Химические свойства фосфора

Содержание

Фосфор и его соединения. Практическое применение соединений фосфора

Химические свойства фосфора

Среди биогенных элементов особое место следует выделить именно фосфору. Ведь без него невозможно существование таких жизненно важных соединений, как, например, АТФ или фосфолипиды, а также многие другие органические вещества.

При этом и неорганика данного элемента весьма богата на различные молекулы. Фосфор и его соединения находят широкое применение в промышленности, являются важными участниками биологических процессов, используются в самых разных отраслях деятельности человека.

Поэтому рассмотрим, что собой представляет данный элемент, каково его простое вещество и самые важные соединения.

Фосфор: общая характеристика элемента

Положение в периодической системе можно описать в нескольких пунктах.

  1. Пятая группа, главная подгруппа.
  2. Третий малый период.
  3. Порядковый номер – 15.
  4. Атомная масса – 30,974.
  5. Электронная конфигурация атома 1s22s22p63s23p3.
  6. Возможные степени окисления от -3 до +5.
  7. Химический символ – Р, произношение в формулах “пэ”. Название элемента – фосфор. Латинское название Phosphorus.

История открытия данного атома уходит своими корнями в далекий XII век. Еще в записях алхимиков встречались сведения, говорящие о получении неизвестного “светящегося” вещества.

Однако официальной датой синтеза и открытия фосфора стал 1669 год. Обанкротившийся торговый купец Бранд в поисках философского камня случайно синтезировал вещество, способное издавать свечение и сгорающее ярким ослепляющим пламенем.

Сделал он это путем многократного прокаливания человеческой мочи.

После него независимо друг от друга примерно одинаковыми способами данный элемент получили:

  • И. Кункелем;
  • Р. Бойлем;
  • А. Маргграфом;
  • К. Шееле;
  • А. Лавуазье.

Сегодня один из самых популярных способов синтеза данного вещества – восстановление из соответствующих фосфорсодержащих минералов при высоких температурах под воздействием угарного газа и кремнезема. Процесс осуществляется в специальных печах.

Фосфор и его соединения являются очень важными веществами как для живых существ, так и для множества синтезов в химической отрасли. Поэтому следует рассмотреть, что же представляет собой данный элемент как простое вещество и где в природе содержится.

Простое вещество фосфор

Сложно назвать какое-то конкретное соединение, когда речь идет о фосфоре. Это объясняется многочисленностью аллотропных видоизменений, которые имеет этот элемент. Выделяют четыре основных разновидности простого вещества фосфора.

  1. Белый. Это соединение, формула которого Р4. Представляет собой белое летучее вещество, обладающее резким неприятным запахом чеснока. Самовозгорается на воздухе при обычной температуре. Сгорает светящимся бледно-зеленым светом. Очень ядовито и опасно для жизни. Химическая активность чрезвычайно высокая, поэтому получают его и хранят под слоем очищенной воды. Это возможно благодаря плохой растворимости в полярных растворителях. Лучше всего для этого белому фосфору подходит сероуглерод и органические вещества. При нагревании способно переходит в следующую аллотропную форму – красный фосфор. При конденсации и охлаждении паров способен формировать пласты. На ощупь жирные, мягкие, легко режущиеся ножом, белого цвета (слегка желтоватого). Температура плавления 440С. Благодаря химической активности используется в синтезах. Но из-за ядовитости не имеет широкого промышленного применения.
  2. Желтый. Это плохо очищенная форма белого фосфора. Является еще более ядовитой, также неприятно пахнет чесноком. Возгорается и горит ярким светящимся зеленым пламенем. Данные желтые или бурые кристаллы в воде не растворяются совсем, при полном окислении выделяют клубы белого дыма составом Р4О10.
  3. Красный фосфор и его соединения являются самой распространенной и наиболее часто применяемой в промышленности модификацией данного вещества. Пастообразная красная масса, которая при повышенном давлении может переходить в форму фиолетовых кристаллов, является химически малоактивной. Это полимер, способный растворяться только в некоторых металлах и больше ни в чем. При температуре в 2500С возгоняется, переходя в белую модификацию. Не ядовит настолько сильно, как предыдущие формы. Однако при длительном воздействии на организм токсичен. Его используют в нанесении зажигающего покрытия на спичечные коробки. Это объясняется тем, что самовозгораться он не может, а вот при денотации и трении взрывается (зажигается).
  4. Черный. По внешним данным очень напоминает графит, так же является жирным на ощупь. Это полупроводник электрического тока. Темные кристаллы, блестящие, которые не способны растворяться ни в каких растворителях вообще. Чтобы он загорелся, нужны очень высокие температуры и предварительное раскаливание.

Также интересна не так давно открытая форма фосфора – металлический. Он является проводником и имеет кубическую кристаллическую решетку.

Химические свойства

Химические свойства фосфора зависят от того, в какой форме он находится. Как уже говорилось выше, наиболее активна желтая и белая модификация. В целом же фосфор способен вступать во взаимодействие с:

  • металлами, образуя фосфиды и выступая в роли окислителя;
  • неметаллами, выступая в роли восстановителя и образуя летучие и нелетучие соединения разного рода;
  • сильными окислителями, переходя в фосфорную кислоту;
  • с концентрированными едкими щелочами по типу диспропорционирования;
  • с водой при очень высокой температуре;
  • с кислородом с образованием разных оксидов.

