॉलीहेड्रा[8]जबकि δ-P3N5 विशेष रूप से कोने- और एज-शेयरिंग से बना है PN6 ऑक्टाहेड्रा।[9]डी-P3N5 313 GPa के समान बल के खिलाफ किसी वस्तु का प्रतिरोध वाले सबसे असम्पीडित ट्राइफॉस्फोरस पेंटानाइट्राइड है।[9]


संभावित अनुप्रयोग

ट्राइफॉस्फोरस पेंटानाइट्राइड का कोई व्यावसायिक अनुप्रयोग नहीं है, हालांकि यह 1960 के दशक के अंत में लाल फास्फोरस युक्त विभिन्न मिश्रणों की जगह गरमागरम लैंप के लिए प्राप्त करना सामग्री के रूप में उपयोग पाया गया। प्रकाश तंतुओं को निलंबन (रसायन विज्ञान) में डुबोया जाता है P3N5 बल्ब में बंद होने से पहले। बल्ब बंद होने के बाद, लेकिन पंप पर रहते हुए, लैंप जलते हैं, जिसके कारण P3N5 अपने घटक तत्वों में तापीय रूप से विघटित करने के लिए। इसमें से अधिकांश पंप द्वारा हटा दिया जाता है लेकिन पर्याप्त है P4 भाप बल्ब के अंदर किसी भी अवशिष्ट ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए बनी रहती है। एक बार वाष्प का दबाव P4 काफी कम है, तो या तो फिलर गैस को बंद करने से पहले बल्ब में प्रवेश दिया जाता है या, यदि एक निर्वात वातावरण वांछित है, तो उस बिंदु पर बल्ब को बंद कर दिया जाता है। का उच्च अपघटन तापमान P3N5 सीलिंग मशीनों को लाल फॉस्फोरस का उपयोग करने की तुलना में तेजी से और अधिक गर्म करने की अनुमति देता है।

