Фосфор это химический элемент, простое вещество, микроэлемент, который представляет собой символ (P) и имеет атомный номер фосфора 15.
Он существует в двух основных формах: красный фосфор и белый фосфор.
Он обладает высокой реактивной способностью по своей природе; поэтому он никогда не встречается на земле в качестве свободного элемента.
В земной коре его концентрация составляет около одного грамма на килограмм.
Фосфор обычно известен как ‘фосфат’ в минералах большое количество применяется в производстве спичек, фосфорных удобрений, получение некоторых видов сталей.
Как микроэлемент играет большую роль в живом и растительном мире.
(Phosphorus; от греч. — светоносный), Р — химический элемент 15-й группы (устаревшая классификация: главной подгруппы пятой группы, VA) третьего периода периодической системы элементов; ат. н. 15, ат. м. 30,97376.
В соединениях проявляет степени окисления —3, —2, +3, +4 и + 5; из них наиболее характерны —3, +3 и +5. Состоит из стабильного изотопа 31 Р.
Важнейший из искусственных — изотоп 32Р с периодом полураспада 14,22 дня.
Фосфор открыл (1669) гамбургский алхимик X. Брандт, хотя сведения о фосфоре еще в 12 в. получил араб, алхимик Алхид Бехил.
Хенниг был немецким торговцем, чьим хобби была алхимия. Он дал отстояться примерно 50 ведрам мочи, пока они не очистились и не развели червей.
Таким образом, Бранд обнаружил, что элементарный фосфор извлекается из смеси путем кипячения мочи в пасту, а затем нагревания ее с песком.
Он сообщил о своем открытии и демонстрации в письме, а также о способности элемента светиться в темноте, иначе известной как «Фосфоресцирование», которая вызвала общественный интерес.
Спустя столетие оказалось, что фосфор входит в состав костей.
Фосфорная кислота это расщепление костей серной и азотной кислотами, из которых фосфор отгоняется путем нагревания древесного угля.
В 18 в. швед, химик К. Шееле впервые указал на фосфориты как на богатый источник фосфора, предложив и методы его получения.
Применение фосфора связано с развитием спичечного производства. Фосфор относится к весьма распространенным элементам: на него приходится 0,04% от общего числа атомов земной коры.
Скопления фосфора встречаются в основном в виде апатита Са5Х(РО4)3 (X — фтор, реже хлор или гидроксильная группа) и залежей фосфоритов, основой к-рых является Са3(РО4)2.
При конденсации пара фосфор в жидкость и ее затвердевании образуется белый (или желтый) фосфор., к-рый по внешнему виду и консистенции подобен парафину и является наиболее химически активной формой элемента.
Белый фосфор существует в двух кристаллических модификациях:
1. Высокотемпературной альфа-форме (кубические кристаллы, а = 18,5 А; плотность 1,828 г/см3; tпл 44,1° С; теплоемкость 0,1776 кал/г х град.
Удельное электрическое сопротивление 10 11 ом-см; удельная магнитная восприимчивость 0,86 х 10 э.м.е./г; теплота сублимации 13,4 ккал/моль Р4)
2. Низкотемпературной бета-форме (плотность 1,88 г/см3; стабильна при т-ре ниже —76,9° С и давлении 1 ат).
Кроме белого фосфора, известно еще несколько модификаций, например формы красного фосфора (красный I — аморфный; красный IV — тотра- или гексагональные кристаллы; красный V — триклинные кристаллы; теплота сублимации этих форм соответственно 19,7; 28,0 и 28,8 ккал/моль Р4).
Плотность красного фосфора в зависимости от метода получения 2,0 -г- 2,4 г/см; т-ра сублимации при давлении 1 ат равна 429° С.
Фиолетовый фосфор образуется при нагревании белого фосфора под давлением 500 ат; у него полимерная структура из связанных между собой группировок Р4 и Р8 и плотность 2,34 г/см3.
Черный фосфор получают нагреванием белого при т-ре 220° С под давлением 12 000 ат. Он внешне похож на графит, у него слоистая структура, кристаллы ромбической системы с периодами решетки а = 3,31 А, b = 4,38 А и с = 10,5 А; в элементарной ячейке содержится восемь атомов.
