Фосфор і його сполуки. Практичне застосування сполук фосфору

Серед біогенних елементів особливе місце слід виділити саме фосфору. Адже без нього неможливо існування таких життєво важливих дзвінків, як, наприклад, АТФ або фосфоліпіди, а також багато інших органічні речовини. При цьому і неорганіка даного елемента досить багата на різні молекули. Фосфор і його сполуки знаходять широке застосування в промисловості, є важливими учасниками біологічних процесів, використовуються в самих різних галузях діяльності людини. Тому розглянемо, що собою являє цей елемент, яке його проста речовина і найважливіші сполуки.

Фосфор: загальна характеристика елемента

Положення в періодичній системі можна описати в кількох пунктах.

Відео: № 229. Неорганічна хімія. Тема 28. Фосфор і його сполуки. Частина 2. Хімічні властивості фосфору

П`ята група, головна підгрупа.
Третій малий період.
Порядковий номер - 15.
Атомна маса - 30,974.
Електронна конфігурація атома 1s²2s²2p⁶3s²3p³.
Можливі ступені окислення від -3 до +5.
Хімічний символ - Р, вимова в формулах "пе". Назва елемента - фосфор. Латинська назва Phosphorus.

Історія відкриття даного атома сягає своїм корінням в далекий XII століття. Ще в записах алхіміків зустрічалися відомості, що говорять про отримання невідомого "світиться" речовини. Однак офіційною датою синтезу і відкриття фосфору став 1669 рік. Збанкрутілий торговий купець Бранд в пошуках філософського каменю випадково синтезував речовина, здатне видавати світіння і згоряє яскравим сліпучим полум`ям. Зробив він це шляхом багаторазового прожарювання людської сечі.

Після нього незалежно один від одного приблизно однаковими способами даний елемент отримали:

І. Кункель;
Р. Бойл;
А. Маргграф;
К. Шеєле;
А. Лавуазьє.

Сьогодні один з найпопулярніших способів синтезу цієї речовини - відновлення з відповідних фосфоровмісних мінералів при високих температурах під впливом чадного газу і кремнезему. Процес здійснюється в спеціальних печах. Фосфор і його сполуки є дуже важливими речовинами як для живих істот, так і для безлічі синтезів в хімічній галузі. Тому слід розглянути, що ж являє собою цей елемент як проста речовина і де в природі міститься.

Проста речовина фосфор

Складно назвати якусь конкретну з`єднання, коли мова йде про фосфор. Це пояснюється численністю аллотропних видозмін, які має цей елемент. Виділяють чотири основні різновиди простого речовини фосфору.

Відео: № 228. Неорганічна хімія. Тема 28. Фосфор і його сполуки. Частина 1. Фізичні властивості

Білий. Це з`єднання, формула якого Р₄. Являє собою біле летюча речовина, що володіє різким неприємним запахом часнику. Самозаймається на повітрі при звичайній температурі. Згорає світиться блідо-зеленим світлом. Дуже отруйна і небезпечно для життя. Хімічна активність надзвичайно висока, тому отримують його і зберігають під шаром очищеної води. Це можливо завдяки погану розчинність в полярних розчинниках. Найкраще для цього білому фосфору підходить сірковуглець і органічні речовини. При нагріванні здатне переходить в наступну аллотропную форму - червоний фосфор. При конденсації і охолодження парів здатний формувати пласти. На дотик жирні, м`які, легко ріжуться ножем, білого кольору (злегка жовтуватого). Температура плавлення 44⁰С. Завдяки хімічної активності використовується в синтезах. Але через отруйності не має широкого промислового застосування.
Жовтий. Це погано очищена форма білого фосфору. Є ще більш отруйною, також неприємно пахне часником. Займається і горить яскравим світловим зеленим полум`ям. Дані жовті або бурі кристали в воді не розчиняються зовсім, при повному окисленні виділяють клуби білого диму складом Р₄Про₁₀.
Червоний фосфор і його сполуки є найпоширенішою і найбільш часто застосовується в промисловості модифікацією даного речовини. Пастоподібна червона маса, яка при підвищеному тиску може переходити в форму фіолетових кристалів, є хімічно малоактивною. Це полімер, здатний розчинятися тільки в деяких металах і більше ні в чому. При температурі в 250⁰З переганяється, переходячи в білу модифікацію. Не отруйний настільки сильно, як попередні форми. Однак при тривалому впливі на організм токсичний. Його використовують в нанесенні зажигающего покриття на сірникові коробки. Це пояснюється тим, що самозайматися він не може, а ось при денотації і терті вибухає (запалюється).
Чорний. За зовнішніми даними дуже нагадує графіт, так само є жирним на дотик. Це напівпровідник електричного струму. Темні кристали, блискучі, які не здатні розчинятися ні в яких розчинниках взагалі. Щоб він загорівся, потрібні дуже високі температури і попереднє розжарювання.

Також цікава не так давно відкрита форма фосфору - металевий. Він є провідником і має кубічну кристалічну решітку.

Хімічні властивості

Хімічні властивості фосфору залежать від того, в якій формі він знаходиться. Як вже говорилося вище, найбільш активна жовта і біла модифікація. В цілому ж фосфор здатний вступати у взаємодію з:

металами, утворюючи фосфіди і виступаючи в ролі окислювача;
неметаллами, виступаючи в ролі відновника і утворюючи леткі і нелеткі з`єднання різного роду;
сильними окислювачами, переходячи в фосфорну кислоту;
з концентрованими їдкими лугами по типу диспропорционирования;
з водою при дуже високій температурі;
з киснем з утворенням різних оксидів.

Хімічні властивості фосфору схожі з такими у азоту. адже він і входить до групи пніктогенов. Однак активність на кілька порядків вище, завдяки різноманітності аллотропних видозмін.

Знаходження в природі

Як біогенний елемент, фосфор є дуже поширеним. Його процентний вміст в земній корі становить 0,09%. Це досить великий показник. Де зустрічається цей атом в природі? Можна назвати кілька основних місць:

Відео: № 231. Неорганічна хімія. Тема 28. Фосфор і його сполуки. Частина 4. Фосфор в продуктах харчування

зелена частина рослин, їх насіння і плоди;
тварини тканини (м`язи, кістки, зубна емаль, багато важливих органічні сполуки);
земна кора;
грунт;
гірські породи і мінерали;
морська вода.

При цьому можна говорити тільки про пов`язаних формах, але не про просте речовині. Адже він дуже активний, і це не дозволяє йому бути вільним. Серед мінералів найбагатшими на фосфор є:

Інгліш;
фторапаптіт;
Сванбергу;
фосфорит та інші.

Біологічне значення даного елемента переоцінити неможливо. Адже він входить до складу таких сполук, як:

білки;
фосфоліпіди;
ДНК;
РНК;
фосфопротеіди;
ферменти.

Тобто всіх тих, які є життєво важливими і з яких будується в цілому весь організм. Добова норма для звичайного дорослої людини близько 2 грам.

Фосфор і його сполуки

Як дуже активний, даний елемент утворює безліч різних речовин. Адже він формує і фосфіди, і сам виступає як відновник. Завдяки цьому складно назвати елемент, який був би інертний при реакції з ним. А тому формули сполук фосфору вкрай різноманітні. Можна навести кілька класів речовин, в утворенні яких він активний учасник.

Відео: Вибух суміші червоного фосфору з бертолетової сіллю

Бінарні сполуки - оксиди, фосфіди, летюча водневе з`єднання, сульфід, нітрид і інші. Наприклад: Р₂Про₅, PCL₃, P₂S₃, PH₃ та інші.
Складні речовини: солі всіх типів (середні, кислі, основні, подвійні, комплексні), кислоти. Приклад: Н₃РВ₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca (H₂PO₄)₂, (NH₄)₂HPO₄ та інші.
Кисневовмісні органічні сполуки: білки, фосфоліпіди, АТФ, ДНК, РНК та інші.

Більшість позначених типів речовин мають важливе промислове і біологічне значення. Застосування фосфору та його сполук можливо і в медичних цілях, і для виготовлення цілком звичайних побутових предметів.

З`єднання з металами

Бінарні сполуки фосфору з металами і менш електронегативними неметаллами мають назву фосфіди. Це солеподібні речовини, які володіють крайньою нестійкістю при впливі різних агентів. Швидке розкладання (гідроліз) викликає навіть звичайна вода.

Крім того, під дією неконцентрованих кислот відбувається також розпад речовини на відповідні продукти. Наприклад, якщо говорити про гідролізі фосфіду кальцію, то продуктами стануть гідроксид металу і фосфін:

Ca₃P₂ + 6H₂O = 3Ca (OH)₂ + 2PH₃↑

А піддаючи фосфід розкладанню під дією мінеральної кислоти, ми отримаємо відповідну сіль і фосфін:

Ca₃P₂ + 6HCL = 3CaCL₂ + 2PH₃↑

В цілому цінність розглянутих з`єднань якраз в тому, що в результаті утворюється водневе з`єднання фосфору, властивості якого розглянемо нижче.

Летючі речовини на основі фосфору

Таких можна виділити два основних:

білий фосфор;
фосфін.

Про перший ми вже згадували вище і характеристики приводили. Сказали, що це білий густий дим, сильно отруйний, неприємно пахне і самозаймистий при звичайних умовах.

А ось що таке фосфін? Це найпоширеніше і відоме летюча речовина, до складу якого входить розглянутий елемент. Воно бінарне, і другий учасник - водень. Формула водневого сполуки фосфору - РН₃, назва фосфін.

Властивості цієї речовини можна описати так.

Летючий безбарвний газ.
Дуже отруйний.
Володіє запахом гнилої риби.
З водою не взаємодіє і дуже погано в ній розчиняється. Добре розчинний в органіці.
При звичайних умовах дуже хімічно активний.
Самозаймається на повітрі.
Утворюється при розкладанні фосфидов металів.

Інша назва - фосфан. З ним пов`язані історії з самої давнини. Вся справа в "блукаючих вогнях", Які іноді люди бачили і бачать зараз на кладовищах, болотах. Кулясті або свечеподобние вогники, які виникають то тут, то там, створюючи враження руху, вважалися поганою ознакою і їх дуже боялися забобонні люди. Причиною цього явища, за сучасними поглядами деяких вчених, можна вважати самозаймання фосфіну, який утворюється природним шляхом при розкладанні органічних залишків, як рослинних, так і тварин. Газ виходить назовні і, стикаючись з киснем повітря, загоряється. Колір і розмір полум`я може варіюватися. Найчастіше, це зелені яскраві вогники.

Очевидно, що всі леткі сполуки фосфору - отруйні речовини, які легко виявити по різкого неприємного запаху. Ця ознака допомагає уникнути отруєння і неприємних наслідків.

З`єднання з неметалами

Якщо фосфор поводиться як відновник, то слід говорити про бінарних сполуках з неметалами. Найчастіше саме вони виявляються більш електронегативними. Так, можна виділити кілька типів речовин подібного роду:

з`єднання фосфору і сірки - сульфід фосфору P₂S₃;
хлорид фосфору III, V;
оксиди і ангідрид;
бромід і йодид та інші.

Хімія фосфору та його сполук різноманітна, тому складно визначити найважливіші з них. Якщо ж говорити конкретно про речовини, які утворюються їх фосфору і неметалів, то найбільше значення мають оксиди і хлориди різного складу. Вони використовуються в хімічних синтезах як водовіднімаючих кошти, як каталізатори і так далі.

Так, одним з найсильніших осушувальних засобів є вищий оксид фосфору - Р₂Про₅. Він настільки сильно притягує воду, що при прямому контакті з нею відбувається бурхлива реакція з сильним шумовим супроводом. Само по собі речовина являє собою білу снегообразную масу, по агрегатному стані ближче до аморфному.

кисневовмісні органічні сполуки з фосфором

Відомо, що органічна хімія за чисельністю сполук набагато перевершує неорганічну. Це пояснюється явищем ізомерії і здатністю атомів вуглецю формувати різної будови ланцюжка атомів, замикаючись один з одним. Природно, є певний порядок, тобто класифікація, якій підпорядковується вся органічна хімія. Класи сполук різні, проте, нас цікавить один конкретний, безпосередньо пов`язаний з даним елементом. Це кисень з`єднання з фосфором. До них відносяться:

коферменти - НАДФ, АТФ, ФМН, пиридоксальфосфат і інші;
білки;
нуклеїнові кислоти, так як залишок фосфорної кислоти входить до складу нуклеотиду;
фосфоліпіди і фосфопротеіди;
ферменти і каталізатори.

Вид іона, в якому фосфор бере участь в утворенні молекули даних сполук, наступний - РВ₄³, тобто це кислотний залишок фосфорної кислоти. До складу деяких білків він входить у вигляді вільного атома або простого іона.

Для нормальної життєдіяльності кожного живого організму даний елемент і утворені ними органічні сполуки вкрай важливі і необхідні. Адже без білкових молекул неможлива побудова жодної структурної частини тіла. А ДНК і РНК - головні носії і передавачі спадкової інформації. Загалом, всі з`єднання повинні бути присутніми в обов`язковому порядку.

Застосування фосфору в промисловості

Застосування фосфору та його сполук в промисловості можна охарактеризувати в декількох пунктах.

Використовують у виробництві сірників, вибухових з`єднань, запалювальних бомб, деяких видів палива, мастильних матеріалів.
Як поглинач газів, а також при виготовленні ламп розжарювання.
Для захисту металів від корозії.
У сільському господарстві в якості добрив грунту.
Як засіб для пом`якшення води.
У хімічних синтезах при виробництві різних речовин.

Роль в живих організмах зводиться до участі в процесах утворення зубної емалі і кісток. Участь в реакціях ана і катаболізму, а також підтримання буферности внутрішнього середовища клітини і біологічних рідин. Є основою в синтезі ДНК, РНК, фосфоліпідів.

Поділися в соц мережах:

Увага, тільки СЬОГОДНІ!