Химические свойства фосфора сходны с таковыми у азота. ведь он и входит в группу пниктогенов. Однако активность на несколько порядков выше, благодаря разнообразию аллотропных видоизменений.

Нахождение в природе

Как биогенный элемент, фосфор является очень распространенным. Его процентное содержание в земной коре составляет 0,09%. Это достаточно большой показатель. Где встречается этот атом в природе? Можно назвать несколько основных мест:

  • зеленая часть растений, их семена и плоды;
  • животные ткани (мышцы, кости, зубная эмаль, многие важные органические соединения);
  • земная кора;
  • почва;
  • горные породы и минералы;
  • морская вода.

При этом можно говорить только о связанных формах, но не о простом веществе. Ведь он крайне активен, и это не позволяет ему быть свободным. Среди минералов самыми богатыми на фосфор являются:

  • инглишит;
  • фторапаптит;
  • сванбергит;
  • фосфорит и другие.

Биологическое значение данного элемента переоценить невозможно. Ведь он входит в состав таких соединений, как:

  • белки;
  • фосфолипиды;
  • ДНК;
  • РНК;
  • фосфопротеиды;
  • ферменты.

То есть всех тех, которые являются жизненно важными и из которых строится в целом весь организм. Суточная норма для обычного взрослого человека около 2 грамм.

Фосфор и его соединения

Как очень активный, данный элемент образует множество различных веществ. Ведь он формирует и фосфиды, и сам выступает как восстановитель. Благодаря этому сложно назвать элемент, который был бы инертен при реакции с ним. А поэтому формулы соединений фосфора крайне разнообразны. Можно привести несколько классов веществ, в образовании которых он активный участник.

  1. Бинарные соединения – оксиды, фосфиды, летучее водородное соединение, сульфид, нитрид и прочие. Например: Р2О5, PCL3, P2S3, PH3 и прочие.
  2. Сложные вещества: соли всех типов (средние, кислые, основные, двойные, комплексные), кислоты. Пример: Н3РО4, Na3PO4, H4P2O6, Ca(H2PO4)2, (NH4)2HPO4 и другие.
  3. Кислородсодержащие органические соединения: белки, фосфолипиды, АТФ, ДНК, РНК и прочие.

Большинство обозначенных типов веществ имеют важное промышленное и биологическое значение. Применение фосфора и его соединений возможно и в медицинских целях, и для изготовления вполне обыденных бытовых предметов.

Соединения с металлами

Бинарные соединения фосфора с металлами и менее электроотрицательными неметаллами имеют название фосфиды. Это солеподобные вещества, которые обладают крайней неустойчивостью при воздействии разных агентов. Быстрое разложение (гидролиз) вызывает даже обычная вода.

Кроме того, под действием неконцентрированных кислот происходит также распад вещества на соответствующие продукты. Например, если говорить о гидролизе фосфида кальция, то продуктами станут гидроксид металла и фосфин:

Ca3P2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2PH3↑

А подвергая фосфид разложению под действием минеральной кислоты, мы получим соответствующую соль и фосфин:

Ca3P2 + 6HCL = 3CaCL2 + 2PH3↑

В целом ценность рассматриваемых соединений как раз в том, что в результате образуется водородное соединение фосфора, свойства которого рассмотрим ниже.

Летучие вещества на основе фосфора

Таких можно выделить два основных:

О первом мы уже упоминали выше и характеристики приводили. Сказали, что это белый густой дым, сильно ядовитый, неприятно пахнущий и самовоспламеняющийся при обычных условиях.

А вот что такое фосфин? Это самое распространенное и известное летучее вещество, в состав которого входит рассматриваемый элемент. Оно бинарное, и второй участник – водород. Формула водородного соединения фосфора – РН3, название фосфин.

Свойства этого вещества можно описать так.

  1. Летучий бесцветный газ.
  2. Очень ядовитый.
  3. Обладает запахом гнилой рыбы.
  4. С водой не взаимодействует и очень плохо в ней растворяется. Хорошо растворим в органике.
  5. При обычных условиях очень химически активен.
  6. Самовоспламеняется на воздухе.
  7. Образуется при разложении фосфидов металлов.

Другое название – фосфан. С ним связаны истории из самой древности. Все дело в “блуждающих огнях”, которые иногда люди видели и видят сейчас на кладбищах, болотах. Шарообразные или свечеподобные огоньки, которые возникают то здесь, то там, создавая впечатление движения, считались плохим предзнаменованием и их очень боялись суеверные люди.

Причиной этого явления, по современным взглядам некоторых ученых, можно считать самовозгорание фосфина, который образуется естественным путем при разложении органических остатков, как растительных, так и животных. Газ выходит наружу и, соприкасаясь с кислородом воздуха, загорается. Цвет и размер пламени может варьироваться.

Чаще всего, это зеленоватые яркие огоньки.

Очевидно, что все летучие соединения фосфора – ядовитые вещества, которые легко обнаружить по резкому неприятному запаху. Этот признак помогает избежать отравления и неприятных последствий.