Плотность черного Ф. 2,69 г/см3, плотность его аморфной разновидности 2,25 г/см3. Черный фосфор сравнительно хороший проводник: при т-ре 0° С его электрическое сопротивление 0,711 ом-см.
Жидкий фосфор при давлении 1 ат кипит при т-ре 280,5° С; критические параметры: т-ра 695° С и давление 82,2 ат; электропроводность (т-ра 45° С) 10-7 ом-1 х см ; диэлектрическая проницаемость при той же т-ре 3,85.
Парообразный фосфор состоит из тетраэдрических молекул Р4. Фосфор легко соединяется с кислородом, галогенами, серой и мн. металлами, образуя фосфиды (Mg3P2, Са3Р2 и др.).
Электронная конфигурация фосфора: [Ne] 3s2 3p3, полная электронная конфигурация фосфора: 1s22s22p63s23p3
Химические свойства — это характеристики, которые определяют их реакцию с другим веществом или его способность переходить из одного элемента в другой. Только во время химической реакции наблюдаются химические свойства.
Большая часть химической активности приходится на белый фосфор
Красный и черный фосфор пассивны в химической реакции
В результате цепной реакции происходит окисление белого фосфора
Сочетается непосредственно со всеми галогенами
Фосфор образует фосфиды при нагревании с металлом
Основным сырьем для получения фосфора и его соединений служат фосфориты и апатиты. Вначале измельченную руду смешивают с коксом (восстановителем) и кремнеземом SiО2.
Он связывает в шлак содержащийся в руде кальций. Затем шихту загружают в закрытые электрические руднотермические печи, где при т-ре 1500° С протекает реакция:
2Са3 (РО4)2 + 6SiО2 + 10С = Р4 + 6CaSiО3 + 10СО
Сконденсированный из предварительно очищенного печного газа фосфор используют для получения термической фосфорной к-ты, частично он является готовой продукцией.
При взаимодействии фосфорной к-ты с фосфоритной мукой (с добавлением известняка) получают кормовой монокальцийфосфат, а при взаимодействии ее с аммиаком — диаммонийфосфат.
Многотоннажный побочный продукт этого процесса, огненножидкий шлак фосфорных печей, перерабатывают в шлаковату шлакопемзу и др. строительные материалы.
При этом образуются также феррофосфор и горючий газ (80% СО). Товарная форма желтого фосфора— палочки и пластины.
Продолжительным нагреванием желтого фосфора в замкнутом объеме до т-р 280 -т- 340 °С получают более устойчивую при норм, условиях форму — красный фосфор.
Основную массу фосфора используют для получения термической фосфорной к-ты — сжиганием его в башнях до фосфорного ангидрида Р2О5 с последующим охлаждением и гидратацией до ортофосфорной к-ты (73 -г- 75% Р2О5) и термической полифосфатной кислоты (77 -г- 86% Р2О6).
Расширяется произ-во более дешевой экстракционной фосфорной к-ты — важнейшего сырья для произ-ва минеральных удобрений.
Соединения фосфора служат основой многих моющих средств и детергентов. В металлургии фосфор применяют (в составе феррофосфора) для произ-ва фосфористых чугунов; он входит в состав др. сплавов, в частности фосфористых бронз.
Поверхностная обработка стальных изделий — фосфатирование — обеспечивает дешевую и эффективную защиту их от коррозии.
Фосфор входит в состав многих инсектицидов и пестицидов, а также в состав наиболее сильно действующих боевых отравляющих веществ (табуна, зарина). См. также Фосфорсодержащие сплавы.
Природный фосфор представляет собой стабильный изотоп ³¹P . Искусственно получены радиоактивные изотопы ³ºP и ³²P последний имеет период полураспада 14,3 дня и иногда используется как индикатор для изучения фосфорного обмена.
В литосфере фосфора сравнительно немного ( 0,08 масс. % ) .Он рассеян в природе и редко скапливается в больших количествах, так же он непременная составная часть растительных и животных белков.
