Тетрафосфид трирения

Тетрафосфид трирения (Re₃P₄) — бинарное неорганическое соединение переходного металла рения и неметалла фосфора. Рений относится к группе 7 (VIIB) периодической системы, период 6, d-элемент — никакого отношения к щелочным металлам не имеет. По типу химической связи Re₃P₄ является металлоподобным фосфидом переходного металла с преобладающей металлической и ковалентной составляющими связи, а не ионной солью.

Состав и кристаллическая структура

Молярная масса Re₃P₄ составляет 682,5 г/моль (3 × 186,207 + 4 × 30,974). Кристаллы тетрафосфида трирения относятся к моноклинной сингонии, пространственная группа C2/m (№ 12). Структура трёхмерная: атомы рения находятся в степени окисления +4 (Re⁴⁺) и занимают две неэквивалентные кристаллографические позиции, в каждой из которых Re⁴⁺ окружён шестью атомами фосфора P³⁻ в октаэдрической координации. Длины связей Re–P варьируются в диапазоне 2,39–2,57 Å. Атомы фосфора координированы пятью атомами рения; часть атомов P дополнительно имеет связь P–P длиной 2,51 Å.

Кристаллы хрупки при механических нагрузках. В природной среде соединение не обнаружено.

Физические свойства

Как металлоподобный фосфид d-элемента, Re₃P₄ тугоплавок и термически устойчив при умеренных температурах. По расчётным данным Materials Project, соединение термодинамически стабильно (энергия разложения равна нулю). Точные экспериментально подтверждённые значения температуры разложения для Re₃P₄ в открытой литературе не установлены; для ориентира: фосфиды рения образуются при взаимодействии компонентов выше 750–800 °C, что свидетельствует о высокой термической стойкости фаз Re–P.

Химические свойства

Металлоподобные фосфиды переходных металлов, к которым относится Re₃P₄, характеризуются устойчивостью к действию воды и большинства кислот; их химическая стойкость, как правило, возрастает с увеличением содержания фосфора. Кристаллы Re₃P₄ не растворяются в воде и органических растворителях, не гигроскопичны. Разложение происходит при обработке смесью HF и HNO₃, а также при сплавлении со щелочами или пероксидами металлов — что типично для металлоподобных фосфидов d-элементов.

Получение тетрафосфида трирения

В природе Re₃P₄ не встречается. Соединение получают синтезом из простых веществ — сплавлением стехиометрических количеств порошков рения и фосфора в герметичной ампуле в вакууме или атмосфере инертного газа (аргон). Температура реакции — в диапазоне, характерном для синтеза фосфидов рения (выше 750–800 °C, типично 1000 °C и выше). Реакция протекает при нормальном давлении. Инертная атмосфера обязательна: рений при высоких температурах интенсивно окисляется кислородом воздуха с образованием летучего Re₂O₇.

Токсикология и меры безопасности

Токсикология соединений рения изучена ограниченно — из-за малых объёмов применения. Данные по металлическому рению и его простым солям указывают на низкую токсичность; LD₅₀ перрената калия при введении крысам составляет 2800 мг/кг (сопоставимо с поваренной солью). Данные о токсичности Re₃P₄ специфически в открытой литературе не установлены. При работе с порошком следует соблюдать стандартные меры предосторожности: использовать перчатки и защитные очки, исключить вдыхание пыли.

Применение Re₃P₄

Тетрафосфид трирения применяется в ограниченных объёмах — преимущественно в научных исследованиях в области кристаллохимии и физики твёрдого тела. Широкому промышленному использованию Re₃P₄ препятствует высокая стоимость рения — одного из наиболее редких и дорогостоящих металлов (мировые запасы — около 10 000 т, производство носит характер попутного извлечения при переработке молибденитовых концентратов). Фосфиды рения в целом рассматриваются как перспективные полупроводниковые и высокочастотные материалы.

Другие соединения рения с неметаллами, поставляемые в научных и опытно-промышленных количествах: фосфиды рения, в том числе фосфид дирения Re₂P.