Соединения с неметаллами

Если фосфор ведет себя как восстановитель, то следует говорить о бинарных соединениях с неметаллами. Чаще всего именно они оказываются более электроотрицательными. Так, можно выделить несколько типов веществ подобного рода:

  • соединение фосфора и серы – сульфид фосфора P2S3;
  • хлорид фосфора III, V;
  • оксиды и ангидрид;
  • бромид и йодид и прочие.

Химия фосфора и его соединений разнообразна, поэтому сложно обозначить самые важные из них. Если же говорить конкретно о веществах, которые образуются их фосфора и неметаллов, то наибольшее значение имеют оксиды и хлориды разного состава. Они используются в химических синтезах как водоотнимающие средства, как катализаторы и так далее.

Так, одним из самых сильных осушающих средств является высший оксид фосфора – Р2О5. Он настолько сильно притягивает воду, что при прямом контакте с ней происходит бурная реакция с сильным шумовым сопровождением. Само по себе вещество представляет собой белую снегообразную массу, по агрегатному состоянию ближе к аморфному.

Кислородсодержащие органические соединения с фосфором

Известно, что органическая химия по численности соединений намного превосходит неорганическую. Это объясняется явлением изомерии и способностью атомов углерода формировать различного строения цепочки атомов, замыкаясь друг с другом.

Естественно, есть определенный порядок, то есть классификация, которой подчиняется вся органическая химия. Классы соединений разные, однако, нас интересует один конкретный, напрямую связанный с рассматриваемым элементом.

Это кислородсодержащие соединения с фосфором. К ним относятся:

  • коферменты – НАДФ, АТФ, ФМН, пиридоксальфосфат и другие;
  • белки;
  • нуклеиновые кислоты, так как остаток фосфорной кислоты входит в состав нуклеотида;
  • фосфолипиды и фосфопротеиды;
  • ферменты и катализаторы.

Вид иона, в котором фосфор участвует в образовании молекулы данных соединений, следующий – РО43-, то есть это кислотный остаток фосфорной кислоты. В состав некоторых белков он входит в виде свободного атома или простого иона.

Для нормальной жизнедеятельности каждого живого организма данный элемент и образуемые им органические соединения крайне важны и необходимы. Ведь без белковых молекул невозможно построение ни одной структурной части тела. А ДНК и РНК – главные носители и передатчики наследственной информации. В общем, все соединения должны присутствовать в обязательном порядке.

Применение фосфора в промышленности

Применение фосфора и его соединений в промышленности можно охарактеризовать в нескольких пунктах.

  1. Используют в производстве спичек, взрывчатых соединений, зажигательных бомб, некоторых видов топлива, смазочных материалов.
  2. Как поглотитель газов, а также при изготовлении ламп накаливания.
  3. Для защиты металлов от коррозии.
  4. В сельском хозяйстве в качестве удобрений почвы.
  5. Как средство для умягчения воды.
  6. В химических синтезах при производстве разных веществ.

Роль в живых организмах сводится к участию в процессах образования зубной эмали и костей. Участие в реакциях ана- и катаболизма, а также поддержание буферности внутренней среды клетки и биологических жидкостей. Является основой в синтезе ДНК, РНК, фосфолипидов.

Источник: http://fb.ru/article/201434/fosfor-i-ego-soedineniya-prakticheskoe-primenenie-soedineniy-fosfora

Фосфор и его соединения

Химические свойства фосфора

Элемент фосфор P, как и азот N, находится в главной подгруппе V группы периодической системы элементов, поэтому атомы этих элементов имеют одинаковое число валентных электронов, равное пяти. Однако как элемент 3-ого периода он существенно отличается от азота – элемента 2-ого периода.

15P 1s22s22p63s23p3

Ar = 30,9738

Один устойчивый изотоп 31Р, ЭО = 2,1

Кларк фосфора в земной коре 10,5 • 10-2 % по массе.

Наиболее важные минералы фосфора – апатит Са5(РO4)3Х (Х-фтор, реже хлор и гидроксильная группа) и фосфорит, основой которого является Са3(РO4)2

Важнейшие Р-содержащие неорганические вещества

P-3P0P+3P+5
PH3 фосфиналлотропные модификацииР2О3, (Р4О6)димер кислотный оксидР2О5, (Р4О10)димер кислотный оксид
МеxРy фосфидыфосфористые кислотыты: НРО2 мета-; Н3РО3 орто-. Соли-фосфитыфосфорные кислоты: НРО3 мета-; Н3РО4 орто-. Соли-фосфаты

Имеет молекулярное строение. Во всех фазовых состояниях содержит тетраэдрические молекулы Р4.

При обычной температуре – твердое вещество, нерастворимо в Н2О. Хорошо растворяется в сероуглероде. Очень ядовит.

Химически активен, светится в темноте.

Красный фосфор (Pкр.)

Неорганический полимер (-Р-Р-Р-Р)n. Открытые цепи и циклы.

Твердое вещество, нерастворимо в Н2О и в сероуглероде. Не ядовит.

Химически малоактивен. Не светится в темноте.

Черный фосфор (Рч)

Неорганический полимер. Сходен с графитом, но практически негорюч. Обладает электро- и теп лопроводностью.

Химические свойства и получение фосфора

Наибольшей химической активностью отличается белый фосфор, который окисляется кислородом воздуха уже при обычной температуре, что сопровождается выделением энергии в виде тепла и света. Возможно самовоспламенение фосфора на воздухе.

Красный фосфор проявляет те же химические свойства, что и белый, но реакции протекают с малыми скоростями.

Черный фосфор отличается низкой химической активностью.

Р – восстановитель:

Восстановительная функция фосфора проявляется в реакциях:

а) с простыми веществами, образованными более электроотрицательными неметаллами. При наличии избытка окислителя образуются соединения фосфора (V), при недостатке – соединения фосфора (III):

4Р + 5О2 = 2Р2О5; 4Р + 3О2 = 2Р2О3

2Р + 5Сl2 = 2PCl2; 2Р + ЗСl2 = 2РСl3

2Р + 5S = P2S5; 2Р + 3S = P2S3

б) со сложными веществами – сильными окислителями:

Р + 5HNО3(конц.) = Н3РО4 + 5NО2 + Н2О

ЗР + 5HNО3(разб.) + 2Н2О = ЗН3РО4 + 5NO

2Р + 5H2SО4(конц.) = 2Н3РО4 + 5SО2 + 2Н2О

8Р+ 10NО2 = 4P2О5 + 5N2

Р – окислитель:

1. Окислительная функция фосфора проявляется только в реакциях с активными металлами:

2Р + ЗСа = Са3Р2 фосфид кальция

Р + 3Na = Na3P фосфид натрия

2. С водородом фосфор при обычных условиях непосредственно не взаимодействует.

3. Диспропорционирование в щелочных растворах

4Р + ЗКОН + 3Н2О = RH3↑ + ЗКН2PО2 гипофосфит калия

8Р + ЗВа(ОН)2 + 6Н2О = 2PH3↑ + ЗВа(Н2PО2)2гипофосфит бария

Получение фосфора

Основным сырьем служат природные минералы, содержащие Са3(РО4)2 методом вакуум-термического восстановления получают фосфор в газообразном состоянии по реакции:

Са3(РО4)2 + 5С + 3SiО2 = 2P↑ + 5СО↑ + 3CaSiО3↓

Фосфин РН3

Аналог аммиака. При обычной температуре – бесцветный газ с характерным чесночным запахом, крайне ядовит. В отличие от аммиака, малорастворим в воде. Образует неустойчивые гидраты РН3 • Н2О. Катион фосфония РН4+ почти отсутствует в нейтральных водных растворах.

Способы получения

РН3 не может быть получен прямым синтезом из простых веществ.

Косвенные способы получения:

1. Взаимодействие фосфидов металлов с водой и кислотами:

Са3Р2 + 6Н2О = ЗСа(ОН)2 + 2РН3↑

Zn3P2 + 6HCl = 3ZnCl2 + 2PH3↑

2. Разложение солей фосфония

PH4I → HI + РН3

3. Взаимодействие фосфора со щелочами (см. выше)

Фосфиды МеxРy

Являются продуктами взаимодействия фосфора с металлами. Фосфиды щелочных и щелочноземельных Me имеют ионное строение, характерное для солей, но они очень неустойчивы, легко подвергаются необратимому гидролизу с образованием РН3 (см. выше).

Источник: http://examchemistry.com/content/lesson/neorgveshestva/fosfor.html

№15 Фосфор

Химические свойства фосфора

Палочки белого фосфора хранят и разрезают под водой. На свету они постепенно краснеют

Модель молекулы P4O10

Фосфор открыт гамбургским алхимиком Хеннингом Брандом в 1669 году, хотя существуют данные, что фосфор умели получать еще арабские алхимики в XII в.

Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать эликсир жизни или философский камень. При нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи он получил светящееся в темноте вещество, названное сначала “холодным огнём”. Вторичное название “фосфор” происходит от греческих слов “фос” – свет и “феро” – несу.

То, что фосфор – простое вещество, доказал Лавуазье.

Нахождение в природе, получение:

Фосфор – один из самых распространённых элементов земной коры, его содержание составляет 0,08-0,09 % её массы. В свободном состоянии не встречается из-за высокой химической активности. Образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca5(PO4)3F, фосфорит Ca3(PO4)2 и другие.

Фосфор содержится во всех частях зелёных растений, ещё больше его в плодах и семенах. Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ), является элементом жизни.

Фосфор получают из апатитов или фосфоритов в результате взаимодействия с коксом и песком при температуре 1500°С:
2Ca3(PO4)2 + 10C + 6SiO2 = 4P + 10CO + 6CaSiO3

Образующиеся пары белого фосфора конденсируются в приёмнике под водой. Вместо фосфоритов восстановлению можно подвергнуть и другие соединения, например, метафосфорную кислоту:

4HPO3 + 12C = 4P + 2H2 + 12CO

Физические свойства:

Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропных модификаций; вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решён. Обычно выделяют четыре модификации простого вещества – белую, красную (см. рис.), черную и металлический фосфор.

Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные являются разновидностью указанных четырёх. В обычных условиях существует только три аллотропных модификации фосфора.
Белый фосфор, фосфор в жидком и растворенном состоянии, а также в парах до 800°С состоит из молекул P4.

При нагревании выше 800 °С молекулы диссоциируют: P4 = 2P2. При температуре выше 2000°С молекулы распадаются на атомы.
Красный фосфор имеет формулу (Р4)n и представляет собой полимер со сложной структурой, имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, растворим в расплавленных металлах (Bi, Pb).

Чёрный фосфор — это наиболее стабильная форма, вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и весьма похожее на графит, нерастворимое в воде или органических растворителях, полупроводник.

Химические свойства:

Химические свойства фосфора во многом определяются его аллотропной модификацией. Белый фосфор очень активен, в процессе перехода к красному и чёрному фосфору химическая активность резко снижается.

Белый фосфор на воздухе светится в темноте, свечение обусловлено окислением паров фосфора до низших оксидов.
При горении белого фосфора образуется фосфорный ангидрид. Фосфор взаимодействует с галогенами и серой, азотной кислотой, со щелочами.

Может быть как восстановителем, так и окислителем

Важнейшие соединения:

Оксид фосфора(V), P2O5 или фосфорный ангидрид – белое кристаллическое вещество. Реальный состав молекулы оксида фосфора (V) соответствует формуле P4O10.

Фосфорный ангидрид жадно поглощает воду, при этом в зависимости от соотношения числа молекул воды и оксида фосфора (V) P2O5 образуется несколько типов фосфорных кислот: мета- и ортофосфорная, дифосфорная, а также большая группа полифосфорных кислот. Сила полифосфорных кислот возрастает с увеличением числа атомов фосфора.

При взаимодействии P2O5 с водой при обычных условиях получается метафосфорная кислота НРO3:
P4O10 + 2H2O = 4НРO3
а при нагревании водного раствора метафосфорной кислоты образуется ортофосфорная кислота H3PO4:
НРO3 + H2O = H3PO4
Оксид фосфора(III), P2O3 – бесцветное, кристаллическое, очень ядовитое вещество с неприятным запахом, Тпл 23,8° С.

По аналогии с оксидом фосфора (V) образует молекулы P4O6. С водой образует фосфористые кислоты.
Ортофосфористая кислота, H3PO3 – слабая двухосновная кислота, сильный восстановитель. Ее особенность – только два атома водорода способны замещаться на металл, соли называются фосфитами.

При нагревании ее в водном растворе выделяется водород:
H3PO3 + H2O = H3PO4 + H2
Фосфиновая кислота, (устар. фосфорноватистая) H3PO2, бесцветные кристаллы, расплывающиеся на воздухе и хорошо растворимые в воде, Тпл 26,5° С. В промышленности получается при кипячении белого фосфора с водной суспензией шлама Ca(OH)2 или Ba(OH)2.

Образовавшийся гипофосфит кальция обрабатывают сульфатом натрия или раствором серной кислоты с целью получения гипофосфита натрия или свободной кислоты.
Трихлорид фосфора, PCl3 – жидкость с резким неприятным запахом, дымящая на воздухе. Ткип 75,3° С, Тпл -40,5° С. В промышленности его получают пропусканием сухого хлора через суспензию красного фосфора в PCl3.

Пентахлорид фосфора, PCl5 – светло-желтое с зеленоватым оттенком кристаллическое вещество с неприятным запахом. Кристаллы имеют ионное строение [PCl4+][PCl6-]. Твозг 159° С. Получается при взаимодействии PCl3 с хлором или S2Cl2:3PCl3 + S2Cl2 = PCl5 + 2PSCl3.

Водородные соединения: фосфористый водород РН3 (фосфин) бесцветный газ с характерным запахом чеснока, обычно в качестве примеси он содержит следы более активного дифосфина (P2H4) и поэтому самовоспламеняется на воздухе при комнатной температуре. Получение: 4Р + 3КОН + 3Н2O = РН3 + 3КН2РO2При этом способе получения кроме газообразного фосфористого водорода образуется также жидкий фосфористый водород, газообразный водород и кислый гипофосфит калия по уравнениям:

6Р+4КОН + 4Н2O = Р2Н4 + 4КН2РO2

2Р + 2КОН + 2Н2O = Н2 + 2КН2РO2

Применение:

В настоящее время в спичках белый фосфор не используется (хотя красный до сих пор входит в состав обмазки спичечного коробка), зато соединения фосфора имеют огромное значение в производстве удобрений, ядохимикатов и полупроводниковых соединений. Белый фосфор ядовит, смертельная доза для человека составляет примерно 0,2 грамма. …

Семенова Н.В.
ХФ ТюмГУ, 561 группа.

Источники: http://ru.wikipedia.org/wiki/Фосфор

КонТрен – Химия для школьников, студентов, учителей …подготовка к экзаменам и олимпиадам

   

Источник: http://www.kontren.narod.ru/x_el/info15.htm

Фосфор: строение атома, химические и физические свойства

Химические свойства фосфора

1001student.ru > Химия > Фосфор: строение атома, химические и физические свойства

Фосфор (Р) — элемент VA группы, которую составляют также азот, сурьма, мышьяк, висмут. Название, происходящее от греческих слов, означает в переводе «несущий свет».

В природе фосфор встречается только в связанном виде. Основные минералы, содержащие фосфор: апатиты — хлорапатит 3Ca3(PO4)2*Ca(Cl)2 или фторапатит 3Ca3(PO4)2*Ca (F)2 и фосфорит 3Ca3(PO4)2*Ca(OH)2. в земной коре — примерно 0,12 массовых %.

  • История открытия
  • Общая характеристика элемента
  • Физические свойства
  • Химические свойства
  • Соединения фосфора
  • Способ получения
  • Области применения

Фосфор является жизненно важным элементом. Его биологическую роль сложно переоценить, ведь он входит в состав таких важных соединений, как белки и аденозинтрифосфат (АТФ), содержится в тканях животных (например, фосфорные соединения отвечают за сокращения мышечной ткани, а содержащийся в костях фосфат кальция обеспечивает прочность скелета), содержится он также и в тканях растений.

История открытия

Открыть фосфор в химии удалось во второй половине XVII века. Чудотворный носитель света (лат. phosphorus mirabilis), как было названо вещество, получалось из человеческой мочи, кипячение которой приводило к получению из жидкой субстанции воскоподобного светящегося в темноте вещества.

Общая характеристика элемента

Общая электронная конфигурация валентного уровня атомов элементов VA группы ns2np3. В соответствии со строением внешнего уровня в соединения элементы этой группы входят в степенях окисления +3 или +5 (главная, особенно устойчивая степень окисления фосфора), однако фосфор может иметь и другие степени окисления, например, отрицательную -3 или +1.

Электронная конфигурация атома фосфора 1s22s22p63s23p3. Радиус атома 0,130 нм, электроотрицательность 2,1, относительная атомная (молярная) масса 31.

Физические свойства

Фосфор в виде простого вещества существует в виде аллотропных модификаций. Самыми устойчивыми аллотропными модификациями фосфора являются так называемые белый, чёрный и красный фосфор.

  • Белый (формулу можно записать как P4)

Молекулярная кристаллическая решётка вещества состоит из четырёхатомных тетраэдрических молекул. Химическая связь в молекулах белого фосфора — ковалентная неполярная.

Основные свойства данного чрезвычайно активного вещества:

  • быстрое окисление на воздухе с проявлением хемилюминесценции (способности светиться в темноте в результате химической реакции),
  • нерастворимость в воде,
  • переход в красный P при нагревании до 250−300°С в безвоздушной среде,
  • переход в чёрный P при температуре 200°C и высоком давлении,
  • растворимость в органических растворителях, например, CS2.

Белый P является сильнейшим смертельным ядом.

Жёлтым называют неочищенный белый фосфор. Это ядовитое и пожароопасное вещество.

Вещество, представляющее собой большое количество атомов P, которые связаны в цепи сложной структуры, является так называемым неорганическим полимером.

Свойства красного фосфора резко отличаются от свойств белого P: не обладает свойством хемилюминесценции, растворить его удаётся лишь в некоторых расплавленных металлах.

На воздухе, вплоть до температуры 240—250°С, не воспламеняется, но способен к самовоспламенению при трении или ударе. В воде, бензоле, сероуглероде и других веществах это вещество не растворяется, но растворим в трибромиде фосфора, окисляется на воздухе. Не ядовит. В присутствии влаги воздуха постепенно окисляется, образуя оксид.

Также, как и белый, переходит при нагревании до 200°C и под очень высоким давлением в чёрный P.

Вещество представляет собой также неорганический полимер, имеющий слоистую атомную кристаллическую решётку и является наиболее устойчивой модификацией.

Чёрный P — вещество по внешнему виду напоминающее графит. Совершенно нерастворим в воде и органических растворителях. Поджечь его можно, только раскалив до 400°C в атмосфере чистого кислорода. Чёрный P проводит электрический ток.

Таблица физических свойств

Белый/жёлтыйКрасныйЧёрный
Агрегатное состояниеТвёрдое кристаллическое веществоТвёрдое вещество, порошокТвёрдое кристаллическое вещество
Растворимость в воденерастворимнерастворимнерастворим
Плотность, г/см31,82,22,7
Температура плавления, °С44260280
Токсичностьсильный ядне ядовитне ядовит

Соединения фосфора

Рассмотрим характеристики соединений фосфора:

  • Фосфин — РН3 — газ при комнатной температуре, но уже при небольшом повышении температуры разлагается. Растворим в органических растворителях, но мало растворим в воде. По химическим свойствам — восстановитель. Ядовит. Практического значения это вещество не имеет.
  • Оксиды — наиболее стабильным оксидом является фосфорный ангидрид — оксид фосфора V (P2O5). Кристаллическое вещество является очень гигроскопичным и активно используется как осушающий агент. В зависимости от условий при взаимодействии с водой образует либо метафосфорную (НРО3), либо ортофосфорную (Н3РО4), либо пирофосфорную (Н4Р2О7) кислоты. Оксид фосфора III неустойчив. Взаимодействие с водой приводит к образованию фосфорноватистой кислоты (Н3РО3).
  • Кислоты разделяют на фосфорные (содержащие атом фосфора в степени окисления +5) — ортофосфорная (Н3РО4), пирофосфорная (Н4Р2О7), метафосфорная (НРО3) и низшие фосфорнокислые кислоты — фосфористая (Н3РО3), фосфорноватистая (Н3РО2).
  • Галогениды — хлориды фосфора — широко используемые вещества в органическом синтезе в качестве хлорирующих агентов.

