Фосфор как химический элемент как пишется

Фосфор

← Кремний | Сера →

N
↑
P
↓
As

15P

Внешний вид простого вещества

Образцы жёлтого, красного и фиолетового фосфора

Свойства атома

Название, символ, номер

Фосфор/ Phosphorus (P), 15

Группа, период, блок

15 (устар. 5), 3,
p-элемент

Атомная масса
(молярная масса)

30,973762(2)^[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Ne] 3s² 3p³,
1s²2s²2p⁶3s²3p³

Радиус атома

128 пм

Химические свойства

Ковалентный радиус

106 пм

Радиус иона

35 (+5e) 212 (-3e) пм

Электроотрицательность

2,19 ^[2] (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Степени окисления

−3^[3], -1, 0, +1, (+2), +3, +5

Энергия ионизации
(первый электрон)

1011,2(10,48) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества

Плотность (при н. у.)

(белый фосфор)1,82 г/см³

Температура плавления

44,15 °C (317,3 K)

Температура кипения

279,85 °C (553 K)

Уд. теплота плавления

2,51 кДж/моль

Уд. теплота испарения

49,8 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

21,6^[4] (ромбич.) Дж/(K·моль)

Молярный объём

17,0 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества

Структура решётки

Кубическая, объёмноцентрированная

Параметры решётки

18,800 Å

Прочие характеристики

Теплопроводность

(300 K) (0,236) Вт/(м·К)

Номер CAS

7723-14-0

Фо́сфор (химический символ — P, от др.-греч. φῶς — свет и φέρω — несу, φωσφόρος — светоносный; также от лат. Phosphorus) — химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы, VA) третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 15.

Фосфор — один из распространённых элементов земной коры: его содержание составляет 0,08—0,09 % её массы. Концентрация в морской воде 0,07 мг/л^[5]. В свободном состоянии не встречается из-за высокой химической активности. Образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca₅(PO₄)₃ (F,Cl,OH), фосфорит (Сa₃(PO₄)₂) и другие. Фосфор входит в состав важнейших биологических соединений — фосфолипидов. Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ, ДНК), является элементом жизни.

История

Фосфор открыт гамбургским алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 году. Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать философский камень, а получил светящееся вещество. Бранд сфокусировался на опытах с человеческой мочой, так как полагал, что она, обладая золотистым цветом, может содержать золото или нечто нужное для его добычи. Первоначально его способ заключался в том, что сначала моча отстаивалась в течение нескольких дней, пока не начнёт испускать зловоние, а затем кипятилась до клейкого состояния. Нагревая эту пасту до высоких температур и доводя до появления пузырьков, он надеялся, что, сконденсировавшись, они будут содержать золото. После нескольких часов интенсивных кипячений получались крупицы белого воскоподобного вещества, которое очень ярко горело и к тому же мерцало в темноте. Бранд назвал это вещество phosphorus mirabilis (лат. «чудотворный носитель света»). Открытие фосфора Брандом стало первым открытием нового элемента со времён античности.

Несколько позже фосфор был получен другим немецким химиком — Иоганном Кункелем.

Независимо от Бранда и Кункеля фосфор был получен Р. Бойлем, описавшим его в статье «Способ приготовления фосфора из человеческой мочи», датированной 14 октября 1680 года и опубликованной в 1693 году.

Более усовершенствованный способ получения фосфора был опубликован в 1743 году Андреасом Маргграфом.

Существуют данные, что фосфор умели получать ещё арабские алхимики в XII в.

То, что фосфор — простое вещество, доказал Лавуазье.

Аморфную аллотропную модификацию фосфора — красный фосфор P_n — выделил, нагревая белый фосфор без доступа воздуха, А. Шрёттер в середине XIX в.

В 1865 году Гитторф охлаждением красного фосфора в расплавленном свинце получил, как полагали, новую кристаллическую модификацию, которую назвали фиолетовой. Эта модификация была построена из группировок P₈ и P₉, связанных мостиковыми атомами фосфора в трубки. Однако в настоящее время считается, что фиолетовый фосфор — это крупнокристаллическая модификация красного.

Происхождение названия

В 1669 году Хеннинг Бранд при нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи получил светящееся в темноте вещество, названное сначала «холодным огнём». Вторичное название «фосфор» происходит от греческих слов «φώς» — свет и «φέρω» — несу. В древнегреческой мифологии имя Фосфор (или Эосфор, др.-греч. Φωσφόρος) носил страж Утренней звезды.

Физические свойства

Элементарный фосфор при нормальных условиях существует в виде нескольких устойчивых аллотропных модификаций. Все существующие аллотропные модификации фосфора пока (2021 г.) до конца не изучены. Традиционно различают три его модификации: белый, красный, чёрный. Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные описываемые модификации являются смесью этих трёх. При стандартных условиях устойчивы только две аллотропические модификации фосфора, например, белый фосфор термодинамически неустойчив (квазистационарное состояние) и переходит со временем при нормальных условиях в красный фосфор. Все модификации различаются по цвету, плотности и другим физическим и химическим характеристикам, особенно по химической активности. При переходе состояния вещества в более термодинамически устойчивую модификацию снижается химическая активность, например, при последовательном превращении белого фосфора в красный, потом красного в чёрный.

Белый фосфор

Белый фосфор представляет собой белое вещество (из-за примесей может иметь желтоватый оттенок). По внешнему виду он очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий.

Молекула белого фосфора

Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решётку, формула молекулы белого фосфора — P₄, причём атомы расположены в вершинах тетраэдра^[6]. Отливаемый в инертной атмосфере в виде палочек (слитков), он сохраняется в отсутствие воздуха под слоем очищенной воды или в специальных инертных средах.

Плохо растворяется в воде^[6], но легкорастворим в органических растворителях. Растворимостью белого фосфора в сероуглероде пользуются для промышленной очистки его от примесей. Плотность белого фосфора из всех его модификаций наименьшая и составляет около 1823 кг/м³. Плавится белый фосфор при 44,1 °C. В парообразном состоянии происходит диссоциация молекул фосфора.

Химически белый фосфор чрезвычайно активен. Например, он медленно окисляется кислородом воздуха уже при комнатной температуре и светится (бледно-зелёное свечение). Явление такого рода свечения вследствие химических реакций окисления называется хемилюминесценцией (иногда ошибочно фосфоресценцией). При взаимодействии с кислородом белый фосфор горит даже под водой^[7].

Белый фосфор не только активен химически, но и весьма ядовит: летальная доза белого фосфора для взрослого человека составляет 0,05—0,15 г^[4], а при хроническом отравлении поражает кости, например, вызывает омертвение челюстей^[4]. При контакте с кожей легко самовоспламеняется, вызывая серьёзные ожоги^[8]^[9].

Под действием света, при нагревании до не очень высоких температур в безвоздушной среде^[6], а также под действием ионизирующего излучения^[10] белый фосфор превращается в красный фосфор.

Жёлтый фосфор

Неочищенный белый фосфор обычно называют «жёлтый фосфор». Сильно ядовитое (ПДК в атмосферном воздухе 0,0005 мг/м³), огнеопасное кристаллическое вещество от светло-жёлтого до тёмно-бурого цвета. Плотность 1,83 г/см³, плавится при 43,1 °C, кипит при +280 °C. В воде не растворяется, на воздухе легко окисляется и самовоспламеняется. Горит ослепительным ярко-зелёным пламенем с выделением густого белого дыма — мелких частичек декаоксида тетрафосфора P₄O₁₀^[11].

Так как фосфор реагирует с водой лишь при температуре свыше 500 °C, то для тушения фосфора используют воду в больших количествах (для снижения температуры очага возгорания и перевода фосфора в твёрдое состояние) или раствор сульфата меди (медного купороса), после гашения фосфор засыпают влажным песком. Для предохранения от самовозгорания жёлтый фосфор хранится и перевозится под слоем воды (или в форме водного раствора хлорида кальция)^[12].

Красный фосфор

Красный фосфор — это более термодинамически стабильная модификация элементарного фосфора. Впервые он был получен в 1847 году в Швеции австрийским химиком А. Шрёттером при нагревании белого фосфора при 500 °С в атмосфере угарного газа (СО) в запаянной стеклянной ампуле.

Красный фосфор имеет формулу Р_n и представляет собой полимер со сложной структурой. В зависимости от способа получения и степени дробления, красный фосфор имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии — тёмно-фиолетовый с медным оттенком, имеет металлический блеск. Химическая активность красного фосфора значительно ниже, чем у белого; ему присуща исключительно малая растворимость. Растворить красный фосфор возможно лишь в некоторых расплавленных металлах (свинец и висмут), чем иногда пользуются для получения крупных его кристаллов. Так, например, немецкий физико-химик И. В. Гитторф в 1865 году впервые получил прекрасно построенные, но небольшие по размеру кристаллы (фосфор Гитторфа). Красный фосфор на воздухе не самовоспламеняется, вплоть до температуры 240—250 °С (при переходе в белую форму во время возгонки), но самовоспламеняется при трении или ударе, у него полностью отсутствует явление хемилюминесценции. Нерастворим в воде, а также в бензоле, сероуглероде и других веществах, растворим в трибромиде фосфора. При температуре возгонки красный фосфор превращается в пар, при охлаждении которого образуется в основном белый фосфор.

Ядовитость его в тысячи раз меньше, чем у белого, поэтому он применяется гораздо шире, например, в производстве спичек (составом, в который входит красный фосфор, покрыта тёрочная поверхность спичечных коробков). Плотность красного фосфора также выше, и достигает 2400 кг/м³ в литом виде. При хранении на воздухе красный фосфор в присутствии влаги постепенно окисляется, образуя гигроскопичный оксид, поглощает воду и отсыревает («отмокает»), образуя вязкую фосфорную кислоту; поэтому его хранят в герметичной таре. При «отмокании» — промывают водой от остатков фосфорных кислот, высушивают и используют по назначению.

Чёрный фосфор

Чёрный фосфор — это наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора. Впервые чёрный фосфор был получен в 1914 году американским физиком П. У. Бриджменом из белого фосфора в виде чёрных блестящих кристаллов, имеющих высокую (2690 кг/м³) плотность. Для проведения синтеза чёрного фосфора Бриджмен применил давление в 2⋅10⁹ Па (20 тысяч атмосфер) и температуру около 200 °С. Начало быстрого перехода лежит в области 13 000 атмосфер и температуре около 230 °С.

Чёрный фосфор представляет собой чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и весьма похожее на графит, и с полностью отсутствующей растворимостью в воде или органических растворителях. Поджечь чёрный фосфор можно, только предварительно сильно раскалив в атмосфере чистого кислорода до 400 °С. Чёрный фосфор проводит электрический ток и имеет свойства полупроводника. Температура плавления чёрного фосфора 1000 °С под давлением 1,8⋅10⁶ Па.

Химические свойства

Химическая активность фосфора значительно выше, чем у азота. При этом тенденция к образованию кратных связей у фосфора выражена слабее, чем у азота. Это объясняется тем, что две одинарные связи (δ + δ) имеют большую энергию, чем одна двойная (δ + π), а три одинарные (δ + δ + δ) — большую, чем одна тройная (δ + π + π). Поэтому фосфор не образует соответствующие аналоги соединений и ионов азота с кратными связями (N₂, NO, N₃^—, N₂⁺). Особенностью фосфора, с другой стороны, является способность образовывать цепочечные и кластерные структуры^[13]. Химические свойства фосфора во многом определяются его аллотропной модификацией. Белый фосфор очень активен, в процессе перехода к красному и чёрному фосфору химическая активность снижается. Белый фосфор в воздухе при окислении кислородом воздуха при комнатной температуре излучает видимый свет, свечение обусловлено фотоэмиссионной реакцией окисления фосфора.

В жидком и растворённом состоянии, а также в парах до 800 °С фосфор состоит из молекул . При нагревании выше 800 °С молекулы диссоциируют:

При температуре выше 2000 °С молекулы распадаются на атомы.

Взаимодействие с простыми веществами

Фосфор легко окисляется кислородом:

{displaystyle {ce {4 P + 5 O2 -> 2 P2O5}}}

(с избытком кислорода),

{displaystyle {ce {4 P + 3 O2 -> 2 P2O3}}}

(при медленном окислении или при недостатке кислорода).

Взаимодействует со многими простыми веществами — галогенами, серой, некоторыми металлами, проявляя окислительные и восстановительные свойства:

с металлами — окислитель, образует фосфиды:

{displaystyle {ce {2 P + 3 Ca -> Ca3P2}}}

фосфиды разлагаются водой и кислотами с образованием фосфина.

C неметаллами — восстановитель:

{displaystyle {ce {2 P + 5 Cl2 -> 2 PCl5}}}

С водородом фосфор практически не соединяется. Однако вода разлагает некоторые фосфиды по реакции, например:

${displaystyle {ce {Ca3P2 + 6 H2O -> 2 PH3 ^ + 3 Ca(OH)2}}}$

может быть получен аналогичный аммиаку фосфористый водород (фосфин) — .

Взаимодействие с водой

Взаимодействует с водяным паром при температуре выше 500 °С, протекает реакция диспропорционирования с образованием фосфина и фосфорной кислоты:

${displaystyle {ce {8 P + 12 H2O -> 5 PH3 ^ + 3 H3PO4}}}$

Реакция взаимодействия красного фосфора и воды с образованием ортофосфорной кислоты и водорода. Реакция протекает при температуре 700—900 °C. Катализатором могут выступать: платина, медь, титан, цирконий[1]:

${displaystyle {ce {2 P + 8 H2O ->[700-900^oC, kat] 2 H3PO4 + 5 H2 ^}}}$

Взаимодействие со щелочами

В холодных концентрированных растворах щелочей также медленно протекает реакция диспропорционирования с образованием фосфина^[14]:

${displaystyle {ce {4 P + 3 KOH + 3 H2O ->[tau] PH3 ^ + 3 KH2PO2}}}$

Восстановительные свойства

Сильные окислители превращают фосфор в фосфорную кислоту:

${displaystyle {ce {3 P + 5 HNO3 + 2 H2O -> 3 H3PO4 + 5NO ^}}}$

${displaystyle {ce {2 P + 5 H2SO4 -> 2 H3PO4 + 5 SO2 ^ + 2 H2O}}}$

Реакция окисления фосфора происходит при поджигании спичек, в качестве окислителя выступает бертолетова соль:

{displaystyle {ce {6 P + 5 KClO3 -> 5 KCl + 3 P2O5}}}

{displaystyle {ce {2 P + KClO3 -> KCl + P2O3}}}

Получение

Фосфор получают из апатитов или фосфоритов в результате взаимодействия с коксом и кремнезёмом при температуре около 1600 °С:

{displaystyle {ce {2 Ca3(PO4)2 + 10 C + 6 SiO2 -> P4 + 10 CO + 6 CaSiO3}}}

или:

{displaystyle {ce {Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5 C -> 3 CaSiO3 + 5 CO + 2 P}}}

Образующиеся пары фосфора конденсируются в приёмнике под слоем воды в аллотропическую модификацию в виде белого фосфора. Вместо фосфоритов для получения элементарного фосфора можно восстанавливать углём и другие неорганические соединения фосфора, например, в том числе, метафосфорную кислоту:

{displaystyle {ce {4 HPO3 + 10 C -> P4 + 2 H2O + 10 CO}}}

Применение

Фосфор является важнейшим биогенным элементом и в то же время находит очень широкое применение в промышленности. Красный фосфор применяют в производстве спичек. Его вместе с тонко измельчённым стеклом и клеем наносят на боковую поверхность коробки. При трении спичечной головки, в состав которой входят хлорат калия и сера, происходит воспламенение.

Изотопы

Известно более 20 изотопов фосфора (с массовым числом от 24 до 47). Природный изотоп ³¹P стабилен. Из радиоактивных изотопов наиболее долгоживущие: ³⁰P (T_1/2 = 2,5 мин), ³²P (T_1/2 = 14,26 суток) и ³³P (T_1/2 = 25,34 суток)^[15].

Элементарный фосфор

Пожалуй, первое свойство фосфора, которое человек поставил себе на службу, — это горючесть. Горючесть фосфора очень велика и зависит от аллотропической модификации.

Наиболее активен химически, токсичен и горюч белый («жёлтый») фосфор, потому он очень часто применяется (в зажигательных бомбах и пр.).

Красный фосфор — основная модификация, производимая и потребляемая промышленностью. Он применяется в производстве спичек, взрывчатых веществ, зажигательных составов, различных типов топлива, а также противозадирных смазочных материалов, в качестве газопоглотителя в производстве ламп накаливания.

Соединения фосфора в сельском хозяйстве

Фосфор (в виде фосфатов) — один из трёх важнейших биогенных элементов, участвует в синтезе АТФ. Большая часть производимой фосфорной кислоты идёт на получение фосфорных удобрений — суперфосфата, преципитата, аммофоски и др.

Соединения фосфора в промышленности

Фосфаты широко используются:

в качестве комплексообразователей (средства для умягчения воды),
в составе пассиваторов поверхности металлов (защита от коррозии, например, так называемый состав «мажеф»).

Фосфатные связующие

Способность фосфатов формировать прочную трёхмерную полимерную сетку используется для изготовления фосфатных и алюмофосфатных связок.

Биологическая роль соединений фосфора

Фосфор присутствует в живых клетках в виде орто- и пирофосфорной кислот, входит в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов, коферментов, ферментов. Кости человека состоят из гидроксилапатита 3Са₃(РО₄)₂·Ca(OH)₂, составляющего также основу и зубной эмали. Основную роль в превращениях соединений фосфора в организме человека и животных играет печень. Обмен фосфорных соединений регулируется гормонами и витамином D. При недостатке фосфора в организме развиваются различные заболевания костей.

Суточная потребность в фосфоре составляет:

для взрослых 1,0—2,0 г;
для беременных и кормящих женщин 3—3,8 г;
для детей и подростков 1,5—2,5 г.

При больших физических нагрузках потребность в фосфоре возрастает в 1,5—2 раза.

Усвоение происходит эффективнее при приёме фосфора вместе с кальцием в соотношении 3:2 (P:Ca).

Некоторые источники^[16]:

Продукт	Содержание, мг/100 г
Очищенное конопляное семя	1650
Семена тыквы (ядра)	1233
Семена подсолнечника (ядра) поджаренные	1158
Семена мака	870
Горчичный порошок	828
Кунжут (очищенный)	774
Семена дыни (ядра)	755
Какао-порошок	734
Твёрдый пармезан	694
Семена подсолнечника (ядра) сушёные	660
Сафлора семена (ядра)	644
Семена льна	642
Семена лотоса	626
Сыр швейцарский нежирный	605
Кешью сырые	593
Орехи пили	575
Амарантовая крупа	557
Сыр гауда	546
Овёс	523
Грецкий орех чёрный	513
Печень говяжья тушёная	497
Фисташки сырые	490
Миндаль	481
Киноа	457
Люпин, семена	440
Карп	415
Фасоль	407
Арахис	397
Сыр рокфор	392
Мука из цельного зерна	357
Печень куриная	297
Вырезка свиная	286
Желтоперый тунец	278
Сгущённое молоко	253
Яйцо	198
Говядина	188^[17]
Курица	178

Токсикология элементарного фосфора

Красный фосфор практически нетоксичен (токсичность ему придают примеси белого фосфора). Пыль красного фосфора, попадая в лёгкие, вызывает пневмонию при хроническом действии.

Белый фосфор очень ядовит, растворим в липидах. Летальная доза белого фосфора для человека (в зависимости от его веса) — 15—150 мг. Попадая на кожу, белый фосфор даёт тяжёлые ожоги, а также может проникать в организм через поражения кожи, вызывая сильное отравление.

Острые отравления белым фосфором проявляются жжением во рту и желудке, головной болью, слабостью, рвотой. Через 2—3 суток развивается желтуха. Для хронических форм характерны нарушение кальциевого обмена, поражение сердечно-сосудистой и нервной систем. Первая помощь при остром отравлении — промывание желудка, слабительное, очистительные клизмы, внутривенно растворы глюкозы. При ожогах кожи обработать поражённые участки растворами медного купороса или соды.
ПДК паров жёлтого фосфора в воздухе производственных помещений — 0,03 мг/м³, временно допустимая концентрация в атмосферном воздухе — 0,0005 мг/м³, ПДК в питьевой воде — 0,0001 мг/дм³^[18] .

Токсикология соединений фосфора

Некоторые соединения фосфора (фосфин) очень токсичны. Ввиду высокой (ЛД50 15—100 мг/кг) и чрезвычайно высокой (<15 мг/кг) токсичности большинство фосфорорганических соединений (ФОС) используются в качестве пестицидов (инсектициды, акарициды, зооциды и т. д.) или боевых отравляющих веществ. Примером боевых отравляющих веществ являются — зарин, зоман, табун, новичок, V-газы.

ФОС проявляют свойства веществ нервно-паралитического действия. Токсичность фосфорорганических соединений обусловлена ингибированием фермента ацетилхолинэстеразы, вследствие чего развивается головная боль, тошнота, головокружение, сужение зрачков (миоз), затруднение дыхания (одышка), возникает слюнотечение, понижается артериальное давление, возникают конвульсии, проявляется паралитическое воздействие, кома, и как следствие может быстро возникнуть летальный исход. Эффективным антидотом при отравлении ФОС является атропин.

Опасность для здоровья

Рейтинг NFPA 704:

Фосфор жёлтый элементарный относится к 1-му классу опасности.

Примечания

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02. Архивировано 5 февраля 2014 года.
↑ Phosphorus: electronegativities (англ.). WebElements. Дата обращения: 15 июля 2010. Архивировано 7 января 2010 года.
↑ Sulfur and Phosphorus Compounds (англ.). Дата обращения: 27 января 2010. Архивировано из оригинала 13 февраля 2010 года.
↑ ¹ ² ³ Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 145.
↑ J. P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
↑ ¹ ² ³ Ходаков Ю. В., Эпштейн Д. А., Глориозов П. А. § 30. Фосфор // Неорганическая химия. Учебник для 9 класса. — 7-е изд. — М.: Просвещение, 1976. — С. 62—65. — 2 350 000 экз.
↑ Горение белого фосфора под водой Архивная копия от 17 июня 2016 на Wayback Machine — видеоопыт в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов
↑ Kemal T. Saracoglu, Ahmet H. Acar, Tamer Kuzucuoglu, Sezer Yakupoglu. White phosphorus burn (англ.) // The Lancet. — 2010. — Vol. 376, no. 9734. — P. 68. — doi:10.1016/S0140-6736(10)60812-4.
↑ Chou TD, Lee TW, Chen SL, Tung YM, Dai NT, Chen SG, Lee CH, Chen TM, Wang HJ. The management of white phosphorus burns (англ.) // Burns. — 2001. — Vol. 27, iss. 5. — P. 492—497. — doi:10.1016/S0305-4179(01)00003-1. — PMID 11451604.
↑ Радиационная химия // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 200. — ISBN 5-7155-0292-6.
↑
Шретер В., Лаутеншлегер К.-Х., Бибрак Х. и др. Химия = Chemie. — М.: Химия, 1989. — С. 351. — ISBN 5-7245-0360-3.
↑ Химическая энциклопедия / Редкол.: Зефиров Н. С. и др.. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5. — 783 с. — ISBN 5-85270-310-9.
↑ Под ред. Ю.Д. Третьякова. Неорганическая химия: в 3 т. — Москва: Издательский центр «Академия», 2004. — Т. 2. — С. 156.
↑ Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0.
↑ Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729….3A.
↑ USDA. Дата обращения: 31 декабря 2015. Архивировано 1 марта 2014 года.
↑ Буланов Ю. Б. Химический состав продуктов. Пищевая ценность.
↑ УНИАН — здоровье — Что происходит с фосфором? Дата обращения: 26 мая 2010. Архивировано 23 мая 2013 года.

Ссылки

Взрыв фосфора с калиевой селитрой (видео) (недоступная ссылка с 14-04-2018 [1786 дней])
Фосфорная луна — Опыт с белым фосфором
Фосфор, учебный фильм
Фосфор на Webelements
Фосфор в Популярной библиотеке химических элементов

Эта страница в последний раз была отредактирована 23 февраля 2023 в 15:17.

Как только страница обновилась в Википедии она обновляется в Вики 2.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.

Источник

Фосфор — химический элемент № (15). Он расположен в VА группе третьем периоде Периодической системы.

P15+15)2e)8e)5e

На внешнем слое атома фосфора содержатся пять валентных электронов, до его завершения не хватает трёх электронов. Поэтому в соединениях с металлами и водородом фосфор проявляет степень окисления (–3), а при взаимодействии с более электроотрицательными элементами: кислородом, фтором и другими — положительные степени окисления ( +3) или (+5).

В атоме фосфора больше электронных слоёв по сравнению с атомом азота, поэтому его электроотрицательность, окислительные и неметаллические свойства выражены слабее.

В земной коре фосфор находится в виде фосфатов. Чаще встречается фосфат кальция

Ca3(PO4)2

Фосфор — жизненно важный элемент. Он входит в состав нуклеиновых кислот и АТФ, которые необходимы каждой клетке любого живого организма. Фосфат кальция содержится в костной ткани и придаёт ей твёрдость.

Химическому элементу фосфору характерна аллотропия. Он образует несколько простых веществ, отличающихся строением.

Белый фосфор состоит из четырёхатомных молекул

Рис. (1). Молекула белого фосфора

Он представляет собой белое (с жёлтым оттенком), похожее на воск вещество, которое светится в темноте из-за окисления кислородом воздуха.

Как все молекулярные соединения, белый фосфор летуч. Он имеет чесночный запах. Не растворяется в воде, но растворяется в сероуглероде. Белый фосфор очень ядовит. В порошкообразном состоянии может самовоспламеняться. Хранят его под водой.

Красный фосфор имеет атомную кристаллическую решётку.

Рис. (2). Строение красного фосфора

Красный фосфор представляет собой порошок и по своим свойствам резко отличается от белого. Он не имеет запаха, не растворяется в воде и в сероуглероде. Неядовит. Активность красного фосфора ниже, чем белого.

Аллотропные модификации фосфора взаимопревращаемы. Белый фосфор превращается в красный на свету или при длительном нагревании без доступа воздуха. Красный фосфор при сильном нагревании и охлаждении паров превращается в белый.

Химические свойства разных аллотропных модификаций фосфора похожи. Белый фосфор более активен и вступает в реакции легче.

Окислительные свойства фосфор проявляет в реакциях с активными металлами:

Полученные соединения называются фосфидами (

Na3P

— фосфид натрия).

В отличие от азота фосфор не соединяется с водородом.

Восстановительные свойства фосфор проявляет в реакции с кислородом. Белый фосфор самовоспламеняется на воздухе, а красный загорается при нагревании. При этом образуется густой белый дым оксида фосфора(V):

Красный фосфор используется при изготовлении спичек.

Источники:

Рис. 1. Молекула белого фосфора © ЯКласс

Рис. 2. Строение красного фосфора © ЯКласс

Источник

Характеристика фосфора

Положение в ПСХЭ

Фосфор (P) располагается во 3 периоде, в V группе, главной подгруппе, имеет порядковый номер 15.

Атомные числа

A (массовое число) = 31
P (число протонов) = 15
N (число нейтронов) = A — Z = 31 — 15 = 16
ē (число электронов) = 15

Электронное строение атома

P
+15

₁₅P 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³

Валентные электроны

₁₅P

↑↓

↑

₁₅P^*

↑

Степени окисления

минимальная: -3

максимальная: +5

Свойства простого вещества

Фосфор – p-элемент, неметалл.

Высший оксид

P₂O₅ – оксид фосфора (V).
Проявляет кислотные свойства:
P₂O₅ + 6NaOH ⟶ 2Na₃PO₄ + 3H₂O

Высший гидроксид

H₃PO₄ – ортофосфорная кислота.
Проявляет кислотные свойства:
H₃PO₄ + 3NaOH ⟶ Na₃PO₄ + 3H₂O

Водородное соединение

PH₃

Источник

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%BE%D1%80

Фосфор(P)
Атомный номер	15
Внешний вид	Белый фосфор- белый, восковидный, слегка фосфорецирующий
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	30,973762 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	128 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	1011,2(10,48) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Ne] 3s² 3p³
Химические свойства
Ковалентный радиус	106 пм
Радиус иона	35 (+5e) 212 (-3e) пм
Электроотрицательность (по Полингу)	2,19
Электродный потенциал	0
Степени окисления	5, 3, -3
Термодинамические свойства
Плотность	(белый фосфор)1,82 г/см³
Удельная теплоёмкость	0,757 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	(0,236) Вт/(м·K)
Температура плавления	317,3 K
Теплота плавления	2,51 кДж/моль
Температура кипения	553 K
Теплота испарения	49,8 кДж/моль
Молярный объём	17,0 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки	кубическая
Период решётки	7,170 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	n/a K

Фосфор — один из самых распространенных элементов земной коры, его содержание в земной коре составляет 0,1 % массы . В свободном состоянии не встречается из-за своей химической активности, образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca₅(PO₄)₃F, фосфорит Ca₃(PO₄)₂ и флюорит CaF₂. Фосфор содержится во всех частях зеленых растений, еще больше его в плодах и семенах. Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений, является необходимым элементом жизни.

История

Фосфор открыт гамбургским алхимиком Хеннингом Брандом в 1669 г. Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать эликсир жизни или философский камень, а получил светящееся вещество. Существуют данные, что фосфор умели получать еще арабские алхимики в XII в. То, что фосфор – простое вещество доказал Лавуазье.

Происхождение названия

В 1669 г. немецкий алхимик Хеннинг Бранд при нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи получил светящееся в темноте вещество, названное сначала «холодным огнём», вторичное название «фосфор» происходит от греческих слов «фос» – свет и «феро» – несу.

Получение

Фосфор получают из апатитов или фосфоритов в результате взаимодействия с коксом и песком при температуре 1500 °С:

2Ca₃(PO4)₂ + 10C + 6SiO₂ = 4P + 10CO + 6CaSiO₃.

Образующиеся пары белого фосфора конденсируются в приемнике под водой. Вместо фосфоритов восстановлению можно подвергнуть и другие соединения, например, метафосфорную кислоту:

4HPO₃ + 12C = 4P + 2H₂ + 12CO.

Физические свойства

Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропических модификаций и вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решен. Обычно выделяют три модификации простого вещества – белую, красную, черную и металлический фосфор. Иногда их еще называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные являются разновидностью указанных четырех. В обычных условиях существует только три аллотропических модификации фосфора и в условиях сверхвысоких давлений также металлическая форма элементарного фосфора. Все модификации различаются по цвету, плотности и другим физическим характеристикам, а также заметна тенденция к резкому убыванию химической активности при переходе от белого к металлическому фосфору и нарастанию металлических свойств.

Белый фосфор:

Белый фосфор представляет собой белое вещество с желтоватым оттенком (из-за примесей) с температурой плавления 44,1° С. По внешнему виду он очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий. Отливаемый в инертной атмосфере ввиде палочек или слитков иной формы, он сохраняется в отсутствии воздуха под слоем очищенной воды или в специальных инертных средах. Химически белый фосфор чрезвычайно активен. Например белый фосфор медленно окисляется кислородом воздуха уже при комнатной температуре, и светится (бледно-зеленое свечение). Явление такого рода свечения вследствие химических реакций окисления называется хемолюминесценцией или устаревшим термином — фосфоресценцией. Белый фосфор не только активен химически, но и весьма ядовит (вызывает поражение костей, костного мозга, некроз челюстей) и легкорастворим в органических растворителях. Летальная доза белого фосфора для взрослого мужчины состовляет 0,05-0,1 грамма. Растворимостью белого фосфора в сероуглероде пользуются для промышленной очистки его от примесей. Плотность белого фосфора из всех его модификаций наименьшая и состовляет около 1823 кг/м³.

Красный фосфор:

Красный фосфор, или также называемый фиолетовым фосфором, это более термодинамически стабильная модификация элементарного фосфора. Впервые он был получен А. Шреттером при нагревании белого фосфора при 500°С в атмосфере «угарного газа» (СО) в запаянной стеклянной ампуле в 1847 году в Швеции. Красный фосфор имеет формулу Р4 и представляет собой полимер со сложной структурой. В зависимости от способа получения и степени дробления красного фосфора, ему присущи оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии присущ темно-фиолетовый с медным оттенком металлический блеск. Химическая активность красного фосфора значительно ниже чем у белого, и присуща исключительно малая растворимость в растворителях. Растворить красный фосфор возможно лишь в некоторых расплавленных металлах (свинец и висмут), чем иногда пользуются для получения крупных его кристаллов. Так например немецкий ученый-физик И.В.Гитторф в 1865 году впервые получил прекрасно построенныено небольшие по размеру кристаллы (фосфор Гитторфа). На воздухе он воспламеняется при высоких температурах (при переходе в белую форму во время возгонки) и у него полностью отсутствует явление хемолюминесценции. Ядовитость его в тысячи раз меньше чем у белого и в этом отношении он полностью соответствует например для применения его при производстве спичек. Плотность красного фосфора также выше чем у белого и достигает 2400 кг/м³ в литом виде. При хранении на воздухе красный фосфор в присутствии влаги окисляется и ему присуще явление «отмокания», поэтому его хранят в герметичной таре и при отмокании промывают водой от остатков фосфорных кислот, высушивают и используют по-назначению.

Черный фосфор:

Черный фосфор – это наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора. Впервые черный фосфор был получен П.У.Бриджменом из белого фосфора в 1914 году в виде черных блестящих кристаллов имеющих высокую (2690 кг/м3) плотность. Для проведения синтеза черного фосфора Бриджмен применил давление в 2·10⁹Па (20 тысяч атмосфер) и температуру около 200° С. Начало быстрого перехода лежит в области 13000 атмосфер и температуре около 230°С. Черный фосфор представляет собой черное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и весьма похожее на графит, и полностью отсутствующей растворимостью в воде или органических растворителях. Поджечь черный фосфор можно только предварительно сильно раскалив в атмосфере чистого кислорода до 400°С. Удивительным свойством черного фосфора является его способность проводить электрический ток и свойства полупроводника. Температура плавления черного фосфора 1000°С под давлением 18 · 10⁵Па.

Металлический фосфор:
При 8,3 · 10¹⁰Па черный фосфор переходит в новую, еще более плотную и инертную металлическую фазу с плотностью 3,56г/см³, а при дальнейшем повышении давления до 1,25 · 10¹¹Па металлический фосфор еще более уплотняет приобретает кубическую кристаллическую решетку, при этом его плотность возрастает до 3,83г/см³. Металлический фосфор очень хорошо проводит электрический ток.

Химические свойства

Химическая активность фосфора значительно выше, чем у азота. Химические свойства фосфора во многом определяются его аллотропной модификацией. Белый фосфор очень активен, в процессе перехода к красному и черному фосфору химическая активность резко снижается. Белый фосфор на воздухе светится в темноте, свечение обусловлено окислением паров фосфора до низших оксидов.

В жидком и растворенном состоянии, а также в парах до 800 °С фосфор состоит из молекул Р₄. При нагревании выше 800 °С молекулы диссоциируют: Р₄ = 2Р₂. При температуре выше 2000 °С молекулы распадаются на атомы.

Взаимодействие с простыми веществами

Фосфор легко окисляется кислородом:

4P + 5O₂ = 2P₂O5,
4P + 3O₂ = 2P₂O₃.

Взаимодействует со многими простыми веществами – галогенами, серой, некоторыми металлами, проявляя окислительные и восстановительные свойства:

с металлами – окислитель, образует фосфиды:

2P + 3Ca = Ca₃P₂.

с неметаллами – восстановитель:

2P + 3S = P₂S₃,

2P + 3Cl₂ = 2PCl₃.

Не взаимодействует с водородом.

Взаимодействие с водой:

Взаимодействует с водой, при этом диспропорционирует:

4Р + 6Н₂О = РН₃ + 3Н₃РО₂ (фосфорноватистая кислота).

Взаимодействие со щелочами:

В растворах щелочей диспропорционирование происходит в большей степени:

4Р + 3KOH + 3Н₂О = РН₃ + 3KН₂РО₂ .

Восстановительные свойства:

Сильные окислители превращают фосфор в фосфорную кислоту:

3P + 5HNO₃ + 2H₂O = 3H₃PO₄ + 5NO;

2P + 5H₂SO₄ = 2H₃PO₄ + 5SO₂ + 2H₂O.

Реакция окисления также происходит при поджигании спичек, в качестве окислителя выступает бертолетова соль:

6P + 5KClO₃ = 5KCl + 3P₂O₅