Fosforas Fosforas gamtoje įgyja fosforo savybes. Fosforo panaudojimo sritys. Fosforo gavimas ir naudojimas

APIBRĖŽIMAS

Fosforas- penkioliktas periodinės lentelės elementas. Pavadinimas – P iš lotyniško žodžio „phosphorus“. Įsikūręs trečiajame periode, VA grupė. Nurodo nemetalus. Branduolinis užtaisas yra 15.

Fosforas yra vienas iš gana paplitusių elementų; jo kiekis žemės plutoje yra apie 0,1 % (masės). Dėl lengvo fosforo oksidacijos laisvoje būsenoje jo gamtoje nėra.

Iš natūralių fosforo junginių svarbiausias yra kalcio ortofosfatas Ca 3 (PO 4) 2 , kuris kartais sudaro dideles nuosėdas mineralinio fosforo pavidalu. Taip pat dažnai randamas mineralinis apatitas, kuriame, be Ca 3 (PO 4) 2, taip pat yra CaF 2 arba CaCl 2.

Fosforo atominė ir molekulinė masė

APIBRĖŽIMAS

Santykinė medžiagos molekulinė masė (M r) yra skaičius, rodantis, kiek kartų tam tikros molekulės masė yra didesnė nei 1/12 anglies atomo masės, ir santykinė elemento atominė masė (A r)- kiek kartų vidutinė cheminio elemento atomų masė yra didesnė už 1/12 anglies atomo masės.

Fosforo atominės ir molekulinės masės reikšmės sutampa; jie lygūs 30,9737.

Fosforo alotropija ir alotropinės modifikacijos

Fosforas sudaro keletą alotropinių modifikacijų.

Baltasis fosforas gaunamas kietas, greitai aušinant fosforo garus; jo tankis 1,83 g/cm 3 . Gryna forma baltas fosforas yra visiškai bespalvis ir skaidrus (1 pav.). Šaltyje yra trapus, tačiau aukštesnėje nei 15 o C temperatūroje tampa minkštas ir lengvai pjaustomas peiliu.

Ore baltas fosforas labai greitai oksiduojasi ir šviečia tamsoje. Jau esant žemam kaitinimui, kuriam užtenka paprastos trinties, fosforas užsidega ir perdega. Ji turi molekulinę kristalinę gardelę, kurios mazguose yra tetraedrinės molekulės P 4 . Stiprus nuodas.

Ryžiai. 1. Fosforo alotropinės modifikacijos. Išvaizda.

Kai baltasis fosforas kaitinamas iki 250-300 o C temperatūros, jis pereina į kitą modifikaciją, kuri turi raudonai violetinę spalvą ir vadinama raudonuoju fosforu. Ši transformacija vyksta labai lėtai ir veikiama šviesos.

Raudonasis fosforas savo savybėmis labai skiriasi nuo baltojo: lėtai oksiduojasi ore, nešviečia tamsoje, užsidega tik 260 o C temperatūroje ir yra netoksiškas.

Stipriai kaitinant, raudonasis fosforas, nelydant, išgaruoja (sublimuoja). Kai garai atšaldomi, gaunamas baltas fosforas.

Juodasis fosforas susidaro iš baltojo kaitinant iki 200-220 o C esant labai aukštam slėgiui. Jis atrodo kaip grafitas, yra riebus liesti ir sunkesnis nei kitos modifikacijos. Puslaidininkis.

Fosforo izotopai

Yra žinoma, kad fosforas gamtoje randamas vieno izotopo 31P pavidalu (23,99%). Masės skaičius yra 31. Fosforo izotopo 31 P atomo branduolyje yra penkiolika protonų ir šešiolika neutronų.

Yra dirbtinių fosforo izotopų, kurių masės skaičius yra nuo 24 iki 46, tarp kurių stabiliausias yra 32 P, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 14 dienų.

Fosforo jonai

Fosforo atomo išoriniame energijos lygyje yra penki elektronai, kurie yra valentiniai:

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

Dėl cheminės sąveikos fosforas gali prarasti valentinius elektronus, t.y. būti jų donoru, ir virsti teigiamai įkrautais jonais arba priimti elektronus iš kito atomo, t.y. būti jų akceptoriumi ir virsti neigiamo krūvio jonais:

P 0 -5e → P 5+ ;

P 0 -3e → P 3+;

P 0 -1e → P 1+ ;

P 0 +3e → P 3- .

Fosforo molekulė ir atomas

Fosforo molekulė yra monoatominė – R. Pateikime keletą savybių, charakterizuojančių fosforo atomą ir molekulę:

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

2 PAVYZDYS

• Pavadinimas - P (Fosforas);
• Laikotarpis - III;
• Grupė - 15 (Va);
• Atominė masė - 30,973761;
• Atominis skaičius - 15;
• Atomo spindulys = 128 pm;
• Kovalentinis spindulys = 106 pm;
• Elektronų pasiskirstymas - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 ;
• lydalo t = 44,14 °C;
• virimo temperatūra = 280°C;
• Elektronegatyvumas (pagal Paulingą / pagal Alpredą ir Rochovą) = 2,19 / 2,06;
• Oksidacijos būsena: +5, +3, +1, 0, -1, -3;
• Tankis (n.a.) \u003d 1,82 g / cm 3 (baltasis fosforas);
• Molinis tūris = 17,0 cm 3 / mol.

Fosforo junginiai:

Fosforą (nešantį šviesą) XII amžiuje pirmą kartą gavo arabų alchemikas Ahadas Behilas. Iš Europos mokslininkų vokietis Hennigas Brantas pirmasis atrado fosforą 1669 m., eksperimentuodamas su žmogaus šlapimu, bandydamas iš jo išgauti auksą (mokslininkas manė, kad auksinę šlapimo spalvą nulėmė aukso dalelių buvimas). . Kiek vėliau fosforą gavo I. Kunkelis ir R. Boyle'as – pastarasis jį aprašė savo straipsnyje „Fosforo paruošimo iš žmogaus šlapimo metodas“ (1680 10 14; darbas išleistas 1693 m.). Vėliau Lavoisier įrodė, kad fosforas yra paprasta medžiaga.

Fosforo kiekis žemės plutoje yra 0,08% masės – tai vienas iš labiausiai paplitusių cheminių elementų mūsų planetoje. Dėl didelio aktyvumo laisvos būsenos fosforas gamtoje nepasitaiko, bet yra beveik 200 mineralų dalis, iš kurių dažniausiai yra Ca 5 (PO 4) 3 (OH) apatitas ir Ca 3 (PO 4) 2. fosforitas.

Fosforas vaidina svarbų vaidmenį gyvūnų, augalų ir žmonių gyvenime – jis yra tokio biologinio junginio, kaip fosfolipidas, dalis, taip pat jo yra baltymuose ir kituose svarbiuose organiniuose junginiuose, tokiuose kaip DNR ir ATP.

Ryžiai. Fosforo atomo sandara.

Fosforo atome yra 15 elektronų, jo išorinė valentingumo lygio elektroninė konfigūracija panaši į azoto (3s 2 3p 3), tačiau fosforo nemetalinės savybės yra mažiau ryškios, palyginti su azotu, o tai paaiškinama laisvos d-orbitalės buvimu. , didelis atominis spindulys ir mažesnė jonizacijos energija .

Reakcijoje su kitais cheminiais elementais fosforo atomas gali turėti oksidacijos būseną nuo +5 iki -3 (tipiškiausia oksidacijos būsena yra +5, likusieji gana reti).

• +5 - fosforo oksidas P 2 O 5 (V); fosforo rūgštis (H 3 PO 4); fosfatai, halogenidai, fosforo V sulfidai (fosforo rūgšties druskos);
• +3 - P2O3 (III); fosforo rūgštis (H 3 PO 3); fosfitai, halogenidai, fosforo III sulfidai (fosforo rūgšties druskos);
• 0-P;
• -3 - fosfinas PH 3; metalo fosfidai.

Esant pagrindinei (nesužadintai) būsenai, fosforo atomas turi du suporuotus elektronus s-polygyje + 3 nesuporuotus elektronus p-orbitalėse (d-orbitalė yra laisva) išoriniame energijos lygyje. Sužadintoje būsenoje vienas elektronas iš s-polygio pereina į d-orbitalę, o tai išplečia fosforo atomo valentingumo galimybes.

Ryžiai. Fosforo atomo perėjimas į sužadintą būseną.

P2

Du fosforo atomai susijungia į P2 molekulę maždaug 1000°C temperatūroje.

Esant žemesnei temperatūrai, fosforo yra keturių atomų molekulėse P 4 ir taip pat stabilesnėse polimero molekulėse P ∞ .

Allotropinės fosforo modifikacijos:

• Baltasis fosforas- itin nuodinga (mirtina baltojo fosforo dozė suaugusiam žmogui yra 0,05-0,15 g) vaškinė medžiaga su česnako kvapu, be spalvos, šviečianti tamsoje (lėtas oksidacijos procesas P 4 O 6); didelis baltojo fosforo reaktyvumas paaiškinamas silpnomis P-P jungtimis (baltasis fosforas turi molekulinę kristalinę gardelę, kurios formulė P 4, kurios mazguose yra fosforo atomai), kurios gana lengvai suskaidomos, dėl to baltas fosforas , kaitinant arba ilgai laikant, pereina į stabilesnes polimerines modifikacijas: raudonąjį ir juodąjį fosforą. Dėl šių priežasčių baltas fosforas laikomas be oro prieigos po išvalyto vandens sluoksniu arba specialiose inertinėse terpėse.
• geltonasis fosforas- degi, labai toksiška medžiaga, netirpsta vandenyje, lengvai oksiduojasi ore ir užsidega savaime, degdama ryškiai žalia akinama liepsna, išskirdama tirštus baltus dūmus.
• raudonasis fosforas- polimerinė, vandenyje netirpi sudėtingos struktūros medžiaga, pasižyminti mažiausiai reaktyvumu. Raudonasis fosforas plačiai naudojamas pramoninėje gamyboje, nes nėra toks toksiškas. Kadangi atvirame ore raudonasis fosforas, sugerdamas drėgmę, palaipsniui oksiduojasi, susidarant higroskopiniam oksidui („drėgnui“), sudaro klampią fosforo rūgštį, todėl raudonasis fosforas laikomas hermetiškai uždarytoje talpykloje. Mirkymo atveju raudonasis fosforas išvalomas nuo fosforo rūgšties likučių plaunant vandeniu, po to išdžiovinamas ir naudojamas pagal paskirtį.
• juodasis fosforas- riebi liesti pilkai juoda grafitą primenanti medžiaga, turinti puslaidininkinių savybių - stabiliausia fosforo modifikacija, pasižyminti vidutiniu reaktyvumu.
• metalinis fosforas gaunamas iš juodojo fosforo esant aukštam slėgiui. Metalinis fosforas labai gerai praleidžia elektrą.

Fosforo cheminės savybės

Iš visų alotropinių fosforo modifikacijų aktyviausias yra baltasis fosforas (P 4). Dažnai cheminių reakcijų lygtyje jie tiesiog rašo P, o ne P 4. Kadangi fosforas, kaip ir azotas, turi daugybę oksidacijos būsenų variantų, vienose reakcijose jis yra oksidatorius, kitose – reduktorius, priklausomai nuo medžiagų, su kuriomis sąveikauja.

Oksidacinis Fosforas pasižymi reakcijomis su metalais, kurios atsiranda kaitinant ir susidaro fosfidai:
3Mg + 2P \u003d Mg 3P 2.

Fosforas yra reduktorius reakcijose:

• su daugiau elektronneigiamų nemetalų (deguonis, siera, halogenai):
  • fosforo (III) junginiai susidaro, kai trūksta oksidatoriaus
    4P + 3O 2 \u003d 2P 2 O 3
  • fosforo (V) junginiai - su pertekliumi: deguonies (oro)
    4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5
• su halogenais ir siera fosforas sudaro halogenidus ir 3 arba 5-valenčio fosforo sulfidą, priklausomai nuo reagentų santykio, kurių paimama per mažai arba per daug:
  • 2P + 3Cl 2 (savaitė) \u003d 2PCl 3 - fosforo (III) chloridas
  • 2P + 3S (savaitės) \u003d P 2S 3 - fosforo (III) sulfidas
  • 2P + 5Cl2 (pvz.) \u003d 2PCl 5 - fosforo (V) chloridas
  • 2P + 5S (pvz.) \u003d P 2S 5 - fosforo (V) sulfidas
• su koncentruota sieros rūgštimi:
  2P + 5H 2 SO 4 \u003d 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2 H 2 O
• su koncentruota azoto rūgštimi:
  P + 5HNO 3 \u003d H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O
• su praskiesta azoto rūgštimi:
  3P + 5HNO 3 + 2H 2 O \u003d 3H 3 PO 4 + 5NO

Fosforas reakcijose veikia ir kaip oksidatorius, ir kaip reduktorius neproporcingumas su vandeniniais šarmų tirpalais kaitinant susidaro (išskyrus fosfiną) hipofosfitus (hipofosforinės rūgšties druskas), kuriuose jam nebūdinga oksidacijos būsena +1:
4P 0 + 3KOH + 3H 2 O \u003d P -3 H3 + 3KH 2 P +1 O 2

ATMINKITE: su kitomis rūgštimis, išskyrus minėtas reakcijas, fosforas nereaguoja.

Fosforo gavimas ir naudojimas

Pramoniniu požiūriu fosforas gaunamas redukuojant koksą iš fosforitų (fluorapatų), kurių sudėtyje yra kalcio fosfato, kaitinant elektrinėse krosnyse 1600 °C temperatūroje, pridedant kvarcinio smėlio:
Ca 3 (PO 4) 2 + 5C + 3SiO 2 = 3CaSiO 3 + 2P + 5CO.

Pirmajame reakcijos etape, veikiant aukštai temperatūrai, silicio (IV) oksidas išstumia fosforo (V) oksidą iš fosfato:
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 \u003d 3CaSiO 3 + P 2 O 5.

Tada fosforo oksidas (V) anglimi redukuojamas iki laisvo fosforo:
P 2 O 5 + 5C \u003d 2P + 5CO.

Fosforo naudojimas:

• pesticidai;
• degtukai;
• plovikliai;
• dažai;
• puslaidininkiai.

FOSFORO ATOMO STRUKTŪRA

Fosforas yra III periode, pagrindinio „A“ pogrupio 5-oje grupėje, eilės numeriu Nr.15. Santykinė atominė masė A r (P) = 31 .

R +15) 2) 8) 5

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 3, fosforas: p - elementas, nemetalas

Fosforo valentingumo galimybės yra platesnės nei azoto atomo, nes fosforo atomas turi laisvų d-orbitalių. Todėl gali įvykti 3S 2 - elektronų nutrūkimas ir vienas iš jų gali patekti į 3d - orbitą. Tokiu atveju trečiajame fosforo energijos lygyje bus penki nesuporuoti elektronai ir fosforas galės parodyti valentiškumą V.

Laisvoje būsenoje fosforas sudaro kelias dalisuolų modifikacijos: baltasis, raudonasis ir juodasis fosforas

Fosforas gyvose ląstelėse yra orto- ir pirofosforo rūgščių pavidalu; jis yra nukleotidų, nukleorūgščių, fosfoproteinų, fosfolipidų, kofermentų ir fermentų dalis. Žmogaus kaulai susideda iš hidroksilapatito 3Ca 3 (PO 4) 3 ·CaF 2 . Dantų emalio sudėtyje yra fluorapatito. Pagrindinis vaidmuo fosforo junginių transformacijoje žmonėms ir gyvūnams tenka kepenims. Fosforo junginių mainus reguliuoja hormonai ir vitaminas D. Kasdienis žmogaus fosforo poreikis yra 800-1500 mg. Trūkstant fosforo organizme vystosi įvairios kaulų ligos.

FOSFORO TOKSIKOLOGIJA

· raudonasis fosforas praktiškai netoksiškas. Raudonojo fosforo dulkės, patekusios į plaučius, sukelia lėtinį plaučių uždegimą.

· Baltasis fosforas labai toksiškas, tirpus lipiduose. Mirtina baltojo fosforo dozė yra 50-150 mg. Baltasis fosforas, patekęs ant odos, sukelia stiprius nudegimus.

Ūminis apsinuodijimas fosforu pasireiškia deginimu burnoje ir skrandyje, galvos skausmu, silpnumu, vėmimu. Po 2-3 dienų išsivysto gelta. Lėtinėms formoms būdingas kalcio metabolizmo pažeidimas, širdies ir kraujagyslių bei nervų sistemų pažeidimas. Pirmoji pagalba ūmaus apsinuodijimo atveju – skrandžio plovimas, vidurius laisvinantys vaistai, valomosios klizmos, intraveniniai gliukozės tirpalai. Odos nudegimų atveju paveiktas vietas gydykite vario sulfato arba sodos tirpalais. Fosforo garų MPC ore yra 0,03 mg/m³.

FOSFORO GAVIMAS

Fosforas gaunamas iš apatitų arba fosforitų dėl sąveikos su koksu ir silicio dioksidu 1600 ° C temperatūroje:

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

Susidarę balto fosforo garai kondensuojasi imtuve po vandeniu. Vietoj fosforitų galima redukuoti kitus junginius, pavyzdžiui, metafosforo rūgštį:

4HPO3 + 12C → 4P + 2H2 + 12CO.

CHEMINĖS FOSFORO SAVYBĖS

FOSFORO NAUDOJIMAS

Fosforas yra svarbiausias biogeninis elementas ir tuo pačiu labai plačiai naudojamas pramonėje.

Galbūt pirmoji fosforo savybė, kurią žmogus panaudojo, yra degumas. Fosforo degumas yra labai didelis ir priklauso nuo alotropinės modifikacijos.

Chemiškai aktyviausias, toksiškiausias ir degiausias baltasis („geltonasis“) fosforas, todėl labai dažnai naudojamas (padegamosiose bombose ir pan.).

raudonasis fosforas- pagrindinė modifikacija, pagaminta ir naudojama pramonės. Jis naudojamas degtukų gamyboje, kartu su smulkiai šlifuotu stiklu ir klijais tepamas ant dėžutės šoninio paviršiaus, kai įtrinama degtuko galvutė, kurioje yra kalio chlorato ir sieros, įvyksta užsidegimas. Raudonasis fosforas taip pat naudojamas gaminant sprogmenis, padegamąsias kompozicijas ir kurą.

Fosforas (fosfatų pavidalu) yra vienas iš trijų svarbiausių biogeninių elementų, dalyvaujančių ATP sintezėje. Didžioji dalis pagamintos fosforo rūgšties sunaudojama fosfatinėms trąšoms gauti – superfosfatui, nuosėdoms ir kt.

SUSTIPRINIMO UŽDUOTYS

Nr. 2. Atlikite transformacijas pagal schemą:
P -> Ca 3 P 2 -> PH 3 -> P 2 O 5
Paskutinei reakcijai PH 3 -> P 2 O 5 sudaryti elektronines svarstykles, nurodyti oksidatorių ir reduktorius.

3 numeris. Atlikite transformacijas pagal schemą:
Ca 3 (PO 4 ) 2 -> P -> P 2 O 5

Fosforas yra cheminis elementas, kurio atominis skaičius yra 15. Jis yra D.I. V grupėje. Mendelejevas. Fosforo R cheminė formulė.

Fosforas gavo savo pavadinimą iš graikų kalbos phosphoros, kuris reiškia „šviesą nešantis“.

Fosforas yra gana paplitęs žemės plutoje. Jo kiekis sudaro 0,08–0,09% visos žemės plutos masės. O jūros vandenyje fosforo yra 0,07 mg / l.

Fosforas pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu, todėl laisvoje būsenoje nėra. Tačiau, kita vertus, jis sudaro beveik 190 mineralų. Fosforas vadinamas gyvybės elementu. Jo yra žaliuose augaluose, gyvūnų audiniuose, baltymuose ir kituose svarbiuose cheminiuose junginiuose.

Fosforo modifikacijos

Yra žinoma, kad kai kurie cheminiai elementai gali egzistuoti dviejų ar daugiau paprastų medžiagų, kurios skiriasi savo struktūra ir savybėmis, pavidalu. Šis reiškinys vadinamas alotropija. Taigi, fosforas turi keletą alotropinių modifikacijų. Visos šios modifikacijos skiriasi savo savybėmis. Labiausiai paplitę yra baltasis fosforas, geltonasis fosforas, raudonasis fosforas, juodasis fosforas.

Baltasis fosforas - paprasta balta medžiaga. Jo molekulinė formulė yra P4. Savo išvaizda baltas fosforas panašus į parafiną. Jis deformuojasi net mažai pastangų ir lengvai pjaunamas peiliu. Tamsoje pastebimas šviesiai žalias švytėjimas, sklindantis iš fosforo. Šis reiškinys vadinamas chemiliuminescencija.

Baltasis fosforas yra chemiškai aktyvi medžiaga. Jis lengvai oksiduojamas deguonimi ir lengvai tirpsta organiniuose tirpikliuose. Todėl jis laikomas specialiose inertinėse terpėse, kurios nevyksta į chemines reakcijas. Baltasis fosforas tirpsta +44,1 °C temperatūroje. Baltasis fosforas yra labai toksiška medžiaga.

geltonasis fosforas - tai neapdorotas baltas fosforas arba baltas fosforas su priemaišomis. Lydymosi temperatūra +34 °C, virimo temperatūra +280 °C. Kaip ir baltas, geltonasis fosforas netirpus vandenyje. Oksiduojasi ore ir degi. Jis taip pat turi chemiliuminescencijos fenomeną.

raudonasis fosforas gaunamas kaitinant baltąjį fosforą iki aukštos temperatūros. Raudonojo fosforo formulė Р n . Tai sudėtingas polimeras. Priklausomai nuo gamybos sąlygų, raudonojo fosforo spalva gali skirtis nuo šviesiai raudonos iki tamsiai rudos. Chemiškai raudonasis fosforas yra daug mažiau aktyvus nei baltas. Jis tirpsta tik išlydytame švinu ir bismute. Neužsidega ore. Tai gali atsitikti tik kaitinant iki 240-250 o C, kai sublimuojasi į baltą fosforo formą. Tačiau jis gali savaime užsidegti nuo smūgio ar trinties. Chemiliuminescencijos reiškinys raudonajame fosfore nepastebėtas. Jis netirpus vandenyje, benzene, anglies disulfide. Tirpsta tik fosforo tribromide. Laikant ore, jis palaipsniui oksiduojasi. Todėl laikykite jį sandariai uždarytoje talpykloje.

Raudonasis fosforas yra beveik netoksiškas. Todėl degtukų gamyboje naudojamas būtent jis.

juodasis fosforas atrodo kaip grafitas. Pirmą kartą juodasis fosforas buvo gautas 1914 metais iš baltojo fosforo esant 20 tūkstančių atmosferų (2 10 9 Pa) slėgiui ir 200 o C temperatūrai. Juodasis fosforas lydosi 1000 o C temperatūroje ir 18 slėgyje. 10 5 Pa. Juodasis fosforas netirpsta vandenyje ar organiniuose tirpikliuose. Jis pradeda degti tik pakaitintas iki +400 °C gryname deguonyje. Juodasis fosforas turi puslaidininkinių medžiagų savybių.

Elementinio fosforo cheminės savybės

1. Elementinį fosforą oksiduoja deguonis

Aplinkoje, kurioje yra deguonies perteklius

4P + 5O 2 → 2P 2 O 5

Su deguonies trūkumu

4P + 3O 2 → 2P 2 O 3

2. Reaguoja su metalais, kaitinant susidaro fosfidai

3Mg + 2P → Mg 3P 2

3. Reaguoja su nemetalais

2P + 5Cl 2 → 2PCl 5

4. +500 ° C temperatūroje sąveikauja su vandens garais

8P + 12H2O → 5RN3 + 3H3RO 4

Fosforo naudojimas

Pagrindinis fosforo vartotojas yra žemės ūkis. Didelis kiekis viso gauto fosforo sunaudojamas fosfatinių trąšų gamybai: fosfatinėms uolienoms, paprastiesiems ir dvigubiems superfosfatams, kompleksinėms azoto-fosforo trąšoms. Fosforas plačiai naudojamas sintetinių ploviklių, fosfatinių stiklų gamyboje, natūralių ir sintetinių pluoštų apdirbimui ir dažymui. Medicinoje fosforo preparatai naudojami kaip vaistai.

FOSFORAS, P, periodinės sistemos V grupės elementas; atominė masė 31,03; Fosforo izotopų nerasta. Junginiuose fosforas yra trivalentis ir penkiavalentis. Aukščiausia jo jungtis su vandeniliu yra PH 3; su deguonimi jis suteikia oksidus P 2 O 3, P 2 O 4 ir P 2 O 5. Savo valentiškumu ir junginių rūšimi fosforas primena azotą, tačiau savybėmis (tiek fosforu, tiek jo junginiais) visiškai skiriasi nuo azoto. paplitęs gamtoje ir randamas beveik visose uolienose mineralinio apatito kristalų intarpų pavidalu. Fosforas randamas mineralinių fosforitų ir apatitų sankaupų pavidalu. Apatitai retai pasitaiko didelėmis masėmis, o milžiniški šio mineralo telkiniai SSRS Hibinų tundroje yra išimtis. Fosforitai žinomi Gruzijoje, Floridoje, Šiaurės ir Pietų Karolinoje, Tenesyje, Alžyre, Tunise ir kai kuriose Didžiojo vandenyno salose. SSRS itin gausu fosforitų, kurių telkiniai žinomi Maskvos srityje, Urale, Kazachstane, Ukrainoje, Čiuvašo Respublikoje, Podolėje, Šiaurės Kaukaze ir kt. Mineralai, tokie kaip vivianitas Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O ir turkis (Al 2 O 3) 2 P 2 O 5 5H 2 O yra vandeninės fosforo rūgšties druskos. Fosforas yra nepakeičiamas komponentas, gyvų organizmų audinių dalis. Baltymai, kurių sudėtyje yra fosforo ir lecitino, yra raumenų, nervų ir smegenų dalis. Kauluose yra fosforo fosforo rūgšties trikalcio druskos pavidalu.

Fosforą galima gauti keliomis alotropinėmis modifikacijomis. Baltasis fosforas (paprastas, geltonas) – bespalvė, skaidri stiklinė medžiaga arba balti smulkūs kristalai; gryno baltojo fosforo galima gauti tik tamsoje, kai nėra deguonies ir drėgmės. Frakcinės distiliacijos arba frakcinės kristalizacijos metu gaunamas visiškai grynas fosforas, kuris šviesoje greitai pagelsta. Toks pageltimas paaiškinamas plonos raudonos modifikacijos plėvelės susidarymu fosforo paviršiuje. Ilgai veikiant intensyvią šviesą įprastą fosforą, jis gali visiškai paversti raudonu. 150°C temperatūroje, kai nėra deguonies, paprastas fosforas sublimuojasi nekeisdamas spalvos. Žinomos dvi baltojo fosforo modifikacijos – α ir β; pirmasis kristalizuojasi teisingoje sistemoje (savitasis sunkis 1,84), antrasis (paprastasis fosforas) - šešiakampėje (savitasis svoris 1,88). α-fosforo perėjimas į β-fosforą vyksta tokiomis sąlygomis:

Fosforo kietumas pagal Mosą yra 0,5. Jo plastiškumas didėja didėjant temperatūrai. Išlydytas fosforas beveik nesudrėkina stiklo; paviršiaus įtempis 35,56 D/cm esant 132,1°C ir 43,09 D/cm prie 78,3°C. Atitinkami fosforo savitieji svoriai yra 1,665 ir 1,714. Įprasto fosforo suspaudimas tarp 100 ir 500 atm yra 0,0000199 cm 2 /kg. Paprasto fosforo plėtimosi koeficientas nuo 0°C iki 40° = 0,000125, o jo tūris 44°C temperatūroje yra 1,017 karto didesnis už tūrį esant 0°C. Baltojo fosforo šiluminė talpa (0-51°C) 0,183 cal/g; lydymosi šiluma 5,03 cal/g. 1 litro fosforo garų svoris yra 2,805 g (Williamson). Jo molinė masė temperatūrų diapazone nuo 313 ° C iki raudonos šilumos svyruoja nuo 128 iki 119,8. Todėl jo molekulės struktūra šiame intervale atitinka P 4 . Aukštoje temperatūroje jis iš dalies disocijuoja į P 2 . Tirpale jo molekulė atitinka formulę P 4; paprastojo fosforo lydymosi temperatūra 44,5°C; lėtai sublimuojasi esant 40°C, išgaruoja esant normaliai temperatūrai. Paprasto kieto fosforo garų slėgis 5°C temperatūroje - 0,03 mm, 40°C temperatūroje - 0,50 mm. Fosforo tirpumas vandenyje: 0,0003 g 100 g vandens 15°C temperatūroje. Įvairūs tirpikliai apytiksliai ištirpina fosforą (100 val. tirpiklio): anglies disulfidas 25, benzinas 1,5, migdolų aliejus 1,00, koncentruota acto rūgštis 1,00, eteris 0,45, etilo alkoholis (specifinis tankis 0,822) 0,25, vandenilis 1 h gerai sugeria 0. glicerinas. fosforo, ypač elektros iškrovos metu. Vandenilis gali reaguoti su fosforu statu nascendi; išleistos dujos nebeturi šios galimybės. Fluoras įprastoje temperatūroje reaguoja su fosforu be uždegimo, sudarydamas PF 3 su fosforo pertekliumi ir PF 5 su fluoro pertekliumi. Fosforas energingai jungiasi su deguonimi, sudarydamas, priklausomai nuo reagentų kiekio, fosforą arba fosforo anhidridą. Hidrochinonas, cukrus, glicerinas, natrio arseno rūgštis sulėtina fosforo oksidacijos reakciją. Fosforas, susijungęs su atmosferos deguonimi, užsidega, todėl turi būti laikomas po vandeniu. Fosforo užsidegimo temperatūra ore, deguonyje arba ore, praskiestame tokiu pat kiekiu anglies dioksido, yra 45,0-45,2°C. Įprasto fosforo užsidegimą skatina retėjantis oras ir neleidžia suspausti. Ozono ir drėgmės buvimas atmosferoje padidina užsidegimo temperatūrą. Anglies disulfido atmosferoje fosforo užsidegimo temperatūra yra 87 ° C, terpentino - 18 °; fosforas gali būti kaitinamas be uždegimo iki 205 ° C, jei jis yra ramybės būsenoje; menkiausias maišymas sukelia užsidegimą net 45°C temperatūroje. Paprastas fosforas užsidega per 20 sekundžių, kai liečiasi su grynu amalgamuotu aliuminiu. Azotą sugeria fosforas, bet su juo nereaguoja. Baltasis fosforas tamsoje šviečia, kai liečiasi su atmosferos deguonimi. Švytėjimo intensyvumas priklauso nuo deguonies koncentracijos. Esant grynam deguoniui, žemesnėje nei 27°C temperatūroje, fosforas nešviečia ir nesioksiduoja. Baltasis fosforas yra nuodingas, o 0,15 g dozė yra mirtina. Atsižvelgiant į fosforo gebėjimą ištirpti riebaluose, apsinuodijus, riebus maistas ir pienas yra visiškai nepriimtini, nes jie prisideda prie geresnio fosforo įsisavinimo į organizmą.

Raudonasis fosforas yra modifikacija, kuri savo fizinėmis ir cheminėmis savybėmis smarkiai skiriasi nuo baltojo fosforo. Raudonasis fosforas susidaro iš įprasto, kai elektros iškrova praeina per pastarojo garus. Kaitinant baltojo fosforo tirpalą fosforo tribromide 170-190 °C temperatūroje, galima išskirti vadinamąjį. aviečių veislė fosforo. Ši veislė turi koloidinę struktūrą ir yra pereinamoji tarp paprastojo ir raudonojo fosforo; fosforo trijodido buvimas pagreitina (3 kartus) reakciją. Įprastą fosforą kaitinant siera arba sulfidu, o gautą mišinį apdorojant vandeniniu šarmo arba amoniako tirpalu, taip pat galima gauti raudonojo fosforo. Raudonasis fosforas technologijoje gaunamas kaitinant įprastą fosforą be oro 240–250 ° C temperatūroje; Reakciją lydi šilumos išsiskyrimas. Raudonojo fosforo spalva kinta priklausomai nuo preparato temperatūros. Esant žemai temperatūrai, jis turi tamsiai raudoną atspalvį, aukštoje - violetinę arba violetinę. Selenas pagreitina baltojo fosforo perėjimą prie raudonojo. Paprasto fosforo mišinio atskyrimas nuo raudonojo atliekamas 50 valandų apdorojant anglies disulfidu 250–260 ° C temperatūroje arba 10% natrio šarmo tirpalu 2 valandas; taip pat galima plauti fosforą anglies disulfido ir kalcio chlorido tirpalo mišiniu, kurio savitasis tankis yra 1,349-1,384. Šiuo atveju paprastas fosforas ištirpsta anglies disulfide, o raudonasis nusėda į kalcio chlorido tirpalą. Daroma prielaida, kad baltos ir raudonos fosforo modifikacijos chemiškai skiriasi; Šios pozicijos įrodymas yra tas, kad sumaišius išlydytą geltonąjį ir raudonąjį fosforą, nepastebimas pirmojo perėjimas į antrąjį. Kaitinant 280–400 ° C temperatūroje, raudonojo fosforo garai iš dalies sutirštėja į vadinamuosius. metalinis fosforas. Greitai aušinant garams, susidaro dalinai raudonasis fosforas, ir kuo didesnis jo kiekis, tuo aukštesnė temperatūra buvo prieš kietėjimą. Imtuvo paviršius kataliziškai veikia raudonojo fosforo susidarymą. Kaitinimo trukmė neturi įtakos procesui, tačiau aušinimas turėtų įvykti greitai. Yra nuomonė (A. Stock), kad raudonasis fosforas susidaro dėl disocijuotų fosforo molekulių derinimosi tarpusavyje arba su nedisocijuotomis molekulėmis ir kad P 4 geltonojo fosforo molekulės susidaro santykinai lėčiau nei formuojasi fosforo molekulės. raudonojo fosforo molekulės. Raudonojo fosforo kondensacija iš garų būsenos nepriklauso nuo skysto geltonojo fosforo buvimo. Raudonasis fosforas, gaunamas aušinant garus, kurių temperatūra buvo 1200 ° C ir esant 5 mm slėgiui, turi ne daugiau kaip 1% geltonojo fosforo; iš to seka, kad P 2 ir P 4 molekulės dalyvauja formuojant raudonąjį fosforą. Gali būti, kad šis darinys atitinka lygtį mР 2 + nP 4 = P 2 m+4 n. Yra pasiūlymų, kad išlydytame fosfore yra pusiausvyros P 4 geltonojo fosforo molekulių ir P n raudonojo fosforo molekulių:

Virš raudonojo fosforo lydymosi temperatūros (592,5 °C, pagal kitus šaltinius 589,5 °C) dauguma molekulių yra P 4 pavidalo, todėl greitai aušinant susidaro balta atmaina, tačiau lėtas aušinimas leidžia išlaikyti pusiausvyrą. pasislinkti į dešinę, o kietėjimo metu išsiskiria raudonasis fosforas. Raudonojo fosforo savitasis sunkis svyruoja nuo 2,05 iki 2,3, todėl mes jį laikome dviejų modifikacijų mišiniu. Yra prielaida, kad raudonasis fosforas yra monokliniškas savo kristalų struktūra. Raudonojo fosforo gniuždomumas (100-500 atm) yra 0,0000092 cm 2 /kg; Raudonojo fosforo lydymosi temperatūra priklauso nuo kaitinimo greičio ir svyruoja ±0,5°C ribose. Raudonojo fosforo garų slėgis 230°C temperatūroje - 0 mm, 360°C temperatūroje - 0,1 mm, 500°C temperatūroje - 9 atm. Raudonasis fosforas netirpus anglies disulfide. Raudonasis fosforas, gaunamas išskiriant šilumą, turi mažiau energijos ir yra daug mažiau aktyvus nei baltasis fosforas. Raudonasis fosforas nėra nuodingas, ore neužsidega, todėl jo laikymas nėra toks pavojingas. Raudonasis fosforas nuo smūgio užsidega. Gittorfas teigia, kad 320 ° C temperatūroje raudonojo fosforo perėjimas prie geltonos spalvos nepastebimas, tačiau pastarasis susidaro 358 ° C temperatūroje. Sandariame mėgintuvėlyje raudonasis fosforas yra stiprus esant 450–610°C temperatūrai.

Kristalinis arba violetinis fosforas turi kristalinę struktūrą, kristalai yra trikampiai, kurių ašies santykis a:c = 1:1,1308. Jis gaunamas kristalizuojant iš išlydyto švino arba bismuto, taip pat kaitinant baltąjį fosforą esant 500 kg / cm 2 slėgiui, esant natriui. Netirpus anglies disulfide; violetinio fosforo savitasis sunkis 2,34; jis sublimuojasi 690,9°C temperatūroje; lydymosi temperatūra 589,5°C esant 43,1 atm slėgiui.

Juodasis fosforas (R. Bridgeman) gaunamas iš įprasto fosforo, kai kaitinama iki 216 °C, esant 89 atm slėgiui. Jis netirpus anglies disulfide; užsidega 400 ° C temperatūroje ir neužsidega nuo smūgio; raudonojo fosforo pereinamoji temperatūra į juodąjį 575°C; raudonasis fosforas virsta juodu kaitinant vandenilio atmosferoje 200°C temperatūroje ir 90 atm slėgyje (V. Ipatijevas). Techniškai svarbios tik 2 modifikacijos: baltas (geltonas) ir raudonasis fosforas.

Fosforo gavimas. Paprastai ruošiamas baltasis fosforas, kuris, jei reikia, vėliau paverčiamas raudona modifikacija. Pradinė fosforo gavimo medžiaga yra fosforitai – natūralus trikalcio fosfatas, geriausia iš kaulų pelenų. Procesą sudaro fosfato redukcija anglimi arba aliuminio veikimas natrio metafosfatu, sumaišytu su silicio dioksidu:

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

Yra 2 gamyklos fosforo gamybos būdai: 1) senasis Pelletier metodas, kurio metu fosfatas (kaulų miltai) apdorojamas praskiesta sieros rūgštimi, o trikalcio fosfatas paverčiamas monokalcio fosfatu:

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

Pastarojo tirpalas atskiriamas nuo gipso (CaSO 2H 2 O), išgarinamas, kalcinuojamas anglimi ir gaunamas kalcio metafosfatas:

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

kuris po stipraus deginimo suteikia fosforo, trikalcio fosfato ir anglies monoksido:

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

Pagal Wehlerio metodą jie gaunami tiesiogiai iš trikalcio fosfato:

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

Šis procesas reikalauja aukštos temperatūros ir buvo pradėtas naudoti tik įvedus elektrines krosnis. Taip pat yra būdas gauti fosforą iš laisvos fosforo rūgšties, sumaišytos su anglimi, naudojant elektros srovę. Akademikas SSRS. E. V. Britske sukūrė fosforo gavimo aukštakrosnėse metodą.

Komerciniame gaminyje visada yra arseno, silicio junginių ir anglies pėdsakų. Mechaninės priemaišos pašalinamos filtruojant, o dar geriau – pakartotinai distiliuojant. Baltasis fosforas paverčiamas raudonuoju 260°C temperatūroje; slėgio sumažėjimas sulėtina reakcijos eigą; apšvietimas pagreitina procesą; katalizatoriai (jodas, selenas) taip pat turi įtakos.

Analitinis fosforo nustatymas. Fosforo garai veikia drėgną popierių, impregnuotą sidabro nitratu, todėl jis pajuoduoja. Juodumas atsiranda dėl fosforo ir metalo susidarymo sidabras . Reakcija vyksta 2 etapais. Fosforas reaguoja su vandeniu, sudarydamas vandenilio fosforą ir hipofosforo rūgštį:

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

Reakcijos metu susidarę junginiai veikia sidabro nitratą:

H3PO 2 +2H 2 O + 4AgNO 3 \u003d 4HNO3+H3PO 4 +4Ag;

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

Ši reakcija taikoma baltojo fosforo atradimui tik tada, kai nėra H 2 S, AsH 3, SbH 3, taip pat skruzdžių aldehido ir skruzdžių rūgšties. Nuodingo fosforo atradimas (pagal Mitcherlich) pagrįstas fosforo savybe tamsoje švytėti drėgname ore. Susmulkinta medžiaga, kurioje turėtų būti aptiktas fosforas, dedama į kolbą, sujungtą su šaldytuvu. Į kolbą pilama tiek vandens, kad susidarytų skysta suspensija, o kolbos turinys neutralizuojamas vyno rūgštimi, kol pasidaro šiek tiek rūgštus. Kaitinant kolbą tamsoje, nežymus fosforo kiekis (keli mg) šaldytuve jau sukelia švytėjimą. Kadangi liuminescencijos reiškinys gali atsirasti ir dėl fosforo sulfido buvimo po jo skilimo kaitinant, kolbą rekomenduojama kaitinti ne tiesiogiai, o į ją leidžiant vandens garus. Fosforo švytėjimas nepastebimas esant amoniako, anglies disulfido, alkoholio garų, eterinių aliejų ir nesočiųjų angliavandenilių pėdsakams, todėl distiliavimo nereikėtų nutraukti per anksti. Jei vis dėlto švytėjimo nepastebima, tada filtratas oksiduojamas chloro vandeniu, išgarinamas vandens vonioje iki nedidelio tūrio ir atliekamas fosforo rūgšties tyrimas. Fosforo švytėjimą galima pastebėti ir kolboje, skystis pirmiausia pakaitinamas iki užvirimo, po to šiek tiek atvėsinamas ir vėl kaitinamas iki užvirimo; 0,0171 mg fosforo švyti labai aiškiai, 0,0085 mg - aiškiai, 0,0042 mg - silpnai ir 0,001 mg - abejotinai. Fosforas, redukuojamas vandeniliu statu nascendi, suteikia vandenilio fosforą, kuris, sumaišytas su vandeniliu, užsidega smaragdo žalia liepsna, kai užsidega vamzdžio iš platinos antgaliu išleidimo anga. Organinės medžiagos neleidžia atsirasti spalvai, todėl d. b. atskirtas. Azoto rūgštis lengvai oksiduoja fosforą į fosforo rūgštį:

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

Fosforo kiekis nustatomas po oksidacijos iki fosforo rūgšties ir nusodinimo kaip MgNH 4 PO 4 .

Taikymas . Fosforas yra vienas iš elementų, be kurio neįmanomas tinkamas augalų ir gyvūnų organizmų vystymasis. Yra tiesioginis ryšys tarp fosforo kiekio maistinėje terpėje ir augalų augimo. Fosforas, kartu su azotu ir kaliu, yra svarbiausia maistinė medžiaga, kurioje puslapis - x. augalai. Atitolęs nuo lauko kartu su javų derliumi, fosforas savo cikle neturi uždaro ciklo, todėl jo dirbtinai neįvedus į dirvą iš išorės, stebimas dirvožemio išeikvojimas. Didžiausią grupę sudaro fosforo turinčios trąšos. Fosforas naudojamas kariniuose reikaluose kaip dūmus generuojanti medžiaga ir padegamiesiems sviediniams užpildyti.