오산화 이인

3. 화학적 성질

오산화 이인은 인을 산소 중 또는 건조한 공기 중에서 연소시켜 얻는 승화성 무색 고체이다. 생성 시 백색 연기를 발생시킨다. 다형성을 나타내며, 3종류의 결정 구조 외에 유리상, 무정형의 5종류의 변태가 알려져 있다. 회색을 띤 것은 가수분해 생성물 등의 불순물을 포함하고 있다. 오산화 이인만이 승화성을 가지므로, 승화에 의해 정제할 수 있다.

물과 반응성이 매우 높아 발열 반응을 일으키며 인산을 생성한다. 강력한 탈수 작용으로 인해 유기 화합물에서 물 분자를 제거하는 데 사용된다. (예: 아미드를 니트릴로 변환) 황산, 질산 등 무기산을 탈수하여 각각 삼산화 황, 오산화 이질소를 생성한다.^{[7] [8] [9]}

강력한 탈수 작용을 가지므로, 인체에 대해서는 강산이나 강알칼리처럼 부식성 위험 물질이며, 취급에 주의를 요한다. 그 외, 의약품이나 농약의 원료, 시약으로도 이용된다. 전구 제작 시의 탈수제로도 사용된다.

3. 1. 반응

• HNO₃는 N₂O₅로 변환된다.
• H₂SO₄는 SO₃로 변환된다.
• HClO₄는 Cl₂O₇로 변환된다.
• CF₃SO₃H는 (CF₃)₂S₂O₅로 변환된다.

4. 제조

오산화 이인은 인이 산소 기류 하에서 연소되어 생성된다.^[6]

:P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀

오산화 이인은 충분한 산소 공급 하에 백린을 연소시켜 제조한다.^[6] 인산을 탈수시켜 오산화 이인을 얻는 것은 불가능하다. 인산을 가열하면 다양한 폴리인산염이 형성되지만, P₄O₁₀을 형성할 만큼 충분히 탈수되지 않기 때문이다.

산업적으로는 인광석(3Ca₃(PO₄)₂•CaF₂) 또는 황린을 원료로 한다. 황린을 원료로 하는 경우는 간단하며, 연소실에서 산화시키면 된다. 인광석을 사용하는 경우에는 코크스, 규사(SiO₂), 쇠 부스러기를 혼합하여 650°C 정도의 열풍으로 연소시킨다.

5. 용도

오산화 이인은 강력한 탈수제이며, 인산 제조에 사용된다.^[7] 물과 반응하여 인산을 생성하는 발열 반응을 일으킨다.

:P₄O₁₀ + 6 H₂O → 4 H₃PO₄   (–177 kJ)

그러나 미반응 물질에 의한 추가 탈수를 막는 보호성 코팅을 형성하는 경향이 있어 건조제로써의 유용성은 다소 제한된다. 이러한 이유로 P₄O₁₀의 과립 형태는 데시케이터에 사용된다.

유기 합성에서 P₄O₁₀은 1차 아미드를 니트릴로 변환하는 등 탈수 반응에 사용된다.^[8]

:P₄O₁₀ + RC(O)NH₂ → P₄O₉(OH)₂ + RCN

카복실산과 반응하면 해당 무수물을 생성한다.^[9]

:P₄O₁₀ + RCO₂H → P₄O₉(OH)₂ + [RC(O)]₂O

DMSO에 녹인 P₄O₁₀ 용액인 "오노데라 시약"은 알코올의 산화에 사용된다. 이 반응은 Swern 산화와 유사하다.

P₄O₁₀의 건조력은 강하여, HNO₃을 N₂O₅로, H₂SO₄을 SO₃으로, HClO₄을 Cl₂O₇로, CF₃SO₃H을 (CF₃)₂S₂O₅로 변환할 수 있다.

비료 등급 인산의 인 함량 대리 측정값으로 함량이 사용되기도 한다.

그 외에도 전구 제작, 의약품 및 농약의 원료, 시약으로도 이용된다.

6. 보관

오산화 이인은 흡습성이 매우 강하므로 습기와의 접촉을 피해야 한다. 유리 용기에 밀폐하여 보관해야 한다.

7. 위험성

오산화 이인은 그 자체로는 불연성이지만, 물과 격렬하게 반응하여 많은 열을 방출하며, 이러한 반응의 발열성으로 인해 화재를 일으킬 수 있다.^[11] 특히 나무나 면과 같은 물을 함유한 물질과 반응할 때 주의해야 한다. 강한 조해성을 가지고 있어, 습한 공기 중에서 쉽게 인산으로 변한다. 에어로졸 형태로 흡입하면 치명적이며, 호흡기, 피부, 점막, 안구 등에 심한 손상(화상)을 줄 수 있다.^[11] 금속에 부식성이 있다.^[11]

8. 관련 인 산화물

P₄O₆과 오산화 이인(P₄O₁₀) 사이에는 다양한 중간 구조를 가진 인 산화물이 존재한다.^[10]

9. 대한민국 내 생산

2000년 대한민국의 오산화 이인 생산량은 4,000톤이었다. (인산 생산량은 14만 톤)^[1]

참조

_[1] 서적 Chemistry of the Elements Butterworth-Heinemann
_[2] 논문 Refinements of Structures Containing Bonds between Si, P, S or Cl and O or N: V. P₄O_10
[3] 서적 Phosphorus: An Outline of its Chemistry, Biochemistry, and Technology Elsevier: Amsterdam
_[4] 서적 Inorganic Chemistry, 3rd Edition Pearson
_[5] 논문 Phosphorus Pentoxide at 233 K 1995-06
_[6] 간행물 The story of 100 years of Phosphorus Making: 1851 - 1951 Albright & Wilson Ltd
_[7] 기타 Phosphorus(V) Oxide J. Wiley & Sons, New York
_[8] 서적 Polymeric materials encyclopedia: C, Volume 2 https://books.google[...] CRC Press
_[9] 기타 Dimethyl Sulfoxide–Phosphorus Pentoxide J. Wiley & Sons, New York
_[10] 논문 Crystal Structure Refinement of Tetraphosphorus Nonaoxide, P₄O_9
[11] 웹사이트 Phosphorus pentoxide MSDS http://hazard.com/ms[...]