संबंधित हैलोजन युक्त पॉलिमर, ट्राइमेरिक ब्रोमोफॉस्फोनाइट्राइल (PNBr2)3 (गलनांक 192 डिग्री सेल्सियस) और टेट्रामेरिक ब्रोमोफॉस्फोनिट्राइल (PNBr2)4 (गलनांक 202 °C) हलोजन लैंप के लिए समान लैम्प गेट्टरिंग एप्लिकेशन खोजें, जहां वे गेटटरिंग और सटीक हैलोजन डोजिंग की दोहरी प्रक्रिया करते हैं।[10] माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में अनुप्रयोगों के लिए एक अर्धचालक के रूप में ट्राइफोस्फोरस पेंटानिट्राइड की भी जांच की गई है, विशेष रूप से मेटल-इंसुलेटर-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर | धातु-इन्सुलेटर-सेमीकंडक्टर उपकरणों में गेट इंसुलेटर के रूप में।[11][12] पाइरोटेक्निक अस्पष्ट मिश्रण में ईंधन के रूप में, यह मुख्य रूप से इसकी उच्च रासायनिक स्थिरता के कारण अधिक सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले लाल फास्फोरस पर कुछ लाभ प्रदान करता है। लाल फास्फोरस के विपरीत, P3N5 मजबूत ऑक्सीडाइज़र, यहां तक ​​कि पोटेशियम क्लोरेट के साथ सुरक्षित रूप से मिश्रित किया जा सकता है। जबकि ये मिश्रण अत्याधुनिक लाल फॉस्फोरस मिश्रण की तुलना में 200 गुना तेजी से जल सकते हैं, वे झटके और घर्षण के प्रति बहुत कम संवेदनशील होते हैं। इसके अतिरिक्त, P3N5 लाल फॉस्फोरस की तुलना में हाइड्रोलिसिस के लिए अधिक प्रतिरोधी है, इसके आधार पर पायरोटेक्निक मिश्रण लंबी अवधि के भंडारण के तहत अधिक स्थिरता देता है।[13] अग्निशमन उपायों में ट्राइफोस्फोरस पेंटानाइट्राइड के उपयोग के लिए पेटेंट दायर किए गए हैं।[14][15]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 Schnick, Wolfgang (1 June 1993). "सॉलिड-स्टेट केमिस्ट्री विथ नॉनमेटल नाइट्राइड्स" (PDF). Angewandte Chemie International Edition in English. 32 (6): 806–818. doi:10.1002/anie.199308061.
  2. ↑ Vepřek, S.; Iqbal, Z.; Brunner, J.; Schärli, M. (1 March 1981). "कम दबाव वाले प्लाज्मा में तैयार अनाकार फास्फोरस नाइट्राइड की तैयारी और गुण". Philosophical Magazine B. 43 (3): 527–547. Bibcode:1981PMagB..43..527V. doi:10.1080/01418638108222114.
  3. ↑ Meng, Zhaoyu; Peng, Yiya; Yang, Zhiping; Qian, Yitai (1 January 2000). "अनाकार फास्फोरस नाइट्राइड का संश्लेषण और लक्षण वर्णन।". Chemistry Letters. 29 (11): 1252–1253. doi:10.1246/cl.2000.1252.
  4. ↑ Schnick, Wolfgang; Lücke, Jan; Krumeich, Frank (1996). "Phosphorus Nitride P3N5: Synthesis, Spectroscopic, and Electron Microscopic Investigations". Chemistry of Materials. 8: 281–286. doi:10.1021/cm950385y.
  5. ↑ Chen, Luyang; Gu, Yunle; Shi, Liang; Yang, Zeheng; Ma, Jianhua; Qian, Yitai (2004). "फास्फोरस नाइट्राइड खोखले क्षेत्रों के लिए कमरे का तापमान मार्ग". Inorganic Chemistry Communications. 7 (5): 643. doi:10.1016/j.inoche.2004.03.009.
  6. ↑ Schnick, Wolfgang (1993). "Phosphorus(V) Nitrides: Preparation, Properties, and Possible Applications of New Solid State Materials with Structural Analogies to Phosphates and Silicates". Phosphorus, Sulfur, and Silicon and the Related Elements. 76 (1–4): 183–186. doi:10.1080/10426509308032389.
  7. ↑ 7.0 7.1 Horstmann, Stefan; Irran, Elisabeth; Schnick, Wolfgang (1997). "Synthesis and Crystal Structure of Phosphorus(V) Nitrideα-P3N5". Angewandte Chemie International Edition in English. 36 (17): 1873–1875. doi:10.1002/anie.199718731.
  8. ↑ 8.0 8.1 Landskron, Kai; Huppertz, Hubert; Senker, Jürgen; Schnick, Wolfgang (2001). "High-Pressure Synthesis of γ-P3N5 at 11 GPa and 1500 °C in a Multianvil Assembly: A Binary Phosphorus(V) Nitride with a Three-Dimensional Network Structure from PN4 Tetrahedra and Tetragonal PN5 Pyramids". Angewandte Chemie. 40 (14): 2643–2645. doi:10.1002/1521-3773(20010716)40:14<2643::AID-ANIE2643>3.0.CO;2-T.
  9. ↑ 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 Laniel, Dominique; Trybel, Florian; Néri, Adrien; Yin, Yuqing; Aslandukov, Andrey; Fedotenko, Timofey; Khandarkhaeva, Saiana; Tasnádi, Ferenc; Chariton, Stella; Giacobbe, Carlotta; Bright, Eleanor Lawrence; Hanfland, Michael; Prakapenka, Vitali; Schnick, Wolfgang; Abrikosov, Igor A. (2022-11-07). "Revealing Phosphorus Nitrides up to the Megabar Regime: Synthesis of α′‐P 3 N 5, δ‐P 3 N 5 and PN 2". Chemistry – A European Journal. 28 (62): e202201998. doi:10.1002/chem.202201998. ISSN 0947-6539. PMC 9827839. PMID 35997073. S2CID 251743071.
  10. ↑ S.T. Henderson and A.M. Marsden, Lamps and Lighting 2nd Ed., Edward Arnlold Press, 1975, ISBN 0 7131 3267 1
  11. ↑ Hirota, Yukihiro (1982). "Chemical vapor deposition and characterization of phosphorus nitride (P3N5) gate insulators for InP metal-insulator-semiconductor devices". Journal of Applied Physics. 53 (7): 5037–5043. Bibcode:1982JAP....53.5037H. doi:10.1063/1.331380.
  12. ↑ Jeong, Yoon-Ha; Choi, Ki-Hwan; Jo, Seong-Kue; Kang, Bongkoo (1995). "Effects of Sulfide Passivation on the Performance of GaAs MISFETs with Photo-CVD Grown P3N5 Gate Insulators". Japanese Journal of Applied Physics. 34 (Part 1, No. 2B): 1176–1180. Bibcode:1995JaJAP..34.1176J. doi:10.1143/JJAP.34.1176. S2CID 67837168.
  13. ↑ Koch, Ernst-Christian; Cudziło, Stanisław (2016), "Safer Pyrotechnic Obscurants Based on Phosphorus(V) Nitride", Angewandte Chemie International Edition, 55 (49): 15439–15442, doi:10.1002/anie.201609532, PMID 27862760
  14. ↑ Phosphorus nitride agents to protect against fires and explosions
  15. ↑ Manufacture of flame-retardant regenerated cellulose fibres, December 20, 1977
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