Фосфор у растений сосредоточен в семенах и плодах , у животных — в нервной ткани , мышцах и скелете . В человеческом организме содержится примерно 1,5 кг фосфора , из них 1,4 кг в костях , 130 г в мышцах и 12 г в нервной ткани.
В следствие большой активности свободный фосфор в природе не встречается , распространён только в виде фосфат — ионов PO4³ˉ
Важнейшие минеральные соединения фосфора — апатит , которому отвечает формула Ca5(PO4)3(F,Cl ) .При этом различают фторапатит 3Ca3(PO4)2 • CaF2 , хлорапатит 3Ca3(PO4)2 • CaCl2 и гидроксиапатит 3Ca3(PO4)2 • Ca(OH)2.
Избыточные катионы кальция , а также фторид — и хлорид — ионы размещаются в пустых промежутках кристаллической решётки ортофосфата кальция , сообщая апатиту особую компактность и твёрдость .
Встречается фосфор также в виде фосфорита Ca3( PO4 )2.
Хотя большие скопления апатита редки , кристаллы его пронизывают важнейшие горные породы ( гранит , гнейсы и т.п ) и служат первоисточником фосфорных соединений в природе.
При выветривании горных пород кристаллы апатита попадают в почву , разлагаются почвенными кислотами и корневыми выделениями растений.
Далее фосфор усваивается растениями и таким образом вовлекается в биохимический круговорот.
Накопители фосфора растения , а животные только заимствуют его у растений.
Фосфор — анионы входят в состав сложных органических полимерных соединений — нуклеиновых кислот , которые содержатся в живых организмах и принимают участие в процессах передачи наследственных признаков живой клетки.
Фосфор обладает несколькими аллотропами, которые способны проявлять различные свойства.
Структура молекул P4 определяется методом газовой электронной дифракции. С точки зрения применения требуемой формой элементарного фосфора является белый фосфор.
Это мягкое воскообразное твердое вещество, содержащее тетраэдрические молекулы Р4, в которых каждый из атомов связан с остальными тремя атомами одинарной связью.
Этот тетраэдр P4 также присутствует в жидкой и газообразной формах фосфора.
1. Белый фосфор может существовать в двух других кристаллических формах, таких как альфа- и бета-формы.
При комнатной температуре альфа-форма стабильна. Это более распространенная форма , она имеет кубическую кристаллическую структуру и превращается в бета — форму 195,2 К.
Эта бета-форма имеет гексагональную кристаллическую структуру.
Эти формы различаются с точки зрения относительной ориентации составляющих P4 тетраэдров.
2. Фиолетовый фосфор — это еще одна форма фосфора, которая может быть получена в процессе отжига красного фосфора выше температуры 5500C.
В 1865 году ученый по имени Хитторф обнаружил, что фосфор перекристаллизовывается из расплавленного свинца с получением красной или фиолетовой формы фосфора.
Поэтому эта форма известна как «фосфор Хитторфа», или фиолетовый фосфор, или металлический фосфор.
3. Черный фосфор является наименее реакционноспособным аллотропом, и он будет находиться в термодинамически стабильной форме.
Он также известен как-металлический фосфор. Структура чем-то напоминает структуру графита. Эта форма может быть получена путем нагревания белого фосфора в условиях высокого давления.
Он также может быть образован в условиях окружающей среды с использованием солей металлов, таких как ртуть, в качестве катализаторов.
По всем характеристикам, таким как физические и химические свойства, внешний вид и структура, он напоминает графит.
Поскольку он черный и шелушащийся, он действует как хороший проводник электричества и имеет плотно упакованные слои связанных атомов.
4. Другой формой аллотропов фосфора является алый фосфор. Его получают путем пропускания раствора белого фосфора в сероуглерод, где он испаряется под воздействием солнечного света.
В переводе с греческого слово фосфор означает ( светоносец ). Это название получил за свойства светиться в темноте.
Качественная реакция на фосфор позволяет определить концентрацию и некоторые примеси, для этого используют неорганические и органические реагенты.
Фосфор получают из фосфорита или апатита. Восстановителем фосфора со степенью окисления +5 из его соединений служит углерод , но чтобы образовавшийся фосфор не взаимодействовал с кальцием , прибавляют двуокись двуокись кремния.
Если изобразить фосфорит Ca3(PO4)2 в виде оксидов 3CaO • P2O5, то процесс получения фосфора выглядит следующим образом : сначала оксид кремния ( IV ) взаимодействует с оксидом кальция , образуя легкоплавкий шлак силиката кальция :
3CaO • P2O5 + 3SiO2 = P2O5 + 3CaSiO3
P2O5 + 5C = 2P + 5CO
Ca3(PO4)2 +5C + 3SiO2 = 2P + 3CaSiO3 + 5CO
Смесь измельченного фосфорита с песком и углём нагревают электрической дугой в специальной печи . Пары фосфора уходят через трубу в приёмник и сгущаются под водой.
Далее его очищают перегонкой.
Фосфор образует несколько аллотропических модификаций , из них важнейшие : белый , красный и чёрный фосфор.
Фосфор образует с кислородом оксиды и соответствующие им фосфорные кислоты.
Некоторые соединения фосфора с металлами ( германий , индий ) используют как полупроводниковые материалы . Огромное количество фосфора расходуется в производстве пестицидов ( тиофоса , карбофоса , хлорофоса и др . )
Белым фосфором наполняют зажигательные снаряды и бомбы. При сгорании фосфора образуется густой белый дым , поэтому белый фосфором наполняют гранаты , предназначенные для получения дымовых завес.
Основной потребитель красного фосфора — спичечное производство , так как он входит в состав массы , наносимой на боковые поверхности спичечных коробок. Головки спичек — это смесь горючих веществ ( серы и других ) с хлоратом калия KClO3.
Фосфор химически активен , в соединениях с водородом и металлами он проявляет степень окисления -3 , а в кислородных соединениях +3 и +5.
Соли фосфора применяют в химической промышленности, в производстве фосфорных удобрений и кислоты.
Фосфор это минерал, который содержится в таких продуктах, как бобы, рыба, сыр и пиво. Это обычное вещество в повседневной среде вашего тела.
Он играет решающую роль в здоровье костей, мышц, почек и кровеносных сосудов, а также клеток вашего тела.
Наряду с кальцием фосфор помогает строить кости. Для хорошего здоровья костей вам необходимо правильное количество кальция, а также фосфора.
Фосфор является жизненно важной структурой в нуклеиновых кислотах и клеточных мембранах, а также участвует в производстве энергии организма.
Когда уровень кальция высок, ваш организм усваивает меньше фосфора, и наоборот. Кроме того, витамин D необходим для правильного усвоения фосфора.
Для снижения уровня фосфора врачи могут назначать фосфат-связывающие препараты.
Потребляя связующие вещества с едой и закусками, вы ограничиваете количество фосфора, которое может усвоить ваш организм.
Различные варианты образа жизни, такие как постоянное потребление жидкости, достаточные физические нагрузки и сбалансированная диета с низким содержанием фосфора, могут сбалансировать уровень фосфора.
К продуктам с высоким содержанием фосфора относятся следующие:
Треска, лосось, свинина, тунец, молоко, йогурт, шоколад, Американский сыр и сыр рикотта, гоголь — моголь, пудинг быстрого приготовления, черничные маффины, начос, хлопья с отрубями.
Продукты со слишком низким содержанием фосфора следующие:
Овощи, свежие фрукты, попкорн, соленые кексы, хлеб, кукурузные хлопья, яйца.
Водородные соединения фосфора называют фосфористыми водородами ; они бывают газообразными PH3 , жидкими P2H4 и твёрдыми P12H6.
Газообразный фосфористый водород PH3 аналогичен аммиаку и именуются фосфином . Получают его , действуя сильными кислотами на фосфиды — соединения фосфора с металлами :
Zn3P2 + 6HCl = 2PH3￪ + 3ZnCl2
При гидролизе фосфидов также получается фосфин :
Mg3P2 + 6H2O = 2PH3￪ + 3Mg( OH )2
Ca3P2 + 6H2O = 2PH3￪ + 3Ca( OH )2
Фосфин — ядовитый , бесцветный газ с чесночным запахом , горит на воздухе , образуя оксид фосфора ( V ) :
2PH3 + 4O2 = P2O5 + 3H2O
Основные свойства выражены у фосфина слабее , чем у аммиака . Подобно аммиаку фосфин соединяется с галогеноводородными кислотами , образуя соли , содержащие группу фосфония PH.
Поэтому и сами соли называют солями фосфония. Однако в отличие от солей аммония соли фосфония непрочны и в водных растворах разлагаются с выделением фосфина :
PH4⁺ + H2O = PH3￪ + H3O⁺
Среди соединений , в которых фосфин проявляет степень окисления — 3 , имеет практическое значение фосфид цинка Zn3P2 — применялся как зооцид для борьбы с мышевидными грызунами.
Фосфор обладает свойством непосредственно соединятся со всеми галогенами.
Трихлорид фосфора PCl3 получают , пропуская хлор над расплавленным фосфором . Это бесцветная жидкость с резким запахом и температурой кипения 76°C.
Соединение не очень стойко , легко гидролизуется с выделением хлороводорода и получением фосфористой кислоты :
PCl3 + 3H2O = 3HCl￪ + H3PO3
Пентахлорид фосфора PCl5 получается при пропускании хлора через трихлорид фосфора , имеет вид твёрдой , белой кристаллической массы . Легко диссоциирует с отщеплением молекулы хлора :
PCl5 = PCl3 + Cl2
Пентахлорид фосфора не прочен , ( дымит ) на воздухе , подвергаясь гидролизу :
PCl5 + 4H2O = 5HCl￪ + H3PO4
Хлориды фосфора используют в синтезе органических соединений.
Трибромид PBr3 и трийодид фосфора PI3 служит для получения бромоводорода и йодо водорода.
Оксид фосфора 3 (III), P4О6, также называемый гексоксидом тетрафосфора, представляет собой ангидрид P2О3. Структура P4О6 аналогична структуре P4О10 без концевых оксидных групп.
Получение ксида фосфора осторожным окислением белого фосфора закисью азота:
Р4 + N2O (550 — 600 ºC) → P4O6 + 6N2↑
Как происходит появление фосфора и где он находится?
Фосфор бывает белого, красного и черного цветов. Он светится в темноте в сочетании с определенными элементами.
Он может пахнуть чесноком и обычно не встречается в природе в свободном виде. Элементарный фосфор имеет четыре формы: белую, красную, фиолетовую и черную.
Белый фосфор реакционноспособен и при воздействии теплого воздуха сгорает в пламени. Обычно он хранится под водой из-за своей отзывчивой природы.
Все остальные формы не реагируют. Одно соединение фосфора и фосфата кальция является важным компонентом костей.
Является ли фосфор твердым, жидким или газообразным?
В периодической таблице элементы классифицируются в соответствии с их физическим состоянием, то есть состоянием вещества, например, твердым, жидким или газообразным.
Фосфор является твердым веществом по своей природе. Он классифицируется как элемент в разделе неметаллов, который находится в группах 14, 15 и 16 периодической таблицы.
Неметаллические элементы лучше всего сохраняются при комнатной температуре в газах и твердых телах.
Вот почему мы можем сделать вывод, что в соответствии с периодической таблицей Менделеева фосфор классифицируется как твердое вещество.
Это неметаллический химический элемент семейства азотных.
Какая валентность фосфора?
Фосфор имеет переменную валентность – III и V
Белый фосфор формула?
Как и парообразный фосфор белый фосфор состоит из тетраэдрических молекул Р4, поэтому почти всегда его формулу записывают как Р4, но в химических формулах он обозначается формулой Р.
Лит.: Некрасов Б. В. Основы общей химии, Майзель Ю. А., Земельман В. Б., Баркан А. Б. Автоматизация производств фосфора и фосфорсодержащих продуктов. Фосфористая бронза. Фосфидная эвтектика.
Статья на тему фосфор