Фосфор - периодтық жүйенің бесінші тобының маңызды элементі. Фосфордың химиялық қасиеттері оның модификациясына байланысты. Ең белсенді зат - ауада тотығатын ақ фосфор. Фосфордың екі валенттілігі (III және V) және үш тотығу дәрежесі бар - +5, +3, -3.
Фосфор және қосылыстар
Фосфордың үш аллотропты модификациясы бар, олар химиялық және физикалық қасиеттері бойынша ерекшеленеді:
- ақ;
- қызыл;
- қара.
Химиялық реакциялардағы фосфорды көбінесе ақ фосфор (Р4) деп түсінеді. Қызыл фосфор белгілі бір жағдайларда әрекеттеседі. Мысалы, ол қызған кезде және қысым астында сумен әрекеттеседі. Қара фосфор іс жүзінде инертті.
Күріш. 1. Жарқыраған ақ фосфор.
Фосфор қарапайым және күрделі заттармен әрекеттесіп, түзеді:
- фосфин;
- фосфор қышқылы;
- фосфидтер;
- оксидтер
Фосфин (РН 3) – нашар еритін улы газ, аммиактың аналогы. Оттегі жетіспеген жағдайда қыздырғанда қарапайым заттарға – фосфор мен сутегіге ыдырайды.
Күріш. 2. Фосфин.
Фосфор немесе фосфор (V) оксиді сумен әрекеттескенде фосфор немесе ортофосфор қышқылы (H 3 PO 4) түзіледі.
Фосфидтер – металдармен немесе бейметалдармен әрекеттесу нәтижесінде түзілетін тұздар. Олар тұрақсыз және қышқылдардың немесе судың әсерінен оңай ыдырайды.
Фосфор екі оксид түзе алады – P 2 O 3 және P 2 O 5.
H 3 PO 4 – күшті қышқылмен әрекеттескенде амфотерлік қасиет көрсететін орташа күшті қышқыл. Фосфор қышқылы фосфаттар түзеді.
Химиялық қасиеттері
Фосфор мен оның қосылыстарының негізгі химиялық қасиеттері кестеде сипатталған.
|
Зат |
Реакция |
Ерекшеліктер |
теңдеу |
|
О 2 артық болғанда фосфор оксиді (V) түзіледі. |
4P + 5O 2 → 2P 2 O 5 ; 4P + 3O 2 → 2P 2 O 3 |
||
|
Металлмен |
Тотықтырғыш болып табылады |
3Mg + 2P → Mg 3 P 2 |
|
|
Галогендермен және бейметалдармен |
Сутекпен әрекеттеспейді |
2P + 3S → P 2 S 3 |
|
|
8P + 12H 2 O → 5PH 3 + 3H 3 PO 2 |
|||
|
Қышқылдармен |
2P + 5H 2 SO 4 → 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O |
||
|
Сілтілермен |
P 4 + 3NaOH + 3H 2 O → PH 3 + 3NaH 2 PO 2 |
||
|
Ауада жанғыш |
PH 3 + 2O 2 → H 3 PO 4 |
||
|
Галогендермен және бейметалдармен |
PH 3 + 2I 2 + 2H 2 O → H(PH 2 O 2) + 4HI |
||
|
Қышқылдармен |
Төмендететін агент қасиеттерін көрсетеді |
PH 3 + 3H 2 SO 4 → H 2 (PHO 2) + 3SO 2 + 3H 2 O |
|
|
Металдармен |
Белсенді металдармен |
2H 3 PO 4 + 3Ca → Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 |
|
|
Диссоциацияға ұшырайды |
H 3 PO 4 + H 2 O ↔ H 3 O + + H2PO 4 – |
||
|
Сілтілермен |
Қышқыл немесе сілтілі фосфаттар түзеді |
H 3 PO 4 + 3NaOH → Na 3 PO 4 + 3H 2 O |
|
|
Оксидтермен |
2H 3 PO 4 + 3K 2 O → 2K 3 PO 4 + 3H 2 O |
||
|
2H 3 PO 4 + 3CaCO 3 → Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 O + 3CO 2 |
|||
|
Аммиакпен |
H 3 PO 4 + 3NH 3 → (NH 4) 3 PO 4 |
||
|
Галогендермен және бейметалдармен |
2P 2 O 3 + 6Cl 2 → 4PCl 3 O + O 2; 2P 2 O 3 + 9S → P 4 S 6 + 3SO 2 |
||
|
Суық сумен баяу, ыстық сумен тез әрекеттеседі |
P 2 O 3 + 3H 2 O → 2H 3 PO 3 |
||
|
Сілтілермен |
P 2 O 3 + 4NaOH → 2Na 2 HPO 3 + H 2 O |
||
|
Жарылыспен әрекет етеді |
2P 2 O 5 + 6H 2 O → 4H 3 PO 4 |
||
|
Қышқылдармен |
Ауыстыру реакциясы |
4HNO 3 + 2P 2 O 5 → 4HPO 3 + 2N 2 O 5 |
|
|
Металл гидроксидтері мен фосфин түзеді |
Ca 3 P 2 + 6H 2 O → 3Ca(OH) 2 + 2PH 3 |
||
|
Қышқылдармен |
Ауыстыру реакциясы |
Ca 3 P 2 + 6HCl → 3CaCl 2 + 2PH 3 |
Қыздырған кезде фосфор оксиді ыдырайды. Оның үстіне P 2 O 3 қызыл фосфорды, ал P 2 O 5 фосфор (III) оксиді мен оттегін түзеді.
Күріш. 3. Қызыл фосфор.
Қолданылуы
Фосфор қосылыстары кеңінен қолданылады:
- Фосфаттардан тыңайтқыштар мен жуғыш заттар алынады;
- фосфор қышқылы матаны бояу үшін қолданылады;
- Фосфор (V) оксиді сұйықтар мен газдарды құрғатады.
Қызыл фосфор сіріңке мен жарылғыш заттарды өндіруде қолданылады.
Біз не үйрендік?
Фосфор қарапайым және күрделі заттармен әрекеттесетін белсенді бейметал. Реакциялар нәтижесінде оксидтер (III) және (V), фосфин, фосфор қышқылы және фосфидтер түзеді. Фосфор қосылыстары металдармен, бейметалдармен, қышқылдармен, сілтілермен және сумен әрекеттеседі. Фосфор және оның қосылыстары өнеркәсіпте және ауыл шаруашылығында қолданылады.
Тақырып бойынша тест
Есепті бағалау
Орташа рейтинг: 4.7. Алынған жалпы рейтингтер: 70.
Фосфорды 1669 жылы гамбургтік алхимик Хенниг Бранд ашты, ол философиялық тасты алу үшін адамның зәрінің булануын тәжірибе жасады. Көптеген манипуляциялардан кейін пайда болған зат балауызға ұқсайды, әдеттен тыс жарқырайды, жыпылықтайды. Жаңа затқа атау берілді phosphorus mirabilis(латын тілінен ғажайып от ұстаушы).Бірнеше жылдан кейін фосфорды Иоганн Кункель, сонымен қатар алғашқы екі ғалымға тәуелсіз Р.Бойлем алды.
Фосфор – химиялық элементтердің периодтық жүйесінің III периодының XV тобының элементі Д.И. Менделеев, атомдық нөмірі 15 және атомдық массасы 30,974. Қабылданған белгі - R.
Табиғатта болу
Фосфор теңіз суында және жер қыртысында негізінен минералдар түрінде кездеседі, оның ішінде 190-ға жуық (ең маңыздылары апатит пен фосфорит) бар. Ол жасыл өсімдіктердің, ақуыздардың және ДНҚ-ның барлық бөліктерінің бөлігі болып табылады.
Фосфор – жоғары химиялық белсенділігі бар бейметал және іс жүзінде ешқашан бос күйінде кездеспейді. Фосфордың төрт модификациясы белгілі – қызыл, ақ, қара және металл.
Фосфорға тәуліктік қажеттілік
Қалыпты жұмыс істеуі үшін ересек организм күніне 1,0-2,0 г фосфор алуы керек. Балалар мен жасөспірімдер үшін норма 1,5-2,5 г құрайды, жүкті және бала емізетін әйелдер үшін ол 3,0-3,8 г дейін артады (калоризатор). Тұрақты спорттық жаттығулар мен дене шынықтыру жаттығулары кезінде фосфорға тәуліктік қажеттілік артады.
Фосфордың негізгі жеткізушілері балық және теңіз өнімдері, сүзбе, ірімшік, жаңғақтар, бұршақ және дәнді дақылдар. Фосфордың жеткілікті мөлшері екеуінде де, жидектерде, саңырауқұлақтарда және етте де бар.
Фосфор тапшылығының белгілері
Денедегі фосфордың жеткіліксіз мөлшері шаршау мен әлсіздікпен сипатталады және тәбет пен зейіннің төмендеуімен, жиі суық тиюмен, алаңдаушылық пен қорқыныш сезімімен бірге жүруі мүмкін.
Фосфордың артық болуының белгілері
Денедегі фосфордың артық болуының белгілері қан кету және қан кету, анемия дамиды, бүйректе тас пайда болады.
Фосфор дененің сүйек және тіс тіндерінің қалыпты өсуін қамтамасыз етеді, олардың сау күйінде сақтайды, сонымен қатар ақуыз синтезіне қатысады, майлардың, ақуыздардың және көмірсулардың алмасуында маңызды рөл атқарады. Фосфорсыз бұлшықеттер жұмыс істей алмайды және психикалық белсенділік болмайды.
Фосфордың сіңімділігі
Минералды кешендерді қабылдаған кезде фосфордың ең жақсы балансын және (3:2), сондай-ақ шамадан тыс мөлшерде фосфорды сіңіру процесін бәсеңдететінін есте ұстаған жөн.
Фосфор ең алдымен жанғыштығына байланысты өнеркәсіпте және ауыл шаруашылығында кеңінен қолданылады. Ол отын, сіріңке, жарылғыш заттар, фосфатты тыңайтқыштар өндіруде және металл беттерін коррозиядан қорғауда қолданылады.
АНЫҚТАУ
Фосфорбірнеше аллотроптық өзгерістер түзеді: ақ, қызыл және қара фосфор.
Ақ, қызыл және қара фосфор
Ақ фосфор - фосфор химиялық элементінің аллотропты модификацияларының бірі (1-сурет). Ол P4 молекулаларынан тұрады. Метатұрақты, бөлме температурасында балауыз сияқты жұмсақ (пышақпен кесілген), суықта сынғыш. Ыдыраусыз балқиды және қайнайды, баяу отта ұшады, су буымен айдалады. Ол ауада баяу тотығады (радикалдардың қатысуымен тізбекті реакция, хемилюминесценция), ал аз қыздырғанда оттегінің қатысуымен тұтанады. Күкірт көміртегіде, аммиакта, күкірт оксидінде (IV) жақсы, төрт хлорлы көміртекте нашар ериді. Суда ерімейді, су қабатында жақсы сақталады.
Күріш. 1. Ақ фосфор. Сыртқы түрі.
Қызыл фосфор – элементар фосфордың термодинамикалық тұрғыдан ең тұрақты аллотроптық модификациясы. Қалыпты жағдайда бұл әртүрлі реңктердің ұнтағы (күлгін-қызылдан күлгінге дейін) (2-сурет). Түсі өндіріс әдісімен және заттың ұсақтау дәрежесімен анықталады. Металл жылтырлығы бар. Қыздырған кезде ол сублимацияланады. Ауада тотықсызданады. Суда және күкіртті көміртегіде ерімейді. Қызыл фосфордың химиялық белсенділігі ақ және қара фосфорға қарағанда әлдеқайда аз. Балқыған қорғасында ериді, одан күлгін фосфор (Гитторф фосфоры) кристалданады.Қызыл фосфордың буын суытқанда ақ фосфор алынады.
Күріш. 2. Қызыл фосфор. Сыртқы түрі.
Қара фосфор ақ фосфорды жоғары қысымда 200-220 oС қыздырғанда түзіледі. Сыртқы түрі графитке ұқсайды, ұстағанда майлы. Тығыздығы - 2,7 г/см3. Жартылай өткізгіш.
Фосфордың химиялық формуласы
Ақ фосфордың химиялық формуласы P4. Бұл заттың молекуласында төрт фосфор атомы (Ar = 31 аму) бар екенін көрсетеді. Химиялық формуланы пайдаланып ақ фосфордың молекулалық салмағын есептеуге болады:
Mr(P 4) = 2×Ar(P) = 4×31 = 124.
Қызыл фосфор P n формуласына ие және күрделі құрылымды полимер болып табылады.
Фосфордың құрылымдық (графикалық) формуласы
Фосфордың құрылымдық (графикалық) формуласы айқынырақ. Ол молекуладағы атомдардың бір-бірімен байланысын көрсетеді.
Ақ фосфордың құрылымдық формуласы:
Қызыл фосфор полимерінің құрылымдық формуласы:
Электрондық формула
Атомдағы электрондардың энергияның ішкі деңгейі бойынша таралуын көрсететін электрондық формула төменде көрсетілген:
15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 .
Сонымен қатар фосфордың p-семьясының элементтеріне жататынын көрсетеді, сонымен қатар валенттік электрондардың саны – сыртқы энергетикалық деңгейде 5 электрон бар (3s 2 3p 3).
Есептерді шешу мысалдары
МЫСАЛ 1
| Жаттығу | Азоттың, сутегінің, хромның және оттегінің массалық үлестері 11,11% болатын молярлық массасы 300-ден аз тұздың молекулалық формуласын анықтаңыз; 3,17%; тиісінше 41,27% және 44,44%. |
| Шешім | NX құрамының молекуласындағы Х элементінің массалық үлесі келесі формула бойынша есептеледі: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Молекуладағы азот атомдарының санын «х», сутегі атомдарының санын «y», хром атомдарының санын «z» және оттегі атомдарының санын «k» арқылы белгілейік. Темір мен оттегі элементтерінің сәйкес салыстырмалы атомдық массаларын табайық (Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесінен алынған салыстырмалы атомдық массалардың мәндерін бүтін сандарға дөңгелектейміз). Ar(N) = 14; Ar(H) = 1; Ar(Cr) = 52; Ar(O) = 16. Элементтердің пайыздық құрамын сәйкес салыстырмалы атомдық массаларға бөлеміз. Осылайша қосылыстың молекуласындағы атомдар саны арасындағы байланысты табамыз: x:y:z:k = m(N)/Ar(N) : m(H)/Ar(H) : m(Cr)/Ar(Cr) : m(O)/Ar(O); x:y:z:k= 11,11/14:3,17/1:41,27/52: 44,44/16; x:y:z:k= 0,79: 3,17: 0,79: 2,78 = 1: 4: 1: 3,5 = 2: 8: 2: 7. Бұл азот, сутегі, хром және оттегі қосылысының ең қарапайым формуласы N 2 H 8 Cr 2 O 7 немесе (NH 4) 2 Cr 2 O 7 екенін білдіреді. Бұл аммоний бихроматы. |
| Жауап | (NH 4) 2 Cr 2 O 7 |
МЫСАЛ 2
| Жаттығу | Құрамында оттегі бар органикалық қосылыстың артық ауада жануы нәтижесінде 1,584 г көмірқышқыл газы және 0,972 мл су жиналады. Бұл қосылыстың ауадағы буының тығыздығы 1,5865. Егер қосылыс құрамында бір аттас екі радикал болса, оның химиялық формуласын шығарыңыз. |
| Шешім | Көміртегі, сутегі және оттегі атомдарының санын сәйкесінше «x», «y» және «z» деп белгілейтін органикалық қосылыстардың жану реакциясының диаграммасын құрастырайық: C x H y O z + O z →CO 2 + H 2 O. Осы затты құрайтын элементтердің массаларын анықтайық. Периодтық жүйеден алынған салыстырмалы атомдық массалардың мәндері D.I. Менделеев, бүтін сандарға дейін дөңгелек: Ar(C) = 12 аму, Ar(H) = 1 аму, Ar(O) = 16 аму. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO 2)×M(C) = /M(C); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H 2 O)×M(H) = ×M(H); m(H) =. Көмірқышқыл газы мен судың молярлық массаларын есептейік. Белгілі болғандай, молекуланың молярлық массасы молекуланы құрайтын атомдардың салыстырмалы атомдық массаларының қосындысына тең (M = Mr): M(CO 2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль; M(H 2 O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль. м(С) = /12 = 0,432 г; м(Н) = = 0,108 г. Органикалық заттың молярлық массасын оның ауа тығыздығы арқылы анықтауға болады: M зат = M ауа × D ауа; M зат = 29 × 1,5862 = 46 г/моль. Қосылыстағы көміртегі мен сутегі атомдарының санын табайық: x:y = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H); x:y = 0,432/12:0,108/1; x:y = 0,036: 0,108 = 1: 3. Бұл осы қосылыстың көмірсутек радикалының қарапайым формуласы CH 3 және молярлық массасы 15 г/моль екенін білдіреді. Бұл оттегінің үлесіне тиетінін білдіреді, бұл мүмкін емес. 2×M(CH 3) = 2×15 = 30 г/моль аттас екі радикал туралы есептің шартын ескере отырып, оттегінің , т.б. құрамында оттегі бар органикалық қосылыс CH 3 -O-CH 3 пішініне ие. Бұл ацетон (диметилкетон). |
| Жауап | CH3-O-CH3 |
Ол 18 ғасырдың 70-жылдарының басында фосфордың қасиеттерін зерттеуде үлкен жетістікке жетті. ұлы француз химигі Антуан Лоран Лавуазье. Лавуазье фосфорды басқа заттармен жабық ауа көлемінде жағу арқылы фосфордың тәуелсіз элемент екенін, ал ауаның күрделі құрамға ие және кем дегенде екі компоненттен - оттегі мен азоттан тұратынын дәлелдеді. «Осылайша, ол алғаш рет флогистикалық түрінде оның басында тұрған барлық химияны аяғына қойды». Ф.Энгельс «Капиталдың» екінші томының алғы сөзінде Лавуазье шығармалары туралы осылай жазған.
1799 жылы Дондональд өсімдіктердің қалыпты дамуы үшін фосфор қосылыстары қажет екенін дәлелдеді.
1839 жылы тағы бір ағылшын Лоус бірінші болып суперфосфатты – өсімдіктерге оңай сіңетін фосфор тыңайтқышын алды.
1847 жылы неміс химигі Шрёттер ақ фосфорды ауаға жібермей қыздыра отырып, No15 элементтің жаңа сортын (аллотропты модификациясын) алды – қызыл фосфор, ал 20 ғасырда 1934 жылы американ физигі П.Бридгман. жоғары қысымның әртүрлі заттарға, графитке ұқсас оқшауланған қара фосфорға әсерін зерттеу. Бұл №15 элементтің тарихындағы негізгі кезеңдері. Енді осы ашылымдардың әрқайсысынан кейін не болғанын бақылап көрейік.
«1715 жылы Генсинг ми тінінде фосфордың бар екенін анықтады... 1769 жылы Хан сүйектерде фосфордың көп екенін дәлелдеді»
Фосфор - азоттың аналогы. Бұл элементтердің физикалық және химиялық қасиеттері өте әртүрлі болғанымен, олардың ортақ бір жағы бар, атап айтқанда, бұл элементтердің екеуі де жануарлар мен өсімдіктер үшін өте қажет. Академик А.Е.Ферсман фосфорды «өмір мен ойдың элементі» деп атады және бұл анықтаманы әдеби асыра сілтеу деп санауға болмайды. Фосфор жасыл өсімдіктердің барлық мүшелерінде: сабақтарында, тамырларында, жапырақтарында, бірақ көбінесе жемістер мен тұқымдарда кездеседі. Өсімдіктер фосфорды жинақтап, оны жануарларға береді.
Жануарларда фосфор негізінен қаңқада, бұлшықеттерде және жүйке ұлпаларында шоғырланған. Адамның тағамдық өнімдерінің ішінде әсіресе тауық жұмыртқасының сарысы фосфорға бай.
Адам ағзасында орта есеппен 1,5 кг №15 элемент бар.Оның 1,4 кг сүйекте, 130 г жуық бұлшықетте және 12 г жүйке мен мида болады. Біздің ағзамызда болатын барлық дерлік маңызды физиологиялық процестер фосфорорганикалық заттардың өзгеруімен байланысты. Фосфор сүйектерде негізінен кальций фосфаты түрінде болады. Тіс эмалы да фосфор қосылысы болып табылады, оның құрамы мен кристалдық құрылымы бойынша ең маңызды фосфор минералы апатит Са 5 (РО 4) 3 (F, Cl) сәйкес келеді.
Әрине, кез келген өмірлік маңызды элемент сияқты, фосфор да табиғатта циклден өтеді. Өсімдіктер оны топырақтан алады, ал өсімдіктерден бұл элемент адам мен жануарлардың денесіне енеді. Фосфор нәжіспен және мәйіттер шіріген кезде топыраққа қайтады. Фосфоробактериялар органикалық фосфорды бейорганикалық қосылыстарға айналдырады. Дегенмен, уақыт бірлігінде топыраққа түсетін фосфордан әлдеқайда көп фосфор алынады. Дүниежүзілік өнім қазір жыл сайын егістіктерден 3 миллион тоннадан астам фосфорды алып тастайды.
Әрине, тұрақты өнім алу үшін бұл фосфорды топыраққа қайтару керек, сондықтан фосфатты жыныстың әлемдік өндірісі қазір жылына 100 миллион тоннадан айтарлықтай асып кетуі таңқаларлық емес.
«...Пруст пен Клапрот фосфордың жер қыртысында, негізінен, кальций фосфаты түрінде кеңінен таралғанын дәлелдеді».
Жер қыртысында фосфор тек қосылыстар түрінде болады. Бұл негізінен ортофосфор қышқылының нашар еритін тұздары; Катион көбінесе кальций ионы болып табылады. Фосфор жер қыртысының салмағының 0,08% құрайды. Таралуы бойынша ол барлық элементтер арасында 13-ші орында. Фосфор кем дегенде 190 минералды құрайды, олардың ең маңыздылары: фторапатит Са 5 (PO 4) 3 F, гидроксиапатит Са 5 (PO 4) 3 OH, қоспалары бар Са 3 (РО 4) 2 фосфорит.
Вивианит Fe 3 (PO 4) 2 * 8H 2 O, монацит (Ce, La) PO 4, амблигонит LaAl(PO 4)F, трифилит Li(Fe, Mn)PO 4 және одан да сирек кездесетін ксенотим YPO 4 және сирек кездеседі. торбернит Cu (UO 2) 2 2 *12H 2 O.
Фосфор минералдары бастапқы және қайталама болып бөлінеді. Бастапқылардың ішінде апатиттер әсіресе жиі кездеседі, олар көбінесе магмалық текті тау жыныстары арасында кездеседі. Бұл минералдар жер қыртысының қалыптасуы кезінде пайда болған.
Апатиттерден айырмашылығы, фосфориттер тірі жандардың өлуі нәтижесінде пайда болған шөгінді жыныстардың арасында кездеседі. Бұл екінші реттік минералдар. Фосфор метеориттерде темір, кобальт және никель фосфидтері түрінде кездеседі. Әрине, бұл қарапайым элемент теңіз суында да кездеседі (6 * 10 -6%).
«Лавуазье фосфордың тәуелсіз химиялық элемент екенін дәлелдеді...»
Фосфор – активтілігі орташа бейметал (бұрын оны металлоид деп атаған). Фосфор атомының сыртқы орбитасында бес электрон бар, оның үшеуі жұптаспаған. Сондықтан ол 3-, 3+ және 5+ валенттіліктерін көрсете алады.
Фосфордың валенттілігі 5+ болуы үшін атомға қандай да бір әсер ету қажет, ол соңғы орбитаның екі жұпталған электронын жұпталмағанға айналдырады. Фосфорды көп қырлы элемент деп атайды. Шынында да, әртүрлі жағдайларда ол әртүрлі әрекет етеді, не тотықтырғыш, не тотықсыздандырғыш қасиеттерді көрсетеді. Фосфордың әмбебаптығына оның бірнеше аллотроптық модификацияларда болуы да жатады.
Мүмкін, №15 элементтің ең танымал модификациясы - балауыз, ақ немесе сары фосфор. Оны ашқан Бранд болды және оның қасиеттерінің арқасында элемент өз атауын алды: грек тілінен аударғанда «фосфор» жарық, жарық дегенді білдіреді. Ақ фосфор молекуласы тетраэдр түрінде орналасқан төрт атомнан тұрады. Тығыздығы 1,83, балқу температурасы 44,1°С. Ақ фосфор улы және оңай тотығады. Күкірт көміртегі, сұйық аммиак және SO 2, бензол, эфирде ериді. Суда дерлік ерімейді.
250°С жоғары ауаға қол жеткізбей қыздырғанда ақ фосфор қызыл түске айналады. Бұл қазірдің өзінде полимер, бірақ өте реттелген құрылым емес. Қызыл фосфордың реактивтілігі ақ фосфорға қарағанда айтарлықтай төмен. Ол қараңғыда жарқырамайды, күкіртті көміртегіде ерімейді, улы емес. Оның тығыздығы әлдеқайда көп, құрылымы майда кристалды.
Фосфордың басқа, одан да жоғары молекулалық модификациялары аз белгілі - күлгін, қоңыр және қара, олар бір-бірінен молекулалық салмағы мен макромолекулалардың орналасу ретінің дәрежесі бойынша ерекшеленеді. Алғаш рет П.Бридгман жоғары қысым жағдайында (200°С температурада 200 мың атм) алған қара фосфор ақ немесе қызыл фосфорға қарағанда графитті көбірек еске түсіреді. Бұл модификациялар зертханалық экзотика болып табылады және ақ және қызыл фосфордан айырмашылығы әлі практикалық қолдануды тапқан жоқ.
Элементарлы фосфордың қолданылуы туралы айту; Оның негізгі тұтынушылары сіріңке өндірісі, металлургия және химия өндірісі болып табылады. Таяу уақытта алынған элементтік фосфордың бір бөлігі әскери кәсіпорындарға жұмсалды, ол түтін мен тұтандырғыш композицияларды дайындауға пайдаланылды.
Металлургтер әдетте металдағы фосфор қоспаларынан құтылуға тырысады - бұл механикалық қасиеттерді нашарлатады, бірақ кейде фосфор қорытпаларға әдейі енгізіледі. Бