Phosphore Phosphore dans la nature obtenant les propriétés du phosphore. Domaines d'application du phosphore. Obtenir et utiliser le phosphore

DÉFINITION

Phosphore- le quinzième élément du tableau périodique. Désignation - P du latin "phosphore". Situé en troisième période, groupe VA. Fait référence aux non-métaux. La charge nucléaire est de 15.

Le phosphore est l'un des éléments assez communs; sa teneur dans la croûte terrestre est d'environ 0,1 % (poids). En raison de la facilité d'oxydation du phosphore à l'état libre, il ne se produit pas dans la nature.

Parmi les composés naturels du phosphore, le plus important est l'orthophosphate de calcium Ca 3 (PO 4) 2 , qui forme parfois d'importants dépôts sous la forme de la phosphorine minérale. L'apatite minérale est également souvent trouvée, contenant, en plus de Ca 3 (PO 4) 2, également CaF 2 ou CaCl 2.

Poids atomique et moléculaire du phosphore

DÉFINITION

Poids moléculaire relatif d'une substance (M r) est un nombre indiquant combien de fois la masse d'une molécule donnée est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone, et masse atomique relative d'un élément (A r)- combien de fois la masse moyenne des atomes d'un élément chimique est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone.

Les valeurs des poids atomiques et moléculaires du phosphore coïncident; ils sont égaux à 30,9737.

Allotropie et modifications allotropiques du phosphore

Le phosphore forme plusieurs modifications allotropiques.

Le phosphore blanc est obtenu à l'état solide par refroidissement rapide de la vapeur de phosphore ; sa densité est de 1,83 g/cm 3 . Dans sa forme pure, le phosphore blanc est complètement incolore et transparent (Fig. 1). Il est cassant au froid, mais à des températures supérieures à 15 o C, il devient mou et peut être facilement coupé avec un couteau.

Dans l'air, le phosphore blanc s'oxyde très rapidement et brille dans le noir. Déjà à faible chauffage, pour lequel un simple frottement suffit, le phosphore s'enflamme et brûle. Il a un réseau cristallin moléculaire, dans les nœuds duquel se trouvent des molécules tétraédriques P 4 . Poison puissant.

Riz. 1. Modifications allotropiques du phosphore. Apparence.

Si le phosphore blanc est chauffé à une température de 250-300 o C, il entre dans une autre modification qui a une couleur rouge-violet et s'appelle le phosphore rouge. Cette transformation se produit très lentement et sous l'influence de la lumière.

Le phosphore rouge dans ses propriétés est très différent du blanc: il s'oxyde lentement dans l'air, ne brille pas dans l'obscurité, ne s'allume qu'à 260 o C et n'est pas toxique.

A fort chauffage, le phosphore rouge, sans fondre, s'évapore (se sublime). Lorsque la vapeur est refroidie, du phosphore blanc est obtenu.

Le phosphore noir se forme à partir du blanc lorsqu'il est chauffé à 200-220 o C sous très haute pression. Il ressemble au graphite, est gras au toucher et plus lourd que les autres modifications. Semi-conducteur.

Isotopes du phosphore

On sait que le phosphore se présente dans la nature sous la forme d'un seul isotope 31P (23,99 %). Le nombre de masse est 31. Le noyau d'un atome de l'isotope du phosphore 31 P contient quinze protons et seize neutrons.

Il existe des isotopes artificiels du phosphore avec des nombres de masse de 24 à 46, parmi lesquels le plus stable est le 32 P avec une demi-vie de 14 jours.

Ions phosphore

Au niveau d'énergie externe de l'atome de phosphore, il y a cinq électrons qui sont de valence :

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 .

À la suite d'une interaction chimique, le phosphore peut perdre ses électrons de valence, c'est-à-dire être leur donneur et se transformer en ions chargés positivement ou accepter des électrons d'un autre atome, c'est-à-dire être leur accepteur et se transformer en ions chargés négativement :

P 0 -5e → P 5+ ;

P0-3e → P3+ ;

P 0 -1e → P 1+ ;

P 0 +3e → P 3- .

Molécule et atome de phosphore

La molécule de phosphore est monoatomique - R. Donnons quelques propriétés qui caractérisent l'atome et la molécule de phosphore :

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

EXEMPLE 2

• Désignation - P (Phosphore);
• Période - III ;
• Groupe - 15 (Va);
• Masse atomique - 30,973761 ;
• Numéro atomique - 15 ;
• Rayon d'un atome = 128 pm ;
• Rayon covalent = 106 pm ;
• Répartition des électrons - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 ;
• fusion t = 44,14°C;
• point d'ébullition = 280°C;
• Electronégativité (selon Pauling / selon Alpred et Rochov) = 2,19 / 2,06 ;
• État d'oxydation : +5, +3, +1, 0, -1, -3 ;
• Densité (n.a.) \u003d 1,82 g / cm 3 (phosphore blanc);
• Volume molaire = 17,0 cm 3 / mol.

Composés de phosphore :

Le phosphore (porteur de lumière) a été obtenu pour la première fois par l'alchimiste arabe Ahad Behil au 12ème siècle. Parmi les scientifiques européens, l'Allemand Hennig Brant a été le premier à découvrir le phosphore en 1669, lors d'expériences avec de l'urine humaine dans le but d'en extraire l'or (le scientifique pensait que la couleur dorée de l'urine était causée par la présence de particules d'or) . Un peu plus tard, le phosphore a été obtenu par I. Kunkel et R. Boyle - ce dernier l'a décrit dans son article "Méthode de préparation du phosphore à partir d'urine humaine" (14/10/1680; l'ouvrage a été publié en 1693). Lavoisier a prouvé plus tard que le phosphore est une substance simple.

La teneur en phosphore de la croûte terrestre est de 0,08% en masse - c'est l'un des éléments chimiques les plus courants sur notre planète. En raison de sa forte activité, le phosphore à l'état libre n'existe pas dans la nature, mais fait partie de près de 200 minéraux, dont les plus courants sont Ca 5 (PO 4) 3 (OH) apatite et Ca 3 (PO 4) 2 phosphorite.

Le phosphore joue un rôle important dans la vie des animaux, des plantes et des humains - il fait partie d'un composé biologique tel qu'un phospholipide, il est également présent dans les protéines et d'autres composés organiques importants tels que l'ADN et l'ATP.

Riz. La structure de l'atome de phosphore.

L'atome de phosphore contient 15 électrons et a une configuration électronique de niveau de valence externe similaire à l'azote (3s 2 3p 3), mais le phosphore a des propriétés non métalliques moins prononcées par rapport à l'azote, ce qui s'explique par la présence d'une orbitale d libre , un grand rayon atomique et une énergie d'ionisation plus faible .

Entrant en réaction avec d'autres éléments chimiques, l'atome de phosphore peut présenter un état d'oxydation de +5 à -3 (l'état d'oxydation le plus typique est +5, les autres sont assez rares).

• +5 - oxyde de phosphore P 2 O 5 (V); acide phosphorique (H 3 PO 4); phosphates, halogénures, sulfures de phosphore V (sels d'acide phosphorique) ;
• +3 - P 2 O 3 (III); acide phosphoreux (H 3 PO 3); phosphites, halogénures, sulfures de phosphore III (sels d'acide phosphoreux) ;
• 0-P ;
• -3 - phosphine PH 3 ; phosphures métalliques.

Dans l'état fondamental (non excité), l'atome de phosphore a deux électrons appariés dans le sous-niveau s + 3 électrons non appariés dans les orbitales p (l'orbitale d est libre) au niveau d'énergie externe. Dans l'état excité, un électron du sous-niveau s passe à l'orbitale d, ce qui élargit les possibilités de valence de l'atome de phosphore.

Riz. Passage de l'atome de phosphore à un état excité.

P2

Deux atomes de phosphore sont combinés en une molécule P 2 à une température d'environ 1000°C.

A des températures plus basses, le phosphore existe dans les molécules à quatre atomes P 4 ainsi que dans les molécules polymères plus stables P ∞ .

Modifications allotropiques du phosphore :

• Phosphore blanc- extrêmement toxique (la dose létale de phosphore blanc pour un adulte est de 0,05 à 0,15 g) substance cireuse à l'odeur d'ail, sans couleur, lumineuse dans l'obscurité (processus d'oxydation lent en P 4 O 6); la forte réactivité du phosphore blanc s'explique par de faibles liaisons P-P (le phosphore blanc a un réseau cristallin moléculaire de formule P 4, aux nœuds desquels se trouvent les atomes de phosphore), qui se rompent assez facilement, à la suite de quoi le phosphore blanc , lorsqu'il est chauffé ou lors d'un stockage à long terme, passe dans des modifications polymères plus stables : phosphore rouge et noir. Pour ces raisons, le phosphore blanc est stocké sans accès à l'air sous une couche d'eau purifiée ou dans des milieux inertes spéciaux.
• phosphore jaune- une substance inflammable, hautement toxique, ne se dissout pas dans l'eau, s'oxyde facilement à l'air et s'enflamme spontanément, tout en brûlant avec une flamme vert vif éblouissante avec dégagement d'une épaisse fumée blanche.
• phosphore rouge- une substance polymère, insoluble dans l'eau, à structure complexe, qui a la moins grande réactivité. Le phosphore rouge est largement utilisé dans la production industrielle, car il n'est pas si toxique. Puisqu'à l'air libre, le phosphore rouge, absorbant l'humidité, s'oxyde progressivement avec la formation d'un oxyde hygroscopique ("humide"), forme de l'acide phosphorique visqueux, par conséquent, le phosphore rouge est stocké dans un récipient hermétiquement fermé. Dans le cas du trempage, le phosphore rouge est purifié des résidus d'acide phosphorique par lavage à l'eau, puis séché et utilisé conformément à sa destination.
• phosphore noir- substance grasse au toucher gris-noir semblable au graphite avec des propriétés semi-conductrices - la modification la plus stable du phosphore avec une réactivité moyenne.
• Phosphore métallique obtenu à partir de phosphore noir sous haute pression. Le phosphore métallique conduit très bien l'électricité.

Propriétés chimiques du phosphore

De toutes les modifications allotropiques du phosphore, la plus active est le phosphore blanc (P 4). Souvent, dans l'équation des réactions chimiques, ils écrivent simplement P, et non P 4. Étant donné que le phosphore, comme l'azote, a de nombreuses variantes d'états d'oxydation, dans certaines réactions, il s'agit d'un agent oxydant, dans d'autres, il s'agit d'un agent réducteur, en fonction des substances avec lesquelles il interagit.

Oxydatif le phosphore présente des propriétés dans les réactions avec les métaux qui se produisent lorsqu'ils sont chauffés pour former des phosphures :
3Mg + 2P \u003d Mg 3P 2.

Le phosphore est agent réducteur dans les réactions :

• avec plus de non-métaux électronégatifs (oxygène, soufre, halogènes) :
  • des composés de phosphore (III) se forment en l'absence d'agent oxydant
    4P + 3O 2 \u003d 2P 2 O 3
  • composés du phosphore (V) - avec un excès de : oxygène (air)
    4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5
• avec les halogènes et le soufre, le phosphore forme des halogénures et sulfure de phosphore trivalent ou pentavalent, selon le rapport des réactifs, qui sont pris en carence ou en excès :
  • 2P + 3Cl 2 (semaine) \u003d 2PCl 3 - chlorure de phosphore (III)
  • 2P + 3S (semaines) \u003d P 2 S 3 - sulfure de phosphore (III)
  • 2P + 5Cl2 (ex.) \u003d 2PCl 5 - chlorure de phosphore (V)
  • 2P + 5S (ex.) \u003d P 2 S 5 - sulfure de phosphore (V)
• avec de l'acide sulfurique concentré :
  2P + 5H 2 SO 4 \u003d 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O
• avec de l'acide nitrique concentré :
  P + 5HNO 3 \u003d H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O
• avec de l'acide nitrique dilué :
  3P + 5HNO 3 + 2H 2 O \u003d 3H 3 PO 4 + 5NO

Le phosphore agit à la fois comme agent oxydant et agent réducteur dans les réactions disproportion avec des solutions aqueuses d'alcalis lorsqu'elles sont chauffées, formant (à l'exception de la phosphine) des hypophosphites (sels d'acide hypophosphoreux), dans lesquelles elles présentent un état d'oxydation non caractéristique +1 :
4P 0 + 3KOH + 3H 2 O \u003d P -3 H 3 + 3KH 2 P +1 O 2

RAPPEL : avec d'autres acides, à l'exception des réactions ci-dessus, le phosphore ne réagit pas.

Obtenir et utiliser le phosphore

Industriellement, le phosphore est obtenu par sa réduction avec du coke à partir de phosphorites (fluorapatates), qui comprennent du phosphate de calcium, par calcination dans des fours électriques à une température de 1600°C avec addition de sable de quartz :
Ca 3 (PO 4) 2 + 5C + 3SiO 2 = 3CaSiO 3 + 2P + 5CO.

Au premier stade de la réaction, sous l'action d'une température élevée, l'oxyde de silicium (IV) déplace l'oxyde de phosphore (V) du phosphate :
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 \u003d 3CaSiO 3 + P 2 O 5.

Ensuite, l'oxyde de phosphore (V) est réduit par le charbon en phosphore libre :
P 2 O 5 + 5C \u003d 2P + 5CO.

L'utilisation du phosphore :

• pesticides;
• allumettes;
• détergents;
• des peintures;
• semi-conducteurs.

STRUCTURE DE L'ATOME DE PHOSPHORE

Le phosphore est situé dans la période III, dans le 5ème groupe du sous-groupe principal "A", sous le numéro de série n°15. Masse atomique relative A r (P) = 31 .

R +15) 2) 8) 5

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 3, phosphore : p - élément, non métallique

Les capacités de valence du phosphore sont plus larges que celles de l'atome d'azote, puisque l'atome de phosphore a des orbitales d libres. Par conséquent, le désappariement des électrons 3S 2 - peut se produire et l'un d'eux peut aller sur l'orbite 3d -. Dans ce cas, il y aura cinq électrons non appariés dans le troisième niveau d'énergie du phosphore et le phosphore pourra montrer la valence V.

A l'état libre, le phosphore forme plusieurs allotmodifications rocheuses : phosphore blanc, rouge et noir

Le phosphore est présent dans les cellules vivantes sous forme d'acides ortho- et pyrophosphoriques ; il fait partie des nucléotides, des acides nucléiques, des phosphoprotéines, des phospholipides, des coenzymes et des enzymes. Les os humains sont constitués d'hydroxyapatite 3Ca 3 (PO 4) 3 ·CaF 2 . La composition de l'émail dentaire comprend de la fluorapatite. Le rôle principal dans la transformation des composés phosphorés chez l'homme et l'animal est joué par le foie. L'échange de composés phosphorés est régulé par les hormones et la vitamine D. Le besoin humain quotidien en phosphore est de 800 à 1500 mg. Avec un manque de phosphore dans le corps, diverses maladies osseuses se développent.

TOXICOLOGIE DU PHOSPHORE

· phosphore rouge pratiquement non toxique. La poussière de phosphore rouge, pénétrant dans les poumons, provoque une pneumonie à action chronique.

· Phosphore blanc très toxique, soluble dans les lipides. La dose létale de phosphore blanc est de 50 à 150 mg. En pénétrant sur la peau, le phosphore blanc provoque de graves brûlures.

L'intoxication aiguë au phosphore se manifeste par des brûlures dans la bouche et l'estomac, des maux de tête, une faiblesse et des vomissements. Après 2-3 jours, la jaunisse se développe. Les formes chroniques se caractérisent par une violation du métabolisme du calcium, des dommages aux systèmes cardiovasculaire et nerveux. Premiers secours en cas d'intoxication aiguë - lavage gastrique, laxatifs, lavements nettoyants, solutions de glucose par voie intraveineuse. En cas de brûlures cutanées, traitez les zones touchées avec des solutions de sulfate de cuivre ou de soude. Le MPC de la vapeur de phosphore dans l'air est de 0,03 mg/m³.

OBTENIR DU PHOSPHORE

Le phosphore est obtenu à partir d'apatites ou de phosphorites suite à une interaction avec du coke et de la silice à une température de 1600°C :

2Ca 3 (PO 4) 2 + 10C + 6SiO 2 → P 4 + 10CO + 6CaSiO 3 .

La vapeur de phosphore blanc qui en résulte se condense dans le récepteur sous l'eau. Au lieu de phosphorites, d'autres composés peuvent être réduits, par exemple l'acide métaphosphorique :

4HPO 3 + 12C → 4P + 2H 2 + 12CO.

PROPRIÉTÉS CHIMIQUES DU PHOSPHORE

APPLICATIONS DU PHOSPHORE

Le phosphore est l'élément biogénique le plus important et est en même temps très largement utilisé dans l'industrie.

Peut-être la première propriété du phosphore, que l'homme a-t-elle mise à son service, est-elle l'inflammabilité. La combustibilité du phosphore est très élevée et dépend de la modification allotropique.

Le plus actif chimiquement, toxique et combustible phosphore blanc ("jaune"), il est donc très souvent utilisé (dans les bombes incendiaires, etc.).

phosphore rouge- la principale modification produite et consommée par l'industrie. Il est utilisé dans la production d'allumettes, avec du verre finement broyé et de la colle, il est appliqué sur la surface latérale de la boîte, lorsque la tête d'allumette est frottée, qui comprend du chlorate de potassium et du soufre, une inflammation se produit. Le phosphore rouge est également utilisé dans la production d'explosifs, de compositions incendiaires et de carburants.

Le phosphore (sous forme de phosphates) est l'un des trois éléments biogéniques les plus importants impliqués dans la synthèse de l'ATP. La majeure partie de l'acide phosphorique produit est utilisée pour obtenir des engrais phosphatés - superphosphate, précipité, etc.

TÂCHES DE RENFORCEMENT

N° 2. Effectuez les transformations selon le schéma:
P -> Ca 3 P 2 -> PH 3 -> P 2 O 5
Pour la dernière réaction PH 3 -> P 2 O 5 établir une balance électronique, indiquer l'agent oxydant et l'agent réducteur.

Numéro 3. Effectuez les transformations selon le schéma:
Ca 3 (PO 4 ) 2 -> P -> P 2 O 5

Le phosphore est un élément chimique de numéro atomique 15. Il se situe dans le groupe V du D.I. Mendeleev. La formule chimique du phosphore R.

Le phosphore tire son nom du grec phosphoros, qui signifie «porteur de lumière».

Le phosphore est assez commun dans la croûte terrestre. Son contenu est de 0,08 à 0,09% de la masse totale de la croûte terrestre. Et dans l'eau de mer, le phosphore en contient 0,07 mg/l.

Le phosphore a une activité chimique élevée, par conséquent, il ne se produit pas à l'état libre. Mais d'autre part, il forme près de 190 minéraux. Le phosphore est appelé l'élément de la vie. On le trouve dans les plantes vertes, les tissus animaux, les protéines et d'autres composés chimiques essentiels.

Modifications du phosphore

On sait que certains éléments chimiques peuvent exister sous la forme de deux ou plusieurs substances simples qui diffèrent par leur structure et leurs propriétés. Ce phénomène est appelé allotropie. Ainsi, le phosphore a plusieurs modifications allotropiques. Toutes ces modifications sont différentes dans leurs propriétés. Les plus courants sont le phosphore blanc, le phosphore jaune, le phosphore rouge, le phosphore noir.

Phosphore blanc - une simple substance blanche. Sa formule moléculaire est P 4 . En apparence, le phosphore blanc ressemble à la paraffine. Il se déforme même avec peu d'effort et se coupe facilement avec un couteau. Dans l'obscurité, une lueur vert pâle émanant du phosphore est perceptible. Ce phénomène est appelé chimiluminescence.

Le phosphore blanc est une substance chimiquement active. Il est facilement oxydé par l'oxygène et facilement soluble dans les solvants organiques. Par conséquent, il est stocké dans des milieux inertes spéciaux qui n'entrent pas dans les réactions chimiques. Le phosphore blanc fond à +44,1 °C. Le phosphore blanc est une substance hautement toxique.

phosphore jaune - c'est du phosphore blanc brut, ou du phosphore blanc avec des impuretés. Point de fusion +34 °C, point d'ébullition +280 °C. Comme le blanc, le phosphore jaune est insoluble dans l'eau. S'oxyde à l'air et inflammable. Il a aussi le phénomène de chimiluminescence.

phosphore rouge obtenu en chauffant le phosphore blanc à haute température. Formule du phosphore rouge Р n . C'est un polymère complexe. Selon les conditions de production, la couleur du phosphore rouge peut varier du rouge clair au brun foncé. Chimiquement, le phosphore rouge est beaucoup moins actif que le blanc. Il ne se dissout que dans le plomb fondu et le bismuth. Ne s'enflamme pas à l'air. Cela ne peut se produire que lorsqu'il est chauffé à 240-250 o C lorsqu'il est sublimé sous la forme blanche de phosphore. Mais il peut s'enflammer spontanément lors d'un impact ou d'un frottement. Le phénomène de chimiluminescence dans le phosphore rouge n'est pas observé. Il est insoluble dans l'eau, le benzène, le disulfure de carbone. Soluble uniquement dans le tribromure de phosphore. Lorsqu'il est stocké à l'air, il s'oxyde progressivement. Par conséquent, conservez-le dans un récipient fermé et scellé.

Le phosphore rouge est presque non toxique. C'est donc lui qui est utilisé dans la fabrication des allumettes.

phosphore noir ressemble à du graphite. Pour la première fois, le phosphore noir a été obtenu en 1914 à partir de phosphore blanc à une pression de 20 000 atmosphères (2 10 9 Pa) et à une température de 200 o C. Le phosphore noir fond à une température de 1 000 o C et à une pression de 18 10 5 Pa. Le phosphore noir ne se dissout pas dans l'eau ni dans les solvants organiques. Il ne commence à brûler que s'il est chauffé à une température de +400 ° C dans de l'oxygène pur. Le phosphore noir a les propriétés des matériaux semi-conducteurs.

Propriétés chimiques du phosphore élémentaire

1. Le phosphore élémentaire est oxydé par l'oxygène

Dans un environnement avec un excès d'oxygène

4P + 5O 2 → 2P 2 O 5

Avec un manque d'oxygène

4P + 3O 2 → 2P 2 O 3

2. Réagit avec les métaux, formant des phosphures lorsqu'il est chauffé

3Mg + 2P → Mg 3 P 2

3. Réagit avec les non-métaux

2P + 5Cl 2 → 2PCl 5

4. À une température de +500 ° C interagit avec la vapeur d'eau

8P + 12H 2 O → 5RN 3 + 3H 3 RO 4

L'utilisation du phosphore

Le principal consommateur de phosphore est l'agriculture. Une grande partie de tout le phosphore obtenu est utilisée pour la production d'engrais phosphatés : roche phosphatée, superphosphates simples et doubles, engrais complexes azotés-phosphorés. Le phosphore est largement utilisé dans la production de détergents synthétiques, de verres phosphatés, pour le traitement et la teinture des fibres naturelles et synthétiques. En médecine, les préparations de phosphore sont utilisées comme médicaments.

PHOSPHORE, P, élément du groupe V du système périodique ; masse atomique 31,03 ; Les isotopes du phosphore n'ont pas été trouvés. Dans les composés, le phosphore est trivalent et pentavalent. Sa connexion la plus élevée avec l'hydrogène est PH 3; avec l'oxygène, il donne les oxydes P 2 O 3, P 2 O 4 et P 2 O 5. En termes de valence et de type de composés, le phosphore ressemble à l'azote, mais par ses propriétés (à la fois le phosphore et ses composés), il est complètement différent de l'azote. commun dans la nature et trouvé dans presque toutes les roches sous forme d'inclusions de cristaux d'apatite minérale. Le phosphore se trouve sous forme d'accumulations minérales de phosphorites et d'apatites. Les apatites se produisent rarement en grandes masses, et les gisements colossaux de ce minéral dans la toundra de Khibiny en URSS sont une exception. Les phosphorites sont connues en Géorgie, en Floride, en Caroline du Nord et du Sud, au Tennessee, en Algérie, en Tunisie et sur certaines îles du Grand Océan. L'URSS est extrêmement riche en phosphorites, dont les gisements sont connus dans la région de Moscou, dans l'Oural, au Kazakhstan, en Ukraine, en République tchouvache, en Podolie, dans le Caucase du Nord, etc. Minéraux tels que la vivianite Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O et la turquoise (Al 2 O 3) 2 P 2 O 5 5H 2 O sont des sels aqueux d'acide phosphorique. Le phosphore est un composant indispensable, faisant partie des tissus des organismes vivants. Les protéines contenant du phosphore et de la lécithine font partie des muscles, des nerfs et du cerveau. Les os contiennent du phosphore sous forme de sel tricalcique d'acide phosphorique.

Le phosphore peut être obtenu dans plusieurs modifications allotropiques. Le phosphore blanc (ordinaire, jaune) est une substance vitreuse incolore et transparente ou de petits cristaux blancs; le phosphore blanc pur ne peut être obtenu que dans l'obscurité en l'absence d'oxygène et d'humidité. La distillation fractionnée ou la cristallisation fractionnée donne du phosphore complètement pur, qui jaunit rapidement à la lumière. Un tel jaunissement s'explique par la formation d'un mince film de modification rouge à la surface du phosphore. Avec une exposition prolongée à une lumière intense sur le phosphore ordinaire, il peut être complètement converti en rouge. A 150°C en l'absence d'oxygène, le phosphore ordinaire se sublime sans changer de couleur. Deux modifications sont connues pour le phosphore blanc - α et β ; le premier cristallise dans le bon système (densité 1,84), le second (phosphore ordinaire) - en hexagonal (densité 1,88). La transition du phosphore α au phosphore β se produit dans les conditions suivantes :

La dureté Mohs du phosphore est de 0,5. Sa plasticité augmente avec l'augmentation de la température. Le phosphore fondu mouille à peine le verre ; tension superficielle 35,56 D/cm à 132,1°C et 43,09 D/cm à 78,3°C. Les gravités spécifiques correspondantes du phosphore sont 1,665 et 1,714. La compressibilité du phosphore ordinaire entre 100 et 500 atm est de 0,0000199 cm 2 /kg. Le coefficient de dilatation du phosphore ordinaire de 0°C à 40° = 0,000125, et son volume à 44°C est 1,017 fois le volume à 0°C. Capacité calorifique du phosphore blanc (0-51°C) 0,183 cal/g ; chaleur de fusion 5,03 cal/g. Le poids de 1 litre de vapeur de phosphore est de 2,805 g (Williamson). Son poids molaire dans la gamme des températures allant de 313°C à la chaleur rouge varie de 128 à 119,8. Par conséquent, la structure de sa molécule dans cet intervalle correspond à P 4 . A haute température, il se dissocie partiellement en P 2 . En solution, sa molécule répond à la formule P 4 ; point de fusion du phosphore ordinaire 44,5°C ; il se sublime lentement à 40°C, s'évapore à température normale. Pression de vapeur du phosphore solide ordinaire à 5°C - 0,03 mm, à 40°C - 0,50 mm. Solubilité du phosphore dans l'eau : 0,0003 g pour 100 g d'eau à 15°C. Divers solvants dissolvent approximativement le phosphore (en 100 heures de solvant) : disulfure de carbone 25, essence 1,5, huile d'amande 1,00, acide acétique concentré 1,00, éther 0,45, alcool éthylique (densité 0,822) 0,25, glycérine 0,17 h. L'hydrogène est bien absorbé par phosphore, notamment lors d'une décharge électrique. L'hydrogène est capable de réagir avec le phosphore in statu nascendi ; le gaz libéré ne possède plus cette capacité. Le fluor réagit à température ordinaire avec le phosphore sans s'enflammer, formant PF 3 avec un excès de phosphore et PF 5 avec un excès de fluor. Le phosphore se combine vigoureusement avec l'oxygène, formant, selon la quantité de réactifs, du phosphore ou de l'anhydride phosphorique. L'hydroquinone, le sucre, la glycérine, l'acide arsenic sodique ralentissent la réaction d'oxydation du phosphore. En se combinant avec l'oxygène atmosphérique, le phosphore s'enflamme, il doit donc être stocké sous l'eau. La température d'inflammation du phosphore dans l'air, dans l'oxygène ou dans l'air dilué avec un volume égal de dioxyde de carbone est de 45,0-45,2°C. L'inflammation du phosphore ordinaire est favorisée par la raréfaction de l'air et empêchée par la compression. La présence d'ozone et d'humidité dans l'atmosphère augmente la température d'inflammation. Dans une atmosphère de sulfure de carbone, la température d'inflammation du phosphore est de 87 ° C, la térébenthine - 18 °; le phosphore peut être chauffé sans inflammation à 205°C s'il est au repos ; la moindre agitation provoque l'inflammation même à 45°C. Le phosphore ordinaire s'enflamme en 20 secondes lorsqu'il est mis en contact avec de l'aluminium pur amalgamé. L'azote est absorbé par le phosphore, mais ne réagit pas avec lui. Le phosphore blanc brille dans le noir lorsqu'il entre en contact avec l'oxygène atmosphérique. L'intensité de la lueur dépend de la concentration d'oxygène. Dans l'oxygène pur en dessous de 27°C, le phosphore ne brille pas et ne s'oxyde pas. Le phosphore blanc est toxique et une dose de 0,15 g est mortelle. Compte tenu de la capacité du phosphore à se dissoudre dans les graisses, en cas d'intoxication, les aliments gras et le lait sont totalement inacceptables car ils contribuent à une meilleure absorption du phosphore dans l'organisme.

Le phosphore rouge est une modification qui diffère fortement dans ses propriétés physiques et chimiques du phosphore blanc. Le phosphore rouge se forme à partir de l'ordinaire lorsqu'une décharge électrique traverse les vapeurs de ce dernier. En chauffant une solution de phosphore blanc dans du tribromure de phosphore à une température de 170-190 ° C, on peut isoler le soi-disant. variété de framboise phosphore. Cette variété a une structure colloïdale et est transitionnelle entre le phosphore ordinaire et le phosphore rouge ; la présence de triiodure de phosphore accélère (3 fois) la réaction. En chauffant du phosphore ordinaire avec du soufre ou du sulfure, puis en traitant le mélange résultant avec une solution aqueuse d'alcali ou d'ammoniac, on peut également obtenir du phosphore rouge. Le phosphore rouge en technologie est obtenu en chauffant du phosphore ordinaire sans air à une température de 240-250 ° C; La réaction s'accompagne d'un dégagement de chaleur. La couleur du phosphore rouge change en fonction de la température de la préparation. A basse température, il a une teinte pourpre, à haute température, il est violet ou violet. Le sélénium accélère la transition du phosphore blanc au rouge. La séparation du mélange de phosphore ordinaire du rouge est réalisée par traitement avec du disulfure de carbone pendant 50 heures à 250-260°C ou une solution alcaline de sodium à 10 % pendant 2 heures ; il est également possible de laver le phosphore avec un mélange de solution de disulfure de carbone et de chlorure de calcium avec une densité de 1,349-1,384. Dans ce cas, le phosphore ordinaire se dissout dans le disulfure de carbone et le rouge se dépose dans une solution de chlorure de calcium. On suppose que les modifications blanches et rouges du phosphore sont chimiquement différentes; la preuve de cette position est que lorsqu'on mélange du phosphore jaune et du phosphore rouge fondus, on n'observe aucune transition du premier dans le second. Lorsqu'elle est chauffée dans la plage de 280 à 400 ° C, la vapeur de phosphore rouge s'épaissit partiellement dans la soi-disant. phosphore métallique. Avec le refroidissement rapide des vapeurs, du phosphore partiellement rouge se forme et plus la quantité est importante, plus la température était élevée avant la solidification. La surface du récepteur agit catalytiquement sur la formation de phosphore rouge. La durée du chauffage n'affecte pas le processus, mais le refroidissement doit se produire rapidement. Il existe une opinion (A. Stock) selon laquelle le phosphore rouge se forme à la suite de la combinaison de molécules de phosphore dissociées entre elles ou avec des molécules non dissociées et que la formation de molécules de phosphore jaune P 4 est relativement plus lente que la formation de molécules de phosphore rouge. La condensation du phosphore rouge à l'état de vapeur est indépendante de la présence de phosphore jaune liquide. Le phosphore rouge, obtenu par refroidissement de vapeurs ayant une température de 1200°C, et sous une pression de 5 mm, ne contient pas plus de 1 % de phosphore jaune ; il s'ensuit que les molécules P 2 et P 4 participent à la formation du phosphore rouge. Il est possible que cette formation suive l'équation mР 2 + nP 4 = P 2 m+4 n. Il y a des suggestions que le phosphore fondu contient des molécules P 4 de phosphore jaune et des molécules P n de rouge en équilibre :

Au-dessus du point de fusion du phosphore rouge (592,5°C, selon d'autres sources 589,5°C), la plupart des molécules sont sous forme de P 4, de sorte qu'une variété blanche se forme lors d'un refroidissement rapide, mais un refroidissement lent permet à l'équilibre de se rétablir. décalage vers la droite et du phosphore rouge est libéré lors de la solidification. La gravité spécifique du phosphore rouge varie de 2,05 à 2,3, ce qui nous fait le considérer comme un mélange de deux modifications. On suppose que le phosphore rouge est monoclinique dans sa structure cristalline. La compressibilité du phosphore rouge (entre 100 et 500 atm) est de 0,0000092 cm 2 /kg ; Le point de fusion du phosphore rouge dépend de la vitesse de chauffage et varie à ±0,5°C. Pression de vapeur du phosphore rouge à 230°C - 0 mm, à 360°C - 0,1 mm, à 500°C - 9 atm. Le phosphore rouge est insoluble dans le sulfure de carbone. Le phosphore rouge obtenu avec le dégagement de chaleur contient moins d'énergie et est beaucoup moins actif que le phosphore blanc. Le phosphore rouge n'est pas toxique, il ne s'enflamme pas dans l'air, c'est pourquoi son stockage n'est pas si dangereux. Le phosphore rouge s'enflamme à l'impact. Gittorf affirme que la transition du phosphore rouge au jaune n'est pas observée à une température de 320°C, mais que ce dernier se forme à 358°C. Dans un tube scellé, le phosphore rouge est fort à des températures de 450 à 610°C.

Phosphore cristallin ou violet a une structure cristalline, les cristaux sont trigonaux avec un rapport axial a:c = 1:1.1308. Il est obtenu par cristallisation à partir de plomb ou de bismuth fondu, ainsi que par chauffage de phosphore blanc sous une pression de 500 kg/cm 2 en présence de sodium. Insoluble dans le disulfure de carbone; poids spécifique du phosphore violet 2,34 ; il sublime à 690,9°C ; point de fusion 589,5°C à une pression de 43,1 atm.

Le phosphore noir (R. Bridgeman) est obtenu à partir de phosphore ordinaire lorsqu'il est chauffé à 216 ° C sous une pression de 89 atm. Il est insoluble dans le sulfure de carbone ; s'enflamme à une température de 400 ° C et ne s'enflamme pas à l'impact; la température de transition du phosphore rouge au noir 575°C ; le phosphore rouge vire au noir lorsqu'il est chauffé dans une atmosphère d'hydrogène à 200°C et à une pression de 90 atm (V. Ipatiev). Seules 2 modifications ont une importance technique : le phosphore blanc (jaune) et le phosphore rouge.

Obtenir du phosphore. Le phosphore blanc est généralement préparé, qui, si nécessaire, est ensuite converti en une modification rouge. Le matériau de départ pour l'obtention du phosphore est le phosphorite - le phosphate tricalcique naturel, le meilleur de tous les cendres osseuses. Le procédé consiste en la réduction du phosphate par du carbone ou l'action de l'aluminium sur du métaphosphate de sodium mélangé à de la silice :

6NaPO 3 + 3SiO 2 + 10Al \u003d 3Na 2 SiO 3 + 5Al 2 O 3 + 6P.

Il existe 2 méthodes de production industrielle de phosphore : 1) l'ancienne méthode Pelletier, qui consiste à traiter le phosphate (farine d'os) avec de l'acide sulfurique dilué, et le phosphate tricalcique est transformé en phosphate monocalcique :

Ca 3 (PО 4) 2 + 2H 2 SO 4 \u003d 2CaSO 4 + Ca (H 2 PО 4) 2.

La solution de ce dernier est séparée du gypse (CaSO 2H 2 O), évaporée, calcinée avec du charbon et du métaphosphate de calcium est obtenu :

Ca (H 2 RO 4) 2 \u003d 2H 2 O + Ca (RO 3) 2,

qui après forte calcination donne du phosphore, du phosphate tricalcique et du monoxyde de carbone :

ZCa (RO 3) 2 + 10C \u003d Ca 3 (RO 4) 2 + 4P + 10CO.

Selon la méthode Wehler, ils procèdent directement du phosphate tricalcique :

2Ca 3 (PO 4) 2 + 6SiO 2 + 10C \u003d 6CaSiO 3 + 10CO + 4P.

Ce processus nécessite une température élevée et n'a commencé à être utilisé qu'avec l'introduction de fours électriques. Il existe également un procédé pour obtenir du phosphore à partir d'acide phosphorique libre mélangé à du charbon à l'aide d'un courant électrique. Académicien en URSS. E. V. Britske a développé une méthode pour obtenir du phosphore dans les hauts fourneaux.

Le produit commercial contient toujours des traces d'arsenic, de composés de silicium et de carbone. Les impuretés mécaniques sont éliminées par filtration, et mieux encore par redistillation. La transformation du phosphore blanc en rouge s'effectue à une température de 260°C ; une diminution de la pression ralentit le déroulement de la réaction ; l'éclairage accélère le processus; les catalyseurs (iode, sélénium) interviennent également.

Détermination analytique du phosphore. Les vapeurs de phosphore agissent sur le papier humide imprégné de nitrate d'argent, le faisant noircir. La noirceur est due à la formation de phosphore et de métal argent . La réaction se déroule en 2 étapes. Le phosphore réagit avec l'eau pour former de l'hydrogène phosphoreux et de l'acide hypophosphoreux :

P 4 + 6H 2 O \u003d ZN 3 RO 2 + PH 3.

Les composés issus de la réaction agissent sur le nitrate d'argent :

H3PO 2 +2H 2 O + 4AgNO 3 \u003d 4HNO 3 +H3PO 4 +4Ag;

PH 3 + 3AgNO 3 \u003d 3HNO 3 + PAg 3.

Cette réaction est applicable pour la découverte du phosphore blanc uniquement en l'absence de H 2 S, AsH 3 , SbH 3 , ainsi que d'aldéhyde formique et d'acide formique. La découverte du phosphore toxique (selon Mitcherlich) est basée sur la capacité du phosphore à briller dans l'air humide dans l'obscurité. La substance broyée, dans laquelle du phosphore est supposé se trouver, est placée dans un ballon relié à un réfrigérateur. Une telle quantité d'eau est versée dans le ballon pour obtenir une bouillie liquide, et le contenu du ballon est neutralisé avec de l'acide tartrique jusqu'à ce qu'il soit légèrement acide. Lorsque le ballon est chauffé dans l'obscurité, une quantité insignifiante de phosphore (quelques mg) provoque déjà une lueur dans le réfrigérateur. Le phénomène de luminescence pouvant également être dû à la présence de sulfure de phosphore après sa décomposition lors du chauffage, il est recommandé de chauffer le ballon non pas directement, mais en y faisant passer de la vapeur d'eau. La lueur du phosphore n'est pas observée en présence de traces d'ammoniac, de sulfure de carbone, de vapeurs d'alcool, d'huiles essentielles et d'hydrocarbures insaturés, il ne faut donc pas arrêter la distillation trop tôt. Si, néanmoins, aucune lueur n'est observée, le filtrat est oxydé avec de l'eau chlorée, s'évaporant dans un bain-marie à un petit volume, et un test est effectué pour l'acide phosphorique. La lueur du phosphore peut également être observée dans le ballon, chauffant d'abord le liquide à ébullition, puis le refroidissant légèrement et le chauffant à nouveau à ébullition; 0,0171 mg de phosphore brillent très clairement, 0,0085 mg - clairement, 0,0042 mg - faiblement et 0,001 mg - douteux. Le phosphore, étant réduit par l'hydrogène in statu nascendi, donne de l'hydrogène phosphoreux, qui, mélangé à l'hydrogène, brûle avec une flamme vert émeraude à la sortie d'un tube à pointe de platine lorsqu'il est enflammé. Les substances organiques empêchent l'apparition de la couleur, et donc d. b. séparé. L'acide nitrique oxyde facilement le phosphore en acide phosphorique :

ZR 4 +20NNON 3 +8H 2 O \u003d 12H 3 RO 4 +20N ° 3.

Le phosphore est quantifié après oxydation en acide phosphorique et précipitation en MgNH 4 PO 4 .

Application . Le phosphore fait partie des éléments sans lesquels le bon développement des organismes végétaux et animaux est impossible. Il existe une relation directe entre la teneur en phosphore du milieu nutritif et la croissance des plantes. Le phosphore, avec l'azote et le potassium, est le nutriment le plus important dans lequel page - x. végétaux. Étant aliéné du champ avec la récolte des céréales, le phosphore n'a pas de cycle fermé dans son cycle, et donc, sans son introduction artificielle dans le sol de l'extérieur, on observe un épuisement du sol. Les engrais contenant du phosphore constituent le groupe le plus important. Le phosphore est utilisé dans les affaires militaires comme agent générateur de fumée et pour remplir des projectiles incendiaires.