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Keywords:

  • Phosphorus sulfides;
  • 31P NMR spectroscopy;
  • phosphorus sulfur melts;
  • tetra phosphorus hexasulfide;
  • crystal structure

Abstract

Phosphor-Schwefel-Schmelzen wurden eine Woche bei 673 K getempert und anschließend in Eiswasser abgeschreckt, dann in CS2 gelöst und die Konzentration der Phosphorsulfide mit Hilfe der 31P-NMR-Spektroskopie bestimmt. Proben mit Zusammensetzungen zwischen 44 und 70 Mol-% Schwefel lösten sich vollständig auf. Zwischen 0 und 42 Mol-% Schwefel traten als unlöslicher Rückstand roter Phosphor, oberhalb von 72 Mol-% Schwefel über Phosphoratome vernetzte Schwefelketten auf. Die löslichen Bestandteile waren hauptsächlich die kongruent schmelzenden Verbindungen P4S3, P4S7 und P4S10. Die maximalen Konzentrationen lagen bei den jeweiligen stöchiometrischen Zusammensetzungen. Andere P4Sn (n = 4–9) Verbindungen, deren Molekülkristalle sich beim Erwärmen peritektisch oder peritektoid zersetzen, wurden ebenfalls mit höheren Konzentrationen gefunden, dazu gehörte β-P4S6, das in der monoklinen Raumgruppe P21/c mit den Gitterkonstanten a = 702,4(2), b = 1 205,6(2), c = 1 148,9(6) pm und β = 103,4(2)° kristallisiert.

Die Reaktion von weißem Phosphor mit Schwefel wurde ebenfalls untersucht. Im Gegensatz zu Angaben anderer Autoren, die das P4–S8-System unterhalb von 373 K als einfach eutektisch beschreiben, wurden in diesem Temperaturbereich Reaktionen zwischen den Komponenten beobachtet.

The Molecular Composition of Solidified Phosphorus-Sulfur Melts and the Crystal Structure of β-P4S6

Phosphorus sulfur melts were annealed for one week at 673 K and then quenched in ice water. The solids were dissolved in CS2 and the concentrations of phosphorus sulfides were determined by 31P NMR spectroscopy. Samples containing between 44 and 70 mol% sulfur dissolved completely in CS2. Between 0 and 42 mol% remains an insoluble residue of red phosphorus. Above 72 mol% it consisted of sulfur chains linked by phosphorus atoms. The solutions contained mainly the congruently melting compounds P4S3, P4S7, and P4S10 having maximum concentrations at their stoichiometric compositions. Other compounds P4Sn (n = 4–9) which decompose on heating, according to the phase diagram, were also found in surprisingly high concentrations. One of these was β-P4S6 which crystallizes in the monoclinic space group P21/c with the lattice parameters a = 702.4(2), b = 1 205.6(2), c = 1 148.9(6) pm and β = 103.4(2)°.

Reaction of white phosphorus with sulfur was also investigated. In contrast to the results of previous authors, who described the system P4–S8 below 373 K as eutectic, we found that the elements reacted below this temperature.