Способ получения

В промышленности Р получают из природных ортофосфатов при температуре 800–1000°С без доступа воздуха с применением кокса и песка:

Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = 3CaSiO3 + 5CO↑ + 2P↑

Получающийся пар конденсируется при охлаждении в белый Р.

В лаборатории для получения Р особой чистоты используют фосфин и тирхлорид фосфора:

2РН3 + 2РCl3 = P4 + 6HCl

Области применения

В основном Р расходуется для производства ортофосфорной кислоты, которую используют в органическом синтезе, в медицине, а также для получения моющих средств, из её солей получают удобрения.

h2po3-такого соединения нет

Источник: https://1001student.ru/himiya/fosfor-stroenie-atoma-himicheskie-i-fizicheskie-svojstva.html

Фосфор и его соединения (стр. 1 из 3)

Химические свойства фосфора

Фосфор и его соединения

Реферат

Введение

Глава I. Фосфор как элемент и как простое вещество

1.1. Фосфор в природе

1.2. Физические свойства

1.3. Химические свойства

1.4. Получение

1.5. Применение

Глава II. Соединения фосфора

2.1. Оксиды

2.2. Кислоты и их соли

2.3. Фосфин

Глава III. Фосфорные удобрения

Заключение

Библиографический список

Введение

Фосфор (лат. Phosphorus) P – химический элемент V группы периодической системы Менделеева атомный номер 15, атомная масса 30,973762(4). Рассмотрим строение атома фосфора. На наружном энергетическом уровне атома фосфора находятся пять электронов. Графически это выглядит так:

1s22s22p63s23p33d0

В 1699 г. гамбургский алхимик X. Бранд в поисках «философского камня», якобы способного превратить неблагородные металлы в золото, при выпаривании мочи с углём и песком выделил белое воскообразное вещество, способное светиться.

Название «фосфор» происходит от греч. «phos» – свет и «phoros» – несущий. В России термин «фосфор» введён в 1746 г. М.В. Ломоносовым.

К основным соединениям фосфора относят оксиды, кислоты и их соли (фосфаты, дигидрофосфаты, гидрофосфаты, фосфиды, фосфиты).

Очень много веществ, содержащих фосфор, содержатся в удобрениях. Такие удобрения называют фосфорными.

Глава I Фосфор как элемент и как простое вещество

1.1 Фосфор в природе

Фосфор относится к числу распространенных элементов. Общее содержание в земной коре составляет около 0,08%. Вследствие лёгкой окисляемости фосфор в природе встречается только в виде соединений.

Главными минералами фосфора являются фосфориты и апатиты, из последних наиболее распространён фторапатит 3Ca3(PO4)2 • CaF2. Фосфориты широко распространены на Урале, в Поволжье, Сибири, Казахстане, Эстонии, Беларуси.

Самые большие залежи апатитов находятся на Кольском полуострове.

Фосфор – необходимый элемент живых организмов. Он присутствует в костях, мышцах, в мозговой ткани и нервах. Из фосфора построены молекулы АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ – собиратель и носитель энергии). В организме взрослого человека содержится в среднем около 4,5 кг фосфора, в основном в соединении с кальцием.

Фосфор содержится также в растениях.

Природный фосфор состоит лишь из одного стабильного изотопа 31Р. В наши дни известно шесть радиоактивных изотопов фосфора.

1.2 Физические свойства

Фосфор имеет несколько аллотропных модификаций – белый, красный, чёрный, коричневый, фиолетовый фосфор и др. Первые три из названных наиболее изучены.

Белый фосфор – бесцветное, с желтоватым оттенком кристаллическое вещество, светящееся в темноте. Его плотность 1,83 г/см3. Не растворяется в воде, хорошо растворяется в сероуглероде. Имеет характерный чесночный запах.

Температура плавления 44°С, температура самовоспламенения 40°С. Чтобы защитить белый фосфор от окисления, его хранят под водой в темноте (на свету идёт превращение в красный фосфор).

На холоде белый фосфор хрупок, при температурах выше 15°С становится мягким и режется ножом.

Молекулы белого фосфора имеют кристаллическую решётку, в узлах которой находятся молекулы Р4, имеющие форму тетраэдра.

Каждый атом фосфора связан тремя σ-связями с другими тремя атомами.

Белый фосфор ядовит и даёт труднозаживающие ожоги.

Красный фосфор – порошкообразное вещество тёмно-красного цвета без запаха, в воде и сероуглероде не растворяется, не светится. Температура воспламенения 260°С, плотность 2,3 г/см3. Красный фосфор представляет собой смесь нескольких аллотропных модификаций, отличающихся цветом (от алого до фиолетового). Свойства красного фосфора зависят от условий его получения. Не ядовит.

Чёрный фосфор по внешнему виду похож на графит, жирный на ощупь, обладает полупроводниковыми свойствами. Плотность 2,7 г/см3.

Красный и чёрный фосфоры имеют атомную кристаллическую решётку.

1.3 Химические свойства

Фосфор – неметалл. В соединениях он обычно проявляет степень окисления +5, реже – +3 и –3 (только в фосфидах).

Реакции с белым фосфором идут легче, чем с красным.

I. Взаимодействие с простыми веществами.

1. Взаимодействие с галогенами:

2P + 3Cl2 = 2PCl3 (хлорид фосфора (III)),

PCl3 + Cl2 = PCl5 (хлорид фосфора (V)).

2. Взаимодействие с нематаллами:

2P + 3S = P2S3 (сульфид фосфора (III).

3. Взаимодействие с металлами:

2P + 3Ca = Ca3P2 (фосфид кальция).

4. Взаимодействие с кислородом:

4P + 5O2 = 2P2O5 (оксид фосфора (V), фосфорный ангидрид).

II. Взаимодействие со сложными веществами.

3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO↑.

1.4 Получение

Фосфор получают из измельченных фосфоритов и апатитов, последние смешиваются с углем и песком и прокаливаются в печах при 1500°С:

2Ca3(PO4)2 + 10C + 6SiO2 6CaSiO3 + P4↑ + 10CO↑.

Фосфор выделяется в виде паров, которые конденсируются в приёмнике под водой, при этом образуется белый фосфор.

При нагревании до 250-300°С без доступа воздуха белый фосфор превращается в красный.

Чёрный фосфор получается при длительном нагревании белого фосфора при очень большом давлении (200°С и 1200 МПа).

1.5 Применение

Красный фосфор применяется при изготовлении спичек (см. рисунок). Он входит в состав смеси, наносимой на боковую поверхность спичечного коробка.

Основным компонентом состава головки спички является бертолетова соль KClO3. От трения головки спички о намазку коробка частицы фосфора на воздухе воспламеняются.

В результате реакции окисления фосфора выделяется тепло, приводящее к разложению бертолетовой соли.

KClO3 KCl + .

Образующийся кислород способствует воспламенению головки спички.

Фосфор используют в металлургии. Он применяется для получения проводников и входит в состав некоторых металлических материалов, например оловянных бронз.

Также фосфор используют при производстве фосфорной кислоты и ядохимикатов (дихлофос, хлорофос и др.).

Белый фосфор используют для создания дымовых завес, так как при его горении образуется белый дым.

Глава II. Соединения фосфора

2.1 Оксиды

Фосфор образует несколько оксидов. Важнейшими из них являются оксид фосфора (V) P4O10 и оксид фосфора (III) P4O6. Часто их формулы пишут в упрощённом виде – P2O5 и P2O3. В структуре этих оксидов сохраняется тетраэдрическое расположение атомов фосфора.

Оксид фосфора (III) P4O6 – воскообразная кристаллическая масса, плавящаяся при 22,5°С и превращающаяся при этом в бесцветную жидкость. Ядовит.

При растворении в холодной воде образует фосфористую кислоту:

P4O6 + 6H2O = 4H3PO3,

а при реакции со щелочами – соответствующие соли (фосфиты).

Сильный восстановитель. При взаимодействии с кислородом окисляется до Р4О10.

Оксид фосфора (III) получается окислением белого фосфора при недостатке кислорода.

Оксид фосфора (V) P4O10 – белый кристаллический порошок. Температура возгонки 36°С. Имеет несколько модификаций, одна из которых (так называемая летучая) имеет состав Р4О10.

Кристаллическая решётка этой модификации слагается из молекул Р4О10, связанных между собой слабыми межмолекулярными силами, легко разрывающимися при нагревании. Отсюда и летучесть этой разновидности. Другие модификации полимерны.

Они образованы бесконечными слоями тетраэдров РО4.

При взаимодействии Р4О10 с водой образуется фосфорная кислота:

P4O10 + 6H2O = 4H3PO4.

Будучи кислотным оксидом, Р4О10 вступает в реакции с основными оксидами и гидроксидами.

Образуется при высокотемпературном окислении фосфора в избытке кислорода (сухого воздуха).

Благодаря исключительной гигроскопичности оксид фосфора (V) используется в лабораторной и промышленной технике в качестве осушающего и дегидратируюшего средства. По своему осушающему действию он превосходит все остальные вещества. От безводной хлорной кислоты отнимает химически связанную воду с образованием её ангидрида:

4HClO4 + P4O10 = (HPO3)4 + 2Cl2O7.

2.2 Кислоты и их соли

а) Фосфористая кислота H3PO3. Безводная фосфористая кислота Н3РО3 образует кристаллы плотностью 1,65 г/см3, плавящиеся при 74°С.

Структурная формула:

.

При нагревании безводной Н3РО3 происходит реакция диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления):

4H3PO3 = PH3↑ + 3H3PO4.

Соли фосфористой кислоты – фосфиты. Например, K3PO3 (фосфит калия) или Mg3(PO3)2 (фосфит магния).

Фосфористую кислоту Н3РО3 получают растворением в воде оксида фосфора (III) или гидролизом хлорида фосфора (III) РCl3:

РCl3 + 3H2O = H3PO3 + 3HCl↑.

б) Фосфорная кислота (ортофосфорная кислота) H3PO4.

Безводная фосфорная кислота представляет собой светлые прозрачные кристаллы, при комнатной температуре расплывающиеся на воздухе. Температура плавления 42,35°С. С водой фосфорная кислота образует растворы любых концентраций.

Источник: http://MirZnanii.com/a/325547/fosfor-i-ego-soedineniya

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть