Foszfor A foszfor a természetben megszerzi a foszfor tulajdonságait. A foszfor felhasználási területei. A foszfor beszerzése és felhasználása

MEGHATÁROZÁS

Foszfor- a periódusos rendszer tizenötödik eleme. Megnevezés - P a latin „phosphorus” szóból. A harmadik periódusban található, VA csoport. Nem fémekre utal. A nukleáris töltés 15.

A foszfor az egyik meglehetősen gyakori elem; tartalma a földkéregben körülbelül 0,1% (tömeg). A foszfor szabad állapotban könnyen oxidálhatósága miatt a természetben nem fordul elő.

A természetes foszforvegyületek közül a legfontosabb a kalcium-ortofoszfát Ca 3 (PO 4) 2 , amely esetenként nagy lerakódásokat képez foszfor ásványi formában. Gyakran előfordul az ásványi apatit is, amely a Ca 3 (PO 4) 2 mellett CaF 2-t vagy CaCl 2-t is tartalmaz.

A foszfor atom- és molekulatömege

MEGHATÁROZÁS

Egy anyag relatív molekulatömege (M r) egy szám, amely megmutatja, hogy egy adott molekula tömege hányszor nagyobb, mint egy szénatom tömegének 1/12-e, és egy elem relatív atomtömege (A r)- egy kémiai elem átlagos atomtömege hányszor nagyobb, mint a szénatom tömegének 1/12-e.

A foszfor atom- és molekulatömegének értékei egybeesnek; egyenlők 30,9737-tel.

A foszfor allotrópiája és allotróp módosulásai

A foszfor számos allotróp módosulatot képez.

A fehér foszfort szilárd állapotban kapják a foszforgőz gyors lehűtésével; sűrűsége 1,83 g/cm 3 . A fehér foszfor tiszta formájában teljesen színtelen és átlátszó (1. ábra). Hidegben törékeny, de 15 o C feletti hőmérsékleten megpuhul, késsel könnyen vágható.

A levegőben a fehér foszfor nagyon gyorsan oxidálódik, és a sötétben világít. Már alacsony fűtésnél, amelyhez elég egyszerű súrlódás, a foszfor meggyullad és kiég. Molekuláris kristályrácsa van, melynek csomópontjaiban P 4 tetraéderes molekulák találhatók. Erős méreg.

Rizs. 1. A foszfor allotróp módosulatai. Megjelenés.

Ha a fehér foszfort 250-300 o C-ra hevítjük, egy másik módosulásba megy át, amelynek vörös-ibolya színe van, és ezt vörös foszfornak nevezik. Ez az átalakulás nagyon lassan és fény hatására megy végbe.

A vörösfoszfor tulajdonságaiban nagyon különbözik a fehértől: levegőn lassan oxidálódik, nem világít a sötétben, csak 260 o C-on világít és nem mérgező.

Erős melegítés hatására a vörösfoszfor olvadás nélkül elpárolog (szublimál). Amikor a gőzt lehűtjük, fehér foszfort kapunk.

A fehérből feketefoszfor képződik, amikor nagyon magas nyomáson 200-220 o C-ra hevítik. Úgy néz ki, mint a grafit, zsíros tapintású és nehezebb, mint a többi módosítás. Félvezető.

A foszfor izotópjai

Ismeretes, hogy a foszfor a természetben egyetlen 31P izotóp formájában fordul elő (23,99%). A tömegszám 31. A 31 P foszforizotóp atommagja tizenöt protont és tizenhat neutront tartalmaz.

A foszfor mesterséges izotópjai 24 és 46 közötti tömegűek, amelyek közül a legstabilabb a 32 P, felezési ideje 14 nap.

Foszfor ionok

A foszforatom külső energiaszintjén öt elektron van, amelyek vegyértékek:

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

A kémiai kölcsönhatás következtében a foszfor elveszítheti vegyértékelektronjait, pl. legyen a donoruk, és pozitív töltésű ionokká alakuljanak vagy fogadjanak el elektronokat egy másik atomtól, pl. legyen az elfogadójuk, és negatív töltésű ionokká alakuljanak:

P 0 -5e → P 5+ ;

P 0 -3e → P 3+;

P0-1e → P1+;

P 0 +3e → P 3- .

A foszfor molekulája és atomja

A foszformolekula egyatomos - R. Adjunk meg néhány olyan tulajdonságot, amely a foszfor atomját és molekuláját jellemzi:

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

2. PÉLDA

• Megnevezés - P (foszfor);
• Időszak - III;
• csoport - 15 (Va);
• Atomtömeg - 30,973761;
• Atomszám - 15;
• Egy atom sugara = 128 pm;
• Kovalens sugár = 106 pm;
• Elektroneloszlás - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 ;
• olvadáspont: 44,14 °C;
• forráspont = 280 °C;
• Elektronegativitás (Pauling szerint / Alpred és Rochov szerint) = 2,19 / 2,06;
• Oxidációs állapot: +5, +3, +1, 0, -1, -3;
• Sűrűség (n.a.) \u003d 1,82 g / cm 3 (fehér foszfor);
• Moláris térfogat = 17,0 cm 3 / mol.

Foszforvegyületek:

A (fényhordozó) foszfort először Ahad Behil arab alkimista szerezte meg a 12. században. Az európai tudósok közül a német Hennig Brant volt az első, aki 1669-ben fedezte fel a foszfort, emberi vizelettel végzett kísérletek során, hogy aranyat vonjanak ki belőle (a tudós úgy vélte, hogy a vizelet arany színét az aranyrészecskék jelenléte okozza). . Valamivel később a foszfort I. Kunkel és R. Boyle szerezte meg – utóbbi leírta "A foszfor előállításának módja emberi vizeletből" című cikkében (1680.10.14.; a munka 1693-ban jelent meg). Lavoisier később bebizonyította, hogy a foszfor egyszerű anyag.

A földkéreg foszfortartalma 0,08 tömeg% - ez az egyik leggyakoribb kémiai elem bolygónkon. A foszfor nagy aktivitása miatt szabad állapotban nem fordul elő a természetben, hanem csaknem 200 ásványi anyag része, amelyek közül a leggyakoribb a Ca 5 (PO 4) 3 (OH) apatit és a Ca 3 (PO 4) 2. foszforit.

A foszfor fontos szerepet játszik az állatok, növények és az emberek életében - része egy olyan biológiai vegyületnek, mint a foszfolipidek, valamint jelen van a fehérjékben és más fontos szerves vegyületekben is, mint például a DNS és az ATP.

Rizs. A foszfor atom szerkezete.

A foszforatom 15 elektronból áll, és a külső vegyértékszintű elektronkonfigurációja hasonló a nitrogénhez (3s 2 3p 3), de a foszfor kevésbé kifejezett nemfémes tulajdonságokkal rendelkezik, mint a nitrogén, ami a szabad d-pálya jelenlétével magyarázható. , nagy atomsugár és alacsonyabb ionizációs energia .

Más kémiai elemekkel reakcióba lépve a foszforatom +5 és -3 közötti oxidációs állapotot mutathat (a legjellemzőbb oxidációs állapot +5, a többi meglehetősen ritka).

• +5 - foszfor-oxid P 2 O 5 (V); foszforsav (H3PO4); a foszfor V foszfátjai, halogenidjei, szulfidjai (a foszforsav sói);
• +3 - P 2O 3 (III); foszforsav (H3PO3); a foszfor III foszfitjai, halogenidjei, szulfidjai (a foszforsav sói);
• 0-P;
• -3 - foszfin PH 3; fém-foszfidok.

Alap (gerjesztetlen) állapotban a foszfor atomnak két páros elektronja van az s-alszinten + 3 párosítatlan elektron a p-pályákon (a d-pálya szabad) a külső energiaszinten. Gerjesztett állapotban az s-alszintről egy elektron átjut a d-pályára, ami kiterjeszti a foszforatom vegyértéklehetőségeit.

Rizs. A foszfor atom átmenete gerjesztett állapotba.

P2

Két foszforatom körülbelül 1000 °C hőmérsékleten P 2 molekulává egyesül.

Alacsonyabb hőmérsékleten a foszfor megtalálható a négyatomos P 4 molekulákban és a stabilabb polimer molekulákban is, P ∞ .

A foszfor allotróp módosulatai:

• Fehér foszfor- rendkívül mérgező (a fehér foszfor halálos dózisa felnőtt számára 0,05-0,15 g) fokhagyma illatú, színtelen, sötétben világító viaszos anyag (lassú oxidációs folyamat P 4 O 6-ban); a fehér foszfor nagy reakcióképességét gyenge P-P kötések magyarázzák (a fehér foszfor molekuláris kristályrácsa P 4, amelynek csomópontjaiban foszforatomok találhatók), amelyek meglehetősen könnyen megtörnek, aminek következtében a fehér foszfor hevítéskor vagy hosszú távú tárolás során stabilabb polimer módosulatokká alakul át: vörös és fekete foszfor. Ezen okok miatt a fehér foszfort levegő hozzáférés nélkül tárolják tisztított vízréteg alatt vagy speciális inert közegben.
• sárga foszfor- gyúlékony, erősen mérgező anyag, vízben nem oldódik, levegőn könnyen oxidálódik és spontán meggyullad, miközben élénkzöld vakító lánggal ég, sűrű fehér füst felszabadulásával.
• vörös foszfor- polimer, vízben oldhatatlan, összetett szerkezetű anyag, amely a legkisebb reakciókészséggel rendelkezik. A vörösfoszfort széles körben használják az ipari termelésben, mivel nem annyira mérgező. Mivel a szabad levegőn a nedvességet elnyelő vörös foszfor fokozatosan oxidálódik higroszkópos oxid ("nedves") képződésével, viszkózus foszforsavat képez, ezért a vörös foszfort hermetikusan lezárt tartályban tárolják. Áztatás esetén a vörösfoszfort vizes mosással megtisztítják a foszforsav-maradványoktól, majd szárítják és rendeltetésszerűen használják fel.
• fekete foszfor- tapintásra zsíros, grafitszerű anyag, szürkésfekete színű, félvezető tulajdonságokkal - a foszfor legstabilabb, átlagos reakcióképességű módosulata.
• Fémfoszfor nagy nyomáson feketefoszforból nyerik. A fémfoszfor nagyon jól vezeti az elektromosságot.

A foszfor kémiai tulajdonságai

A foszfor allotróp módosulatai közül a legaktívabb a fehérfoszfor (P 4). A kémiai reakciók egyenletében gyakran egyszerűen P-t írnak, és nem P 4-et. Mivel a foszfornak a nitrogénhez hasonlóan sokféle oxidációs állapota van, egyes reakciókban oxidálószer, másokban redukálószer, attól függően, hogy milyen anyagokkal lép kölcsönhatásba.

Oxidatív A foszfor a fémekkel való reakciókban olyan tulajdonságokat mutat, amelyek hevítéskor foszfidokká alakulnak:
3Mg + 2P \u003d Mg 3P 2.

A foszfor az redukálószer reakciókban:

• elektronegatívabb nemfémekkel (oxigén, kén, halogének):
  • foszfor (III) vegyületek oxidálószer hiányában keletkeznek
    4P + 3O 2 \u003d 2P 2 O 3
  • foszfor (V) vegyületek - feleslegben: oxigén (levegő)
    4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5
• halogénekkel és kénnel a foszfor a hiányban vagy feleslegben felvett reagensek arányától függően halogenideket és 3- vagy 5-értékű foszfor-szulfidot képez:
  • 2P + 3Cl 2 (hét) \u003d 2PCl 3 - foszfor(III)-klorid
  • 2P + 3S (hetek) \u003d P 2 S 3 - foszfor (III)-szulfid
  • 2P + 5Cl2 (pl.) \u003d 2PCl 5 - foszfor (V)-klorid
  • 2P + 5S (pl.) \u003d P 2S 5 - foszfor (V)-szulfid
• tömény kénsavval:
  2P + 5H 2 SO 4 \u003d 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2 H 2 O
• tömény salétromsavval:
  P + 5HNO 3 \u003d H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O
• híg salétromsavval:
  3P + 5HNO 3 + 2H 2 O \u003d 3H 3PO 4 + 5NO

A foszfor oxidálószerként és redukálószerként is működik a reakciókban aránytalanság lúgok vizes oldataival hevítés közben (a foszfin kivételével) hipofoszfitokat (hipofoszforsav sóit) képez, amelyekben nem jellemző +1 oxidációs állapotot mutat:
4P 0 + 3KOH + 3H 2 O \u003d P -3 H 3 + 3KH 2 P + 1 O 2

FIGYELEM: más savakkal, a fenti reakciók kivételével, a foszfor nem lép reakcióba.

A foszfor beszerzése és felhasználása

Iparilag a foszfort foszforitokból (fluorapatátok), amelyek kalcium-foszfátot is magukban foglalnak, koksszal redukálják, elektromos kemencékben 1600 °C hőmérsékleten kvarchomok hozzáadásával történő kalcinálással:
Ca 3 (PO 4) 2 + 5C + 3SiO 2 = 3CaSiO 3 + 2P + 5CO.

A reakció első szakaszában magas hőmérséklet hatására a szilícium (IV) oxid kiszorítja a foszfor (V) oxidot a foszfátból:
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 \u003d 3CaSiO 3 + P 2 O 5.

Ezután a foszfor-oxidot (V) szén redukálja szabad foszforrá:
P 2 O 5 + 5C \u003d 2P + 5CO.

A foszfor felhasználása:

• rovarirtók;
• gyufák;
• tisztítószerek;
• festékek;
• félvezetők.

A FOSZFORATOM SZERKEZETE

A foszfor a III. periódusban, az "A" fő alcsoport 5. csoportjában található, 15. sorszám alatt. Relatív atomtömeg A r (P) = 31 .

R +15) 2) 8) 5

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 3, foszfor: p - elem, nem fém

A foszfor vegyértékképessége szélesebb, mint a nitrogénatomé, mivel a foszforatomnak szabad d-pályái vannak. Emiatt a 3S 2 - elektronok leépülhetnek, és egyikük a 3d - pályára kerülhet. Ebben az esetben a foszfor harmadik energiaszintjében öt párosítatlan elektron lesz, és a foszfor képes lesz V vegyértéket mutatni.

Szabad állapotában a foszfor többféle allotot képezsziklás módosulatok: fehér, vörös és fekete foszfor

A foszfor az élő sejtekben orto- és pirofoszforsav formájában van jelen, nukleotidok, nukleinsavak, foszfoproteinek, foszfolipidek, koenzimek és enzimek része. Az emberi csontok 3Ca 3 (PO 4) 3 · CaF 2 hidroxi-apatitból állnak. A fogzománc összetétele fluorapatitot tartalmaz. A foszforvegyületek emberi és állati átalakulásában a fő szerepet a máj játssza. A foszforvegyületek cseréjét a hormonok és a D-vitamin szabályozzák. Az ember napi foszforszükséglete 800-1500 mg. A foszfor hiányával a szervezetben különféle csontbetegségek alakulnak ki.

FOSZFORTOXIKOLÓGIA

· vörös foszfor gyakorlatilag nem mérgező. A vörös foszfor por a tüdőbe kerülve krónikus hatású tüdőgyulladást okoz.

· Fehér foszfor nagyon mérgező, lipidekben oldódik. A fehér foszfor halálos dózisa 50-150 mg. A bőrre kerülve a fehér foszfor súlyos égési sérüléseket okoz.

Az akut foszformérgezés a szájban és a gyomorban égő érzéssel, fejfájással, gyengeséggel és hányással nyilvánul meg. 2-3 nap múlva sárgaság alakul ki. A krónikus formákat a kalcium-anyagcsere megsértése, a szív- és érrendszeri és az idegrendszer károsodása jellemzi. Elsősegélynyújtás akut mérgezés esetén - gyomormosás, hashajtók, tisztító beöntés, intravénás glükózoldatok. Bőrégés esetén az érintett területeket réz-szulfát vagy szóda oldattal kezelje. A levegőben lévő foszforgőz MPC értéke 0,03 mg/m³.

FOSZFOR BESZERZÉSE

A foszfort apatitokból vagy foszforitokból nyerik koksszal és szilícium-dioxiddal való kölcsönhatás eredményeként 1600 ° C hőmérsékleten:

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

A keletkező fehér foszforgőz a vevőben kondenzálódik a víz alatt. A foszforitok helyett más vegyületek is redukálhatók, például a metafoszforsav:

4HPO3 + 12C → 4P + 2H2 + 12CO.

A FOSZFOR KÉMIAI TULAJDONSÁGAI

FOSZFOR ALKALMAZÁSAI

A foszfor a legfontosabb biogén elem, ugyanakkor nagyon széles körben használják az iparban.

Talán a foszfor első tulajdonsága, amelyet az ember szolgálatába állított, a gyúlékonyság. A foszfor éghetősége nagyon magas, és az allotróp módosulástól függ.

A legaktívabb kémiailag, mérgező és éghető fehér ("sárga") foszfor, ezért nagyon gyakran használják (gyújtóbombákban stb.).

vörös foszfor- az ipar által előállított és felhasznált fő módosítás. Gyufagyártásnál használják, finomra csiszolt üveggel és ragasztóval együtt a doboz oldalfelületére kenik, amikor a kálium-klorátot és ként is tartalmazó gyufafejet dörzsölik, begyulladás következik be. A vörösfoszfort robbanóanyagok, gyújtóanyagok és üzemanyagok előállításához is használják.

A foszfor (foszfátok formájában) az ATP szintézisében részt vevő három legfontosabb biogén elem egyike. Az előállított foszforsav nagy részét foszfátműtrágyák előállítására használják - szuperfoszfát, csapadék stb.

MEGERŐSÍTÉSI FELADATOK

2. sz. Hajtsa végre az átalakításokat a séma szerint:
P -> Ca 3 P 2 -> PH 3 -> P 2 O 5
Az utolsó reakcióhoz PH 3 -> P 2 O 5 készítsen elektronikus mérleget, jelezze az oxidálószert és a redukálószert.

3. szám. Hajtsa végre az átalakításokat a séma szerint:
Ca 3 (PO 4 ) 2 -> P -> P 2 O 5

A foszfor egy 15-ös rendszámú kémiai elem. A D.I. V. csoportjában található. Mengyelejev. Az R foszfor kémiai képlete.

A foszfor nevét a görög phosphoros szóból kapta, ami azt jelenti, hogy „fényhordozó”.

A foszfor meglehetősen gyakori a földkéregben. Tartalma a földkéreg teljes tömegének 0,08-0,09%-a. És a tengervízben a foszfor 0,07 mg / l.

A foszfor nagy kémiai aktivitású, ezért szabad állapotban nem fordul elő. Másrészt azonban csaknem 190 ásványt alkot. A foszfort az élet elemének nevezik. Zöld növényekben, állati szövetekben, fehérjékben és más alapvető kémiai vegyületekben található.

Foszfor módosítások

Ismeretes, hogy egyes kémiai elemek két vagy több egyszerű anyag formájában létezhetnek, amelyek szerkezetükben és tulajdonságaikban különböznek egymástól. Ezt a jelenséget allotrópiának nevezik. Tehát a foszfornak számos allotróp módosulata van. Mindezek a módosítások tulajdonságaikban különböznek. A leggyakoribb a fehér foszfor, a sárga foszfor, a vörös foszfor, a fekete foszfor.

Fehér foszfor - egyszerű fehér anyag. Molekulaképlete P 4 . Megjelenésében a fehér foszfor hasonló a paraffinhoz. Kis erőfeszítéssel is deformálódik, késsel könnyen vágható. Sötétben a foszforból kiáramló halványzöld fény figyelhető meg. Ezt a jelenséget kemilumineszcenciának nevezik.

A fehér foszfor kémiailag aktív anyag. Oxigén hatására könnyen oxidálódik, szerves oldószerekben könnyen oldódik. Ezért speciális inert közegben tárolják, amely nem lép kémiai reakciókba. A fehér foszfor +44,1 °C-on megolvad. A fehér foszfor erősen mérgező anyag.

sárga foszfor - ez nyers fehér foszfor, vagy fehér foszfor szennyeződésekkel. Olvadáspont +34 °C, forráspont +280 °C. A fehérhez hasonlóan a sárga foszfor is vízben oldhatatlan. Levegőn oxidálódik és gyúlékony. Neki is megvan a kemilumineszcencia jelensége.

vörös foszfor fehér foszfor magas hőmérsékletre hevítésével nyerik. A vörösfoszfor képlete Р n . Ez egy összetett polimer. A termelési körülményektől függően a vörös foszfor színe a világosvöröstől a sötétbarnáig változhat. Kémiailag a vörös foszfor sokkal kevésbé aktív, mint a fehér. Csak olvadt ólomban és bizmutban oldódik. Levegőn nem gyullad meg. Ez csak 240-250 o C-ra hevítve fordulhat elő, amikor fehér foszforrá szublimálódik. De ütés vagy súrlódás hatására spontán meggyulladhat. A vörösfoszforban a kemilumineszcencia jelensége nem figyelhető meg. Vízben, benzolban, szén-diszulfidban nem oldódik. Csak foszfor-tribromidban oldódik. Levegőn tárolva fokozatosan oxidálódik. Ezért zárt, lezárt edényben tárolja.

A vörös foszfor szinte nem mérgező. Ezért őt használják a gyufagyártásban.

fekete foszfor grafitnak tűnik. Először 1914-ben nyertek feketefoszfort fehérfoszforból 20 ezer atmoszféra (2 10 9 Pa) nyomáson és 200 o C hőmérsékleten. A feketefoszfor 1000 o C-on és 18-as nyomáson megolvad. 10 5 Pa. A feketefoszfor nem oldódik sem vízben, sem szerves oldószerekben. Csak akkor kezd égni, ha tiszta oxigénben +400 °C-ra melegítjük. A fekete foszfor félvezető anyagok tulajdonságaival rendelkezik.

Az elemi foszfor kémiai tulajdonságai

1. Az elemi foszfort oxigén oxidálja

Oxigéntöbbletű környezetben

4P + 5O 2 → 2P 2 O 5

Oxigénhiánnyal

4P + 3O 2 → 2P 2 O 3

2. Reagál fémekkel, hevítéskor foszfidokat képezve

3Mg + 2P → Mg 3P 2

3. Reagál nem fémekkel

2P + 5Cl 2 → 2PCl 5

4. +500 ° C hőmérsékleten kölcsönhatásba lép a vízgőzzel

8P + 12H 2 O → 5RN 3 + 3H 3 RO 4

A foszfor használata

A foszfor fő fogyasztója a mezőgazdaság. Az összes nyert foszfor nagy részét foszfátműtrágyák előállításához használják fel: foszfátkőzet, egyszerű és kettős szuperfoszfátok, komplex nitrogén-foszfor műtrágyák. A foszfort széles körben használják szintetikus mosószerek, foszfátüvegek gyártásában, természetes és szintetikus szálak feldolgozására és festésére. Az orvostudományban a foszforkészítményeket gyógyszerként használják.

FOSZFOR, P, a periódusos rendszer V. csoportjának eleme; atomtömeg 31,03; Foszfor izotópokat nem találtak. A vegyületekben a foszfor három- és ötértékű. A hidrogénnel való legmagasabb kapcsolata PH 3; oxigénnel a P 2 O 3, P 2 O 4 és P 2 O 5 oxidokat adja. A foszfor vegyértékét és vegyülettípusát tekintve hasonlít a nitrogénre, de tulajdonságaiban (mind a foszfor, mind vegyületei) teljesen különbözik a nitrogéntől. gyakori a természetben, és szinte minden kőzetben megtalálható az apatit ásványi kristályok zárványai formájában. A foszfor foszforitok és apatitok ásványi felhalmozódásai formájában található meg. Az apatitok ritkán fordulnak elő nagy tömegekben, és kivételt képeznek ennek az ásványnak a hatalmas lerakódásai a Szovjetunió Khibiny tundrájában. A foszforitok ismertek Georgiában, Floridában, Észak- és Dél-Karolinában, Tennessee-ben, Algériában, Tunéziában és a Nagy-óceán egyes szigetein. A Szovjetunió rendkívül gazdag foszforitokban, amelyek lelőhelyei a moszkvai régióban, az Urálban, Kazahsztánban, Ukrajnában, a Csuvas Köztársaságban, Podoliában, az Észak-Kaukázusban stb. ismertek. Ásványok, mint például a vivianit Fe 3 A (PO 4) 2 8H 2 O és a türkiz (Al 2 O 3) 2 P 2 O 5 5H 2 O a foszforsav vizes sói. A foszfor az élő szervezetek szöveteinek nélkülözhetetlen alkotóeleme. A foszfort és lecitint tartalmazó fehérjék az izmok, az idegek és az agy részét képezik. A csontok foszfort tartalmaznak foszforsav trikalciumsója formájában.

A foszfor többféle allotróp módosulatban is előállítható. A fehér foszfor (közönséges, sárga) színtelen, átlátszó üveges anyag vagy fehér kis kristályok; tiszta fehér foszfor csak sötétben, oxigén és nedvesség hiányában nyerhető. A frakcionált desztilláció vagy frakcionált kristályosítás teljesen tiszta foszfort eredményez, amely gyorsan megsárgul a fényben. Az ilyen sárgulást a foszfor felületén vékony, vörös módosulású film képződése magyarázza. Ha a közönséges foszfort hosszan tartó intenzív fény éri, akkor teljesen vörössé változhat. 150°C-on oxigén hiányában a közönséges foszfor színe megváltozása nélkül szublimál. A fehérfoszfornak két módosítása ismert: α és β; az első a megfelelő rendszerben kristályosodik (fajsúly ​​1,84), a második (közönséges foszfor) - hatszögletű (fajsúly ​​1,88). Az α-foszfor átalakulása β-foszforrá a következő feltételek mellett megy végbe:

A foszfor Mohs-keménysége 0,5. Plaszticitása a hőmérséklet emelkedésével nő. Az olvadt foszfor alig nedvesíti az üveget; felületi feszültség 35,56 D/cm 132,1 °C-on és 43,09 D/cm 78,3 °C-on. A foszfor megfelelő fajsúlya 1,665 és 1,714. A közönséges foszfor összenyomhatósága 100 és 500 atm között 0,0000199 cm 2 /kg. A közönséges foszfor tágulási együtthatója 0 °C-ról 40 °C-ra = 0,000125, térfogata 44 °C-on 1,017-szerese a 0 °C-os térfogatnak. A fehérfoszfor hőkapacitása (0-51°C) 0,183 cal/g; olvadáshő 5,03 cal/g. 1 liter foszforgőz tömege 2,805 g (Williamson). Moláris tömege a 313 ° C-tól a vörös hőig terjedő hőmérséklet-tartományban 128 és 119,8 között van. Ezért molekulájának szerkezete ebben az intervallumban P 4 -nek felel meg. Magas hőmérsékleten részben P 2 -dá disszociál. Oldatban molekulája a P 4 képletnek felel meg; a közönséges foszfor olvadáspontja 44,5 °C; 40°C-on lassan szublimál, normál hőmérsékleten elpárolog. A közönséges szilárd foszfor gőznyomása 5°C-on - 0,03 mm, 40°C-on - 0,50 mm. A foszfor oldhatósága vízben: 0,0003 g/100 g víz 15°C-on. Különféle oldószerek kb. foszfort oldanak (100 óra oldószerben): szén-diszulfid 25, benzin 1,5, mandulaolaj 1,00, tömény ecetsav 1,00, éter 0,45, etil-alkohol (fajsúly ​​0,822) 0,25, hidrogén 17 jól felszívja 0. glicerint. foszfor, különösen elektromos kisülés során. A hidrogén képes reagálni a foszforral in statu nascendi; a felszabaduló gáz már nem rendelkezik ezzel a képességgel. A fluor normál hőmérsékleten gyulladás nélkül reagál a foszforral, így PF 3 feleslegben, PF 5 pedig fluorfeleslegben képződik. A foszfor erőteljesen egyesül az oxigénnel, és a reagensek mennyiségétől függően foszfort vagy foszforsav-anhidridet képez. A hidrokinon, cukor, glicerin, nátrium-arzénsav lassítja a foszfor oxidációs reakcióját. A légköri oxigénnel kombinálva a foszfor meggyullad, ezért víz alatt kell tárolni. A foszfor gyulladási hőmérséklete levegőben, oxigénben vagy azonos térfogatú szén-dioxiddal hígított levegőben 45,0-45,2°C. A közönséges foszfor meggyulladását a levegő ritkítása segíti elő, és a kompresszió megakadályozza. Az ózon és a nedvesség jelenléte a légkörben növeli a gyulladási hőmérsékletet. Szén-diszulfid atmoszférában a foszfor gyulladási hőmérséklete 87 ° C, a terpentin - 18 °; a foszfor gyújtás nélkül 205 °C-ra melegíthető, ha nyugalmi állapotban van; a legkisebb keverés 45°C-on is gyulladást okoz. A közönséges foszfor 20 másodpercen belül meggyullad, ha érintkezik tiszta amalgámozott alumíniummal. A nitrogént a foszfor felszívja, de nem lép reakcióba vele. A fehér foszfor a sötétben világít, amikor érintkezik a légköri oxigénnel. A ragyogás intenzitása az oxigén koncentrációjától függ. 27°C alatti tiszta oxigénben a foszfor nem izzik és nem oxidálódik. A fehér foszfor mérgező, és 0,15 g-os adagja halálos. Tekintettel a foszfor zsírokban való oldódására, mérgezés esetén a zsíros ételek és a tej teljesen elfogadhatatlanok, mivel hozzájárulnak a foszfor jobb felszívódásához a szervezetben.

A vörös foszfor olyan módosulás, amely fizikai és kémiai tulajdonságaiban élesen különbözik a fehér foszfortól. Vörös foszfor képződik közönségesből, amikor elektromos kisülést vezetnek át az utóbbi gőzein. A fehér foszfor foszfor-tribromidban készült oldatának 170-190 °C hőmérsékleten történő melegítésével izolálható az ún. málna fajta foszfor. Ez a fajta kolloid szerkezetű, és átmeneti a közönséges és a vörös foszfor között; a foszfor-trijodid jelenléte felgyorsítja (3-szorosára) a reakciót. A közönséges foszfort kénnel vagy szulfiddal hevítjük, majd a kapott keveréket lúg vagy ammónia vizes oldatával kezeljük, vörös foszfort is kaphatunk. A vörösfoszfort a technológiában a közönséges foszfor levegő nélküli melegítésével nyerik 240-250 ° C hőmérsékleten; A reakciót hőkibocsátás kíséri. A vörösfoszfor színe a készítmény hőmérsékletétől függően változik. Alacsony hőmérsékleten bíbor árnyalatú, magas hőmérsékleten lila vagy lila színű. A szelén felgyorsítja a fehér foszfor vörössé való átalakulását. A közönséges foszforszennyeződések vöröstől való elválasztását szén-diszulfiddal 50 órán át 250-260 ° C-on vagy 10% -os nátrium-lúg oldattal 2 órán keresztül végezzük; a foszfor mosása is lehetséges szén-diszulfid és kalcium-klorid oldat keverékével, amelynek fajsúlya 1,349-1,384. Ebben az esetben a közönséges foszfor feloldódik a szén-diszulfidban, és a vörös kalcium-klorid oldatban ülepedik. Feltételezhető, hogy a foszfor fehér és vörös módosulata kémiailag különbözik; ennek az álláspontnak a bizonyítéka, hogy amikor az olvadt sárga és vörös foszfort összekeverik, nem figyelhető meg az elsőnek a másodikba való átmenete. A 280-400 °C-os tartományban hevítve a vörös foszfor gőze részben besűrűsödik az ún. fémes foszfor. A gőzök gyors lehűlésével részben vörösfoszfor képződik, és minél nagyobb mennyiségben, annál magasabb volt a hőmérséklet a megszilárdulás előtt. A vevő felülete katalitikusan hat a vörös foszfor képződésére. A melegítés időtartama nem befolyásolja a folyamatot, de a lehűlésnek gyorsan meg kell történnie. Van olyan vélemény (A. Stock), hogy a vörös foszfor disszociált foszformolekulák egymással vagy nem disszociált molekulákkal való kombinációja eredményeként képződik, és a P 4 sárga foszformolekulák képződése viszonylag lassabb, mint a foszformolekulák képződése. vörös foszfor molekulák. A vörös foszfor gőzállapotból történő kondenzációja független a folyékony sárga foszfor jelenlététől. Vörös foszfor, amelyet 1200 ° C hőmérsékletű gőzök hűtésével és 5 mm nyomáson nyernek, legfeljebb 1% sárga foszfort tartalmaz; ebből következik, hogy a P 2 és P 4 molekulák részt vesznek a vörös foszfor képződésében. Lehetséges, hogy ez a képződés az mР 2 + nP 4 = P 2 m+4 n egyenletet követi. Vannak arra vonatkozó javaslatok, hogy az olvadt foszfor egyensúlyban P 4 sárga foszfor és P n vörös foszfor molekulákat tartalmaz:

A vörösfoszfor olvadáspontja felett (592,5°C, más források szerint 589,5°C) a molekulák többsége P 4 formájú, így a gyors hűtés hatására fehér változat alakul ki, de a lassú hűtés lehetővé teszi az egyensúlyi állapot kialakulását. jobbra tolódik, és a megszilárdulás során vörösfoszfor szabadul fel. A vörösfoszfor fajsúlya 2,05 és 2,3 között mozog, ami miatt két módosulás keverékének tekintjük. Feltételezések szerint a vörösfoszfor kristályszerkezetében monoklin. A vörösfoszfor összenyomhatósága (100-500 atm között) 0,0000092 cm 2 /kg; A vörösfoszfor olvadáspontja a hevítési sebességtől függ, és ±0,5°C-on belül változik. Vörösfoszfor gőznyomása 230°C-on - 0 mm, 360°C-on - 0,1 mm, 500°C-on - 9 atm. A vörös foszfor nem oldódik szén-diszulfidban. A hő felszabadulásával nyert vörös foszfor kevesebb energiát tartalmaz, és sokkal kevésbé aktív, mint a fehér foszfor. A vörösfoszfor nem mérgező, levegőn nem gyullad meg, ezért tárolása nem olyan veszélyes. A vörös foszfor becsapódáskor meggyullad. Gittorf azt állítja, hogy a vörös foszfor sárgává történő átalakulása nem figyelhető meg 320 ° C-on, de az utóbbi 358 ° C-on képződik. Egy lezárt csőben a vörös foszfor 450 és 610 °C közötti hőmérsékleten erős.

Kristályos vagy ibolyaszínű foszfor kristályos szerkezetű, a kristályok trigonálisak, tengelyarányuk a:c = 1:1,1308. Megolvadt ólomból vagy bizmutból kristályosítással, valamint fehér foszfor 500 kg / cm 2 nyomáson nátrium jelenlétében történő melegítésével nyerik. Szén-diszulfidban oldhatatlan; az ibolya foszfor fajsúlya 2,34; 690,9 °C-on szublimál; olvadáspontja 589,5 °C 43,1 atm nyomáson.

A feketefoszfort (R. Bridgeman) közönséges foszforból nyerik, amikor 216 °C-ra hevítik 89 atm nyomáson. Szén-diszulfidban oldhatatlan; 400 ° C hőmérsékleten meggyullad, és nem gyullad be ütésre; a vörös foszfor feketévé való átmeneti hőmérséklete 575 °C; a vörös foszfor hidrogénatmoszférában 200°C-on és 90 atm nyomáson feketévé válik (V. Ipatiev). Csak 2 módosításnak van technikai jelentősége: fehér (sárga) és vörös foszfor.

Foszfor beszerzése. Általában fehér foszfort állítanak elő, amelyet szükség esetén vörös módosulattá alakítanak át. A foszfor kinyerésének kiindulási anyaga a foszforitok – természetes trikalcium-foszfát, a legjobb a csonthamu. Az eljárás a foszfát szénnel történő redukálásából vagy alumíniumnak szilícium-dioxiddal kevert nátrium-metafoszfáton való hatásából áll:

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

A foszfor gyári előállításának két módja van: 1) a régi Pelletier-módszer, amely abból áll, hogy a foszfátot (csontlisztet) híg kénsavval kezelik, és a trikalcium-foszfátot monokalcium-foszfáttá alakítják:

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

Ez utóbbi oldatát elválasztják a gipsztől (CaSO 2H 2 O), bepárolják, szénnel kalcinálják, és kalcium-metafoszfátot kapnak:

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

amely erős kalcinálás után foszfort, trikalcium-foszfátot és szén-monoxidot ad:

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

A Wehler-módszer szerint közvetlenül trikalcium-foszfátból származnak:

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

Ez a folyamat magas hőmérsékletet igényel, és csak elektromos kemencék bevezetésével kezdték használni. Létezik egy módszer foszfor előállítására szénnel kevert szabad foszforsavból elektromos áram segítségével. Akadémikus a Szovjetunióban. E. V. Britske kidolgozott egy módszert a foszfor nagyolvasztókban való előállítására.

A kereskedelmi termék nyomokban mindig tartalmaz arzént, szilíciumvegyületeket és szenet. A mechanikai szennyeződéseket szűréssel távolítják el, még jobb esetben újradesztillációval. A fehér foszfor vörössé alakítása 260 °C hőmérsékleten történik; a nyomáscsökkenés lelassítja a reakció lefolyását; a világítás felgyorsítja a folyamatot; katalizátorok (jód, szelén) is befolyásolják.

Foszfor analitikai meghatározása. A foszforgőz az ezüst-nitráttal impregnált nedves papírra hat, amitől az elfeketedik. A feketeség a foszfor és a fém képződésének köszönhető ezüst . A reakció 2 lépésben megy végbe. A foszfor vízzel reagálva hidrogén-foszfort és hipofoszforsavat képez:

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

A reakció során keletkező vegyületek az ezüst-nitrátra hatnak:

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

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

Ez a reakció csak H 2 S, AsH 3, SbH 3, valamint hangya-aldehid és hangyasav hiányában alkalmazható fehérfoszfor felfedezésére. A mérgező foszfor felfedezése (Mitcherlich szerint) azon a képességen alapul, hogy a foszfor sötétben nedves levegőben világít. A zúzott anyagot, amelyben a foszfort feltételezik, egy hűtőszekrényhez csatlakoztatott lombikba helyezik. Annyi vizet öntünk a lombikba, hogy folyékony zagyot kapjunk, és a lombik tartalmát borkősavval semlegesítjük, amíg enyhén savas lesz. Ha a lombikot sötétben melegítjük, jelentéktelen mennyiségű foszfor (néhány mg) már világít a hűtőszekrényben. Mivel a lumineszcencia jelensége a foszfor-szulfid jelenléte miatt is kialakulhat a melegítés hatására bekövetkező bomlás után, ezért a lombikot nem közvetlenül, hanem vízgőz átvezetésével javasolt melegíteni. A foszfor izzása nem figyelhető meg nyomokban ammónia, szén-diszulfid, alkoholgőzök, illóolajok és telítetlen szénhidrogének jelenlétében, ezért a desztillációt nem szabad túl korán leállítani. Ha ennek ellenére nem észlelünk fényt, akkor a szűrletet klóros vízzel oxidáljuk, vízfürdőben kis térfogatra párologtatjuk, és foszforsavat vizsgálunk. A foszfor izzása a lombikban is megfigyelhető, a folyadékot először forrásig melegítjük, majd kissé lehűtjük, és ismét felforraljuk; 0,0171 mg foszfor nagyon világosan világít, 0,0085 mg - tisztán, 0,0042 mg - gyengén és 0,001 mg - kétséges. A foszfor a statu nascendiben hidrogénnel redukálva hidrogén-foszfort ad, amely hidrogénnel keveredve smaragdzöld lánggal ég, ha meggyújtják egy platinavégű cső kimeneténél. A szerves anyagok megakadályozzák a szín megjelenését, ezért d. b. elválasztott. A salétromsav könnyen oxidálja a foszfort foszforsavvá:

ZR 4 +20NNO 3 + 8H 2 O \u003d 12H 3 RO 4 +20NO3.

A foszfor mennyiségét foszforsavvá történő oxidáció és MgNH 4 PO 4 formájában történő kicsapás után határozzák meg.

Alkalmazás . A foszfor az egyik olyan elem, amely nélkül a növényi és állati szervezetek megfelelő fejlődése lehetetlen. Közvetlen kapcsolat van a tápközeg foszfortartalma és a növények növekedése között. A foszfor a nitrogénnel és a káliummal együtt a legfontosabb tápanyag, amelyben oldal - x. növények. Mivel a gabonabetakarítással együtt elidegenedik a szántóföldtől, a foszfor ciklusában nincs zárt ciklus, ezért kívülről a talajba történő mesterséges bejuttatása nélkül a talaj kimerülése figyelhető meg. A legnagyobb csoportot a foszfortartalmú műtrágyák alkotják. A foszfort katonai ügyekben füstképző szerként és gyújtólövedékek töltésére használják.