Phosphorpentafluorid
# Phosphorpentafluorid

Phosphorpentafluorid (Phosphor(V)-fluorid) ist eine anorganische, chemische Verbindung aus den Elementen Phosphor und Fluor mit der Summenformel PF$_5$ 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 H$_3$PO$_4$.

## Geschichte

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

## Gewinnung und Darstellung

Phosphorpentafluorid kann durch Fluorierung von Phosphorpentachlorid PCl$_5$ mit Hilfe von Arsentrifluorid AsF$_3$ unter Bildung von Arsentrichlorid AsCl$_3$ 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

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 $^{19}$F-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 P6$_3$/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.

### 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 H$_3$PO$_4$.
    $\mathrm {PF_{5}\ +\ 4\ H_{2}O\ \longrightarrow \ 5\ HF\ +\ H_{3}PO_{4}}$
In Lösungen mit hohen Fluoridionen-Konzentrationen reagiert Phosphorpentafluorid als Lewis-Säure zum Hexafluorophosphat(V)-Anion PF$_6$$^−$, das isoelektronisch zum Schwefelhexafluorid SF$_6$ und Hexafluorosilicat(IV)-Anion SiF$_6$$^{2−}$ ist. Die zu Grunde liegende Hexafluorophosphorsäure HPF$_6$ lässt sich, analog der Hexafluorokieselsäure H$_2$SiF$_6$, nicht durch Entwässerung in reiner Form isolieren, sondern zerfällt unter Abspaltung von HF wiederum zu PF$_5$.
Durch die Abspaltung von HF bei Kontakt mit Wasser ätzt Phosphorpentafluorid Glasoberflächen.
Von Phosphorpentafluorid existieren Derivate in Form der Fluorophosphane HPF$_4$, H$_2$PF$_3$ und H$_3$PF$_2$, wobei die Wasserstoffatome Fluoratome in äquatorialen Positionen ersetzen.