Фосфор и его соединения

Свойства химического элемента фосфора

Хи­ми­че­ский эле­мент фос­фор рас­по­ло­жен в тре­тьем пе­ри­о­де ПСХЭ, в VА груп­пе. По­это­му в атоме фос­фо­ра на внеш­нем элек­трон­ном слое на­хо­дит­ся 5 элек­тро­нов. Ра­ди­ус атома фос­фо­ра боль­ше, чем у азота, т. к. число элек­трон­ных слоев боль­ше. Зна­чит, внеш­ние элек­тро­ны ядро атома фос­фо­ра будет при­тя­ги­вать к себе сла­бее, чем ядро атома азота. И от­но­си­тель­ная элек­тро­от­ри­ца­тель­ность фос­фо­ра будет мень­ше, чем от­но­си­тель­ная элек­тро­от­ри­ца­тель­ность азота.

Фос­фор может про­яв­лять сте­пе­ни окис­ле­ния -3 (на­при­мер, в фос­фине РН3), 0 (в про­стом ве­ще­стве Р4), +3 (в ок­си­де фос­фо­ра Р2О3) и +5 (в ор­то­фос­фор­ной кис­ло­те Н3РО4).

Нахождение в природе и аллотропные модификации фосфора

В от­ли­чие от со­сед­не­го эле­мен­та по груп­пе, азота, фос­фор в при­ро­де в сво­бод­ном виде не встре­ча­ет­ся, по­сколь­ку хи­ми­че­ски го­раз­до более ак­ти­вен. В при­ро­де эле­мент фос­фор до­ста­точ­но рас­про­стра­нен, мас­со­вая доля фос­фо­ра в зем­ной коре со­став­ля­ет 0,09 % (т. е. за­ни­ма­ет 12-е место по рас­про­стра­нен­но­сти). Важ­ней­шие ми­не­ра­лы фос­фо­ра – апа­тит и фос­фо­рит, ос­но­ву ко­то­рых со­став­ля­ет фос­фат каль­ция (рис. 1).

Ми­не­ра­лы, со­дер­жа­щие фос­фор: а – апа­тит, б – фос­фо­рит

Рис. 1. Ми­не­ра­лы, со­дер­жа­щие фос­фор: а – апа­тит, б – фос­фо­рит

Фос­фор об­ра­зу­ет несколь­ко ал­ло­троп­ных мо­ди­фи­ка­ций, важ­ней­ши­ми из ко­то­рых яв­ля­ют­ся белый фос­фор, крас­ный фос­фор и чер­ный фос­фор (рис. 2).

Ал­ло­троп­ные мо­ди­фи­ка­ции фос­фо­ра: белый фос­форАл­ло­троп­ные мо­ди­фи­ка­ции фос­фо­ра: крас­ный фос­фор

Рис. 2. Ал­ло­троп­ные мо­ди­фи­ка­ции фос­фо­ра: белый (слева) и крас­ный (спра­ва) фос­фор

Свойства простых веществ, образованных фосфором

Срав­ним стро­е­ние и свой­ства пе­ре­чис­лен­ных про­стых ве­ществ.

Белый фос­фор – мяг­кое во­ско­по­доб­ное ве­ще­ство бе­ло­го или свет­ло-жел­то­го цвета. Это про­стое ве­ще­ство имеет мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние. В узлах кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки бе­ло­го фос­фо­ра на­хо­дят­ся мо­ле­ку­лы со­ста­ва Р4. Эта ал­ло­троп­ная мо­ди­фи­ка­ция самая хи­ми­че­ски ак­тив­ная. Уже при 50°С белый фос­фор са­мо­вос­пла­ме­ня­ет­ся на воз­ду­хе. При ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре он окис­ля­ет­ся кис­ло­ро­дом воз­ду­ха, в ре­зуль­та­те чего вы­де­ля­ет­ся энер­гия в виде света. Белый фос­фор – силь­ный яд.

Крас­ный фос­фор встре­чал­ся всем вам в по­все­днев­ной жизни. Он вхо­дит в со­став на­маз­ки спи­чеч­ных ко­роб­ков и спи­чеч­ных го­ло­вок, при­да­вая им крас­ный цвет.

Крас­ный фос­фор об­ра­зу­ет атом­ную кри­стал­ли­че­скую струк­ту­ру и яв­ля­ет­ся неор­га­ни­че­ским по­ли­ме­ром. Он хи­ми­че­ски менее ак­ти­вен, чем белый фос­фор. Эта ал­ло­троп­ная мо­ди­фи­ка­ция не ядо­ви­та. При про­ка­ли­ва­нии без до­сту­па воз­ду­ха крас­ный фос­фор пе­ре­хо­дит в га­зо­об­раз­ное со­сто­я­ние, охла­жде­ние при­во­дит к кон­ден­са­ции паров. В ре­зуль­та­те об­ра­зу­ет­ся белый фос­фор.

