Строение атома фосфора Элемент VA группы имеет электронную формулу 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3. Фосфор – неметалл. Наиболее характерные степени окисления: +5, +3, 0, -3. Оксиды Э 2 О 5 и Э 2 О 3 имеют кислотные свойства. Летучее водородное соединение – фосфин PH 3.

Аллотропные модификации фосфора Белый фосфор обладает молекулярной кристаллической решеткой; это вещество желтоватого цвета с чесночным запахом. В парах имеет состав Р 4. На воздухе воспламеняется при 18ºС. При хранении на свету переходит в красный. В воде нерастворим, зато хорошо растворим в сероуглероде, бензоле и других органических растворителях. Он весьма ядовит: 0,1 г белого фосфора – смертельная доза для человека.

Противоядием при отравлении фосфором служит 2% раствор медного купороса, который следует давать больному через 5 минут по чайной ложке до появления рвоты. Горящий фосфор не только причиняет очень сильные ожоги, но и вызывает отравление тканей, прилежащих к месту ожога, вследствие чего заживление идет крайне медленно. При ожогах фосфором противоядием служит мокрая повязка, пропитанная 5% раствором медного купороса. В связи с тем, что белый фосфор легко окисляется и воспламеняется, его хранят под водой.

Красный фосфор – порошок со слабо выраженной кристаллической структурой и поэтому названный аморфным, темно- красного цвета, имеет атомную решетку, весьма гигроскопичен (легко поглощает воду), но в воде нерастворим; нерастворим он и в сероуглероде. Красный фосфор получается при длительном нагревании белого фосфора без доступа воздуха при 450ºС. В отличие от белого – не ядовит, запаха не имеет, воспламеняется при ºС.

Нахождение в природе Фосфор - составная часть растительных и животных белков. У растений фосфор сосредоточен в семенах, у животных - в нервной ткани, мышцах, скелете. Организм человека содержит около 1,5 кг фосфора: 1,4 кг – в костях, 130 г – в мышцах и 13 г в нервной ткани. Содержание фосфора в организме человека составляет приблизительно 1% от массы тела. Суточное потребление фосфора человеком – около 2 г.

Химические свойства фосфора В химическом отношении белый фосфор сильно отличается от красного. Белый фосфор легко окисляется и самовоспламеняется на воздухе, поэтому его хранят под водой. Красный фосфор не воспламеняется на воздухе, но воспламеняется при нагревании свыше 240ºС. При окислении белый фосфор светится в темноте – происходит непосредственное превращение химической энергии в световую.

Фосфор соединяется со многими простыми веществами – кислородом, галогенами, серой и некоторыми металлами, проявляя окислительные и восстановительные свойства. 1. С кислородом. При горении фосфора образуется белый густой дым. Белый фосфор самовоспламеняется на воздухе, а красный горит при поджигании. Фосфор сгорает в кислороде ослепительно ярким пламенем. 4P + 3O 2(недостатьь) 2P 2 O 3 (P 4 O 6) 4P + 5O 2(избыток) 2P 2 O 5 (P 4 O 10)

2. С галогенами. С элементами, обладающими большей, чем у фосфора, электроотрицательностью, фосфор реагирует очень энергично. Если в сосуд с хлором внести красный фосфор, то через несколько секунд он самовоспламеняется в хлоре. При этом обычно получается хлорид фосфора (III). 4P + 6Cl 2(недостатьь) 4PCl 3 4P + 10Cl 2(избыток) 4PCl 5

5. Красный фосфор окисляется водой при температуре около 800ºС в присутствии катализатора – порошка меди: 2P + 8H 2 O 2H 3 PO 4 + 5H 2 6. Концентрированная серная кислота окисляет при нагревании фосфор: t 2P + 5H 2 SO 4(к) 5SO 2 + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O 7. Азотная кислота при нагревании окисляет фосфор t P + 5HNO 3(к) 5NO 2 + H 3 PO 4 + H 2 O 3P + 5HNO 3(разб) + 2H 2 O 5NO + 3H 3 PO 4

Получение фосфора Фосфор может быть получен нагреванием смеси фосфорита, угля и песка в электропечи. Уравнение легче составить, если представить протекание в две стадии: 1) Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 P 2 O 5 + 3CaSiO 3 2) P 2 O 5 + 5C 2P + 5CO ________________________________________ Ca 3 (PO 4) 2 + 5C + 3SiO 2 2P + 3CaSiO 3 + 5CO

Фосфин Фосфор в степени окисления -3 образует водородное соединение фосфин PH 3, аналогичное аммиаку. Эта степень окисления менее характерна для фосфора, чем для азота. Фосфин – ядовитый газ с чесночным запахом, может быть получен из фосфида цинка действием кислот или воды: Zn 3 P 2 + 6HCl 2PH 3 + 3ZnCl 2 Основные свойства фосфина слабее, чем у аммиака: PH 3 + HCl PH 4 Cl

Соли фосфония в водных растворах неустойчивы: PH H 2 O PH 3 + H 3 O + Фосфин имеет восстановительные свойства (низшая степень окисления фосфора), горит на воздухе (самовоспламеняется): 2PH 3 + 4O 2 P 2 O 5 + 3H 2 O или PH 3 + 2O 2 H 3 PO 4 Фосфин окисляется очень многими окислителями PH 3 + 8HNO 3(к) 8NO 2 + H 3 PO 4 + 4H 2 O Фосфид цинка используется в качестве зооцида для борьбы с грызунами.

Оксид фосфора (V) Оксид фосфора(V) P 2 O 5 (или P 4 O 10) образуется при горении фосфора на воздухе. 4Р + 5О 2 2Р 2 О 5 Твердое кристаллическое вещество Р 2 О 5 гигроскопично и используется как водоотнимающее средство. 1. При взаимодействии с водой оксид фосфора(V) образует на холоду метафосфорную кислоту НРО 3, имеющую полимерное строение: P 2 O 5 + H 2 O 2HPO 3

Ортофосфорная кислота В промышленности фосфорную кислоту получают действием серной кислоты на фосфорит: Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 SO 4 3CaSO 4 + 2H 3 PO 4 Ортофосфорная кислота представляет собой кристаллическое вещество (апл = 42ºС), растворимое в воде. Как трехосновная кислота средней силы диссоциирует ступенчато. Она вступает во многие реакции, характерные для кислот.

Химические свойства фосфорной кислоты 1. С металлами, стоящими в ряду напряжения металлов до водорода: 3Mg + 2H 3 PO 4 Mg 3 (PO 4) 2 + 3H 2 2. С основными оксидами: 3CaO + 2H 3 PO 4 Сa 3 (PO 4) 2 + 3H 2 O 3. С основаниями и аммиаком: H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O H 3 PO 4 + 2NaOH Na 2 HPO 4 + 2H 2 O H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O H 3 PO 4 + NH 3 (NH 4) 2 HPO 4

Соли фосфорной кислоты Различают средние соли - фосфаты (Na 3 PO 4) и кислые соли - гидрофосфаты (Na 2 HPO 4) и дигидрофосфаты (NaH 2 PO 4). Растворимы в воде фосфаты и гидрофосфаты щелочных металлов и аммония. Все дигидрофосфаты растворимы в воде. Фосфорная кислота вытесняется более сильными кислотами из её солей: Сa 3 (PO 4) 2 + 3H 2 SO 4 3CaSO 4 + 2H 3 PO 4 конц.

Открыт он в виде массы, похожей так на воск, И в темноте светился, как свет далёких звёзд. Алхимик был в ударе, а как же тут не быть – Камень философский попробуй–ка добыть! Но радость с огорчением рядышком идёт, Здоровья и богатства камень не даёт. Так был ли это камнем светящийся тот воск? Подумайте, ребята, вопрос не так уж прост. Загадка

Фосфор по своей важности ничуть не уступает азоту. Он участвует в великом природном круговороте веществ, и, не будь фосфора, растительный и животный мир был бы совсем иным. Однако фосфор встречается в природных условиях не так уж часто, в основном в виде минералов, и на его долю приходится 0,08% массы земной коры. По распространенности он занимает тринадцатое место среди других элементов. Интересно отметить, что в теле человека на долю фосфора приходится примерно 1,16%. Из них 0,75% уходит на костную ткань, около 0,25%-на мышечную и примерно 0,15%-на нервную ткань.
Фосфор редко встречается в больших количествах, и в целом его следует отнести к рассеянным элементам. В свободном виде в природе он не обнаружен, так как обладает очень важным свойством-легко окисляется, но содержится во многих минералах, число которых уже составляет 190. Главнейшие из них - фторапатит, гидроксилапатит, фосфорит. Несколько реже встречаются вивианит, монацит, амблигонит, трифилит и совсем в ограниченных количествах - ксенотит и торбернит.

Что касается минералов фосфора, то они делятся на первичные и вторичные. Среди первичных наиболее распространены апатиты, представляющие в основном породы магматического происхождения. Химический состав апатита - фосфат кальция, содержащий некоторое количество фторида и хлорида кальция. Именно этим определяется существовать минералов фторапатита и хлорапатита. Кроме того, они содержат от 5 до 36% Р 2 0 5 . Обычно эти минералы в большинстве случаев встречаются в зоне магмы, но нередко они обнаруживаются в местах, где изверженные породы соприкасаются с осадочными. Из всех известных месторождений фосфатов наиболее значительные имеются в Норвегии и Бразилии. Крупное отечественное месторожде¬ние апатитов открыто академиком А. Е. Ферсманом в Хибинах в 1925 г. «Апатит в основном соединение фосфорной кислоты и кальция,-писал А. Е. Ферсман.-Внешний вид этого минерала так разнообразен и странен, что старые минералоги назвали его апатитом, что значит по-гречески «обманщик». То это прозрачные кристаллики, до мелочей напоминающие берилл или даже кварц, то это плотные массы, неотличимые от простого известняка, то это радиально-лучистые шары, то порода зернистая и блестящая, как крупнозернистый мрамор».
Апатиты в результате действия процессов выветривания, жизнедеятельности бактерий, разрушения различными почвенными кислотами переходят в формы, легко потребляемые растениями, и таким образом вовлекаются в биохимический круговорот. Следует отметить, что фосфор усваивается только из растворенных солей фосфорной кислоты. Однако фосфор из почвы частично вымывается, а большое количество его, поглощенное растениями, не возвращается обратно в почву и уносится вместе с урожаем. Все это приводит к постепенному истощению почвы. При внесении в почву фосфорных удобрений урожайность увеличивается.
Несмотря на значительные потребности в фосфорных удобрениях, особых опасений, связанных с истощением запасов сырья, для их производства, по всей видимости, нет. Эти удобрения могут быть получены при комплексной переработке минерального сырья, донных морских отложений и различных геологических пород, богатых фосфором.
При разложении богатых фосфором соединений органического происхождения нередко образуются газообразные и жидкие вещества. Иногда можно наблюдать выделение газа с запахом гнилой рыбы-фосфористого водорода, или фосфина, РН3. Одновременно с фосфином идет образование другого продукта - дифосфина, Р 2 Н 4 , представляющего собой жидкость. Пары дифосфина самовоспламеняются и поджигают газообразный фосфин. Этим объясняется появление так называемых «блуждающих огней» в таких местах, как кладбища, болота.
«Блуждающие огни» и другие случаи свечения фосфора и его соединений вызывали суеверный страх у многих людей, не знакомых с сущностью этих явлений. Вот что о работе с газообразным фосфором вспоминает академик С.И. Вольфкович: «Фосфор получался в электрической печи, установленной в Московском университете на Моховой улице. Так как эти опыты проводились тогда в нашей стране впервые, я не предпринял тех предосторожностей, которые необходимы при работе с газообразным фосфором - ядовитым самовоспламеняющимся и светящимся голубоватым цветом элементом. В течение многих часов работы у электропечи часть выделяющегося газообразного фосфора настолько пропитала мою одежду и даже ботинки, что, когда ночью я шел из университета по темным, не освещенным тогда улицам Москвы, моя одежда излучала голубоватое сияние, а из-под ботинок (при трении их о тротуар) высекались искры.
За мной каждый раз собиралась толпа, среди которой, несмотря на мои объяснения, немало было лиц, видевших во мне, «новоявленного» представителя потустороннего мира. Вскоре среди жителей района Моховой улицы и по всей Москве из уст в уста стали передаваться фантастические рассказы о светящемся монахе...»
Фосфин и дифосфин в природе встречаются довольно редко, и чаще приходится иметь дело с такими соединениями фосфора, как фосфориты. Это вторичные минералы-фосфаты органического происхождения, играют особо важную роль в сельском хозяйстве. На островах Тихого океана, в Чили и Перу они образовались на основе птичьего помета-гуано, который в условиях сухого климата накапливается мощными слоями, нередко превышающими сотню метров.
Образование фосфоритов может быть связано и с геологическими катастрофами, например с ледниковым периодом, когда гибель жи¬вотных носила массовый характер. Подобные процессы возможны и в океане при массовой гибели морской фауны. Быстрое изменение гидрологических условий, которое может быть связано с различными процессами горообразования, в частности с действием подводных вулканов, несомненно, в отдельных случаях приводит к смерти морских животных. Фосфор из органических остатков частично усваивается растениями, но в основном, растворяясь в морской воде, переходит в минеральные формы. Морская вода содержит фосфаты в довольно больших количествах - 100-200 мг/м3. При определенных химических процессах в морской воде фосфаты могут выпадать в осадок и скапливаться на дне. А при поднятии морского дна в различные геологические периоды залежи фосфоритов оказываются на суше. Подобным образом могло образоваться крупное отечественное месторождение фосфоритов вблизи Кара-Тау в Казахстане. Встречаются фосфориты и в Подмосковье.

Хорошим пояснением к главнейшим этапам круговорота фосфора в природе могут служить слова известного ученого, одного из основателей направления отечественной науки по изучению фосфорных удобрений Я. В. Самойлова: «Фосфор наших фосфоритовых месторождений - биохимического происхождения. Из апатита - минерала, в котором первоначально заключен почти целиком весь фосфор литосферы, элемент этот переходит в тело растений, из растений-в тело животных, которые являются истинными концентраторами фосфора. Пройдя через ряд тел животных, фосфор, наконец, выпадает из биохимического цикла и вновь возвращается в минеральный. При определенных физико-географических условиях в море происходит массовая гибель животных организмов

Нахождение в природе. Фосфор в чистом виде в природе не встречается, так как он является химически активным элементом. В виде соединений широко распространен, составляет около 0,1% земной коры по массе. Из природных соединений фосфора наибольшее значение имеет фосфат кальция Са3(РОд), - главная составная часть апатитов и фосфоритов.

Аллотропные модификации. Фосфор образует несколько аллотропных модификаций. Из них наиболее важными являются белый, красный и черный фосфор. Различие свойств аллотропных модификаций фосфора объясняется их строением.

Химические свойства. Из всех аллотропных модификаций фосфора наиболь­шей активностью обладает белый фосфор. Он быстро окисляется на воздухе. Уже при слабом нагревании фосфор воспламеняется и сгорает, выделяя большое количество теплоты: 4Р + 502 = 2Р20}.

Фосфор соединяется со многими простыми веществами: кислородом, гало­генами, серой и некоторыми металлами.

Например: 2Р + ЗБ = Р,5}; 2Р + 5С12 = 2РС15.

Применение. В спичечном производстве, в металлургии, производстве боеприпасов, для получения некоторых полупроводников - фосфида галлия и фосфида индия, для создания препаратов для уничтожения насекомых-вре­дителей.

Соединения фосфора

Фосфиды. Соединения фосфора с металлами. При взаимодействии фосфидов с водой выделяется фосфин РН,: Са,Р, + 6Н20 = ЗСа(ОН), + 2РН,.

Фосфип. Очень ядовитый газ с запахом чеснока. По химическим свойствам он напоминает аммиак, но является более сильным восстановителем.

Оксид фосфора (У). Оксид фосфора (V) имеет вид белой снегообразной массы. Плотность его пара соответствует формуле Р40|(1, эта формула отражает действительный состав молекулы. Оксид фосфора (V) легко соединяется с водой, поэтому применяется как водоотнимающее средство. На воздухе оксид фосфора (V), притягивая влагу, быстро превращается в метафосфорную кислоту: Р40„, + 2Н,0 = 4НР03.

Ортофосфорпая кислота. Представляет собой бесцветные, хорошо раство­римые в воде кристаллы. Неядовита.

Это кислота средней силы. Поскольку она является трехосновной, то ее диссоциация в водных растворах протекает в три ступени. Фосфорная кислота нелетуча и очень устойчива: для нее не характерны окислительные свойства. Поэтому она взаимодействует с металлами, стоящими в ряду стандартных электродных потенциалов левее водорода.

Соли фосфорной кислоты:

а) фосфаты: в них замещены все атомы водорода в фосфорной кислоте. Например. Са3(РО^ К3Р04;

б) гидрофосфаты; в этих солях замещено два атома водорода кислоты. Например. К,НР04. СаНРО;

в) дигидрофосфаты - замещен один атом водорода в фосфорной кислоте. Например, КН,РОг Са(Н,Р04),.

Все дигидрофосфаты хорошо растворимы в воде. Большинство средних фосфатов, как правило, плохо растворимы. Из солеи этого ряда растворимы только фосфаты натрия, калия и аммония. Гндрофосфаты по растворимости занимают промежуточное положение: они растворимы лучше, чем фосфаты, и хуже, чем дигидрофосфаты.

Фосфорные удобрения

Простои суперфосфат. Смесь сульфата кальция и дигидрофосфата кальция. Для получения этого удобрения измельченный фосфорит смешивают с серной кислотой. В результате реакции образуется смесь, хорошо растворимая в воде. Такое удобрение получают в больших количествах в виде порошка или гранул.

Двойной суперфосфат. Концентрированное фосфорное удобрение состава Са(Н,Р04)г Его получают путем разложения природного фосфата фосфорной кислотой. В двойном суперфосфате отсутствует сульфат кальция, что снижает затраты на его перевозку и внесение в почву.

Фосфоритная мука. Природный измельченный минерал состава СаДРО^,. Это порошок желтоватого или бурого цвета. Плохо растворим в воде. Исполь­зуется на кислых подзолистых почвах.

Преципитат. Концентрированное фосфорное удобрение состава СаНР04 2Н,0. Плохо растворимо в воде, но хорошо растворяется в органических кисло­тах. Уменьшает кислотность почв. Получается при нейтрализации фосфорной кислоты раствором гндроксида кальция.

Еще по теме Фосфор:

1. Бочаров В.В.. Инвестиции. СПб.: - 176 с. (сер. "Завтра экзамен"), 2008

Нахождение в природе. Фосфор в чистом виде в природе не встречается, так как он является химически активным элементом. В виде соединений широко распространен, составляет около 0,1% земной коры по массе. Из природных соединений фосфора наибольшее значение имеет фосфат кальция Ca3(POj, - главная составная часть апатитов и фосфоритов.Аллотропные модификации. Фосфор образует несколько аллотропных модификаций. Из них наиболее важными являются белый, красный и черный фосфор. Различие свойств аллотропных модификаций фосфора объясняется их строением.Химические свойства. Из всех аллотропных модификаций фосфора наибольшей активностью обладает белый фосфор. Он быстро окисляется на воздухе. Уже при слабом нагревании фосфор воспламеняется и сгорает, выделяя большое количество теплоты: 4Р + 502 = 2P2Os.Фосфор соединяется со многими простыми веществами: кислородом, галогенами, серой и некоторыми металлами.Например: 2Р + 3S = P,S,; 2Р + 5С12 = 2РС1,.Применение. В спичечном производстве, в металлургии, производстве боеприпасов, для получения некоторых полупроводников - фосфида галлия и фосфида индия, для создания препаратов для уничтожения насекомых-вредителей.Соединения фосфораФосфиды. Соединения фосфора с металлами. При взаимодействии фосфидов с водой выделяется фосфин РН,: Са,Р, + 6Н20 = ЗСа(ОН).+ 2РН,.Фосфии. Очень ядовитый газ с запахом чеснока. По химическим свойствам он напоминает аммиак, но является более сильным восстановителем.Оксид фосфора (У). Оксид фосфора (V) имеет вид белой снегообразной массы. Плотность его пара соответствует формуле Р4О10, эта формула отражает действительный состав молекулы. Оксид фосфора (V) легко соединяется с водой, поэтому применяется как водоотнимающее средство. На воздухе оксид фосфора (V), притягивая влагу, быстро превращается в метафосфорную кислоту: Р40,„ + 2Н,0 = 4НРО,.Ортофосфорная кислота. Представляет собой бесцветные, хорошо растворимые в воде кристаллы. Не ядовита. Это кислота средней силы. Поскольку она является трехосновной, то ее диссоциация в водных растворах протекает в три ступени. Фосфорная кислота не летуча и очень устойчива: для нее не характерны окислительные свойства. Поэтому она взаимодействует с металлами, стоящими в ряду стандартных электродных потенциалов левее водорода.Соли фосфорной кислоты:а) фосфаты; в них замещены все атомы водорода в фосфорной кислоте. Например. CajCPOJj, К3Р04;б) гпдрофосфаты; в этих солях замещено два атома водорода кислоты. Например. К,НР04. СаНР04;в) дигидрофосфаты - замещен один атом водорода в фосфорной кислоте. Например. КН,Р04. Са(Н,Р04),.Все дигидрофосфаты хорошо растворимы в воде.Большинство средних фосфатов, как правило, плохо растворимы. Из солей этого ряда растворимы только фосфаты натрия, калия и аммония. Гпдрофосфаты по растворимости занимают промежуточное положение: они растворимы лучше, чем фосфаты, и хуже, чем дигидрофосфаты.Фосфорные удобренияПростой суперфосфат. Смесь сульфата кальция и дигидрофосфата кальция. Для получения этого удобрения измельченный фосфорит смешивают с серной кислотой. В результате реакции образуется смесь, хорошо растворимая в воде. Такое удобрение получают в больших количествах в виде порошка или гранул.Двойной суперфосфат. Концентрированное фосфорное удобрение состава Са(Н,ГО4),. Его получают путем разложения природного фосфата фосфорной кислотой. В двойном суперфосфате отсутствует сульфат кальция, что снижает затраты на его перевозку и внесение в почву.Фосфоритная мука. Природный измельченный минерал состава СаДРО^,. Это порошок желтоватого или бурого цвета. Плохо растворим в воде. Используется на кислых подзолистых почвах.Преципитат. Концентрированное фосфорное удобрение состава СаНР04 - 2Н,0. Плохо растворимо в воде, но хорошо растворяется в органических кислотах. Уменьшает кислотность почв. Получается при нейтрализации фосфорной кислоты раствором гидроксида кальция.оо