Чер­ный фос­фор тоже по­ли­мер, не ядо­вит, имеет сло­и­стую атом­ную кри­стал­ли­че­скую ре­шет­ку, на­по­ми­на­ю­щую кри­стал­ли­че­скую ре­шет­ку гра­фи­та. Чер­ный фос­фор об­ла­да­ет элек­три­че­ской про­во­ди­мо­стью, его хи­ми­че­ская ак­тив­ность мень­ше, чем у бе­ло­го фос­фо­ра.

При го­ре­нии фос­фо­ра об­ра­зу­ет­ся оксид фос­фо­ра (V):

4Р + 5О2 = 2Р2О5

При недо­стат­ке кис­ло­ро­да может об­ра­зо­вать­ся дру­гой оксид – оксид фос­фо­ра(III) – Р2О3, ко­то­рый по­сте­пен­но окис­ля­ет­ся на воз­ду­хе.

Еще одним важ­ным свой­ством фос­фо­ра как ти­пич­но­го неме­тал­ла яв­ля­ет­ся вза­и­мо­дей­ствие с ме­тал­ла­ми с об­ра­зо­ва­ни­ем фос­фи­дов.

На­при­мер, крас­ный фос­фор при на­гре­ва­нии вза­и­мо­дей­ству­ет с ак­тив­ны­ми ме­тал­ла­ми. Сме­ша­ем опил­ки каль­ция с по­рош­ком крас­но­го фос­фо­ра. По­ме­стим смесь в стек­лян­ную труб­ку. На­гре­ем смесь. Вза­и­мо­дей­ствие фос­фо­ра с каль­ци­ем со­про­вож­да­ет­ся вспыш­ка­ми. Часть крас­но­го фос­фо­ра при на­гре­ва­нии и от теп­ло­ты про­те­ка­ю­щей ре­ак­ции пре­вра­ща­ет­ся в белый фос­фор. Пары бе­ло­го фос­фо­ра за­го­ра­ют­ся при вы­хо­де из труб­ки.

В ре­зуль­та­те ре­ак­ции каль­ция с крас­ным фос­фо­ром об­ра­зу­ет­ся фос­фид каль­ция – твер­дое ве­ще­ство свет­ло-ко­рич­не­во­го цвета.

3Ca + 2P = Ca3P2

Соединения фосфора

Рас­смот­рим свой­ства ос­нов­ных со­еди­не­ний фос­фо­ра, в ко­то­рых он про­яв­ля­ет сте­пень окис­ле­ния +5. Оксид фос­фо­ра (V) вам уже хо­ро­шо зна­ком. Это белый по­ро­шок, рас­плы­ва­ю­щий­ся на воз­ду­хе вслед­ствие по­гло­ще­ния паров воды. По­это­му его ис­поль­зу­ют для очист­ки ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний от сле­дов воды.

При рас­тво­ре­нии в воде ок­си­да фос­фо­ра (V) об­ра­зу­ет­ся фос­фор­ная кис­ло­та. При этом сна­ча­ла об­ра­зу­ет­ся ме­та­фос­фор­ная кис­ло­та, после ки­пя­че­ния смеси – ор­то­фос­фор­ная:

P2O5 + H2O = 2HPO3

HPO3 + H2O = H3PO4

Ор­то­фос­фор­ная кис­ло­та пред­став­ля­ет собой белое кри­стал­ли­че­ское ве­ще­ство. В воде она сту­пен­ча­то дис­со­ци­и­ру­ет:

В за­ви­си­мо­сти от числа ато­мов во­до­ро­да, ко­то­рые ней­тра­ли­зу­ют­ся ще­ло­чью, ор­то­фос­фор­ная кис­ло­та может об­ра­зо­вать три вида солей: ди­гид­ро­фос­фа­ты (на­при­мер, ди­гид­ро­фос­фат на­трия NaH2PO4), гид­ро­фос­фа­ты (на­при­мер, гид­ро­фос­фат калия K2HPO4) и ор­то­фос­фа­ты (на­при­мер, фос­фат каль­ция Ca3(PO4)2).

Фос­фор­ная кис­ло­та яв­ля­ет­ся кис­ло­той сред­ней силы, и для нее ха­рак­тер­ны все общие свой­ства кис­лот. Сла­бые рас­тво­ры ор­то­фос­фор­ной кис­ло­ты до­бав­ля­ют в раз­лич­ные на­пит­ки.

Фос­фор­ная кис­ло­та яв­ля­ет­ся сы­рьем для про­из­вод­ства ми­не­раль­ных удоб­ре­ний: фос­фор­ных и ком­плекс­ных. При­ме­ром фос­фор­но­го удоб­ре­ния может слу­жить двой­ной су­пер­фос­фат Са(Н2РО4)2. А одним из ком­плекс­ных удоб­ре­ний яв­ля­ет­ся ам­мо­фос­ка – со­дер­жит так необ­хо­ди­мые рас­те­нию азот, фос­фор и калий. 

Последнее изменение: Пятница, 20 Октябрь 2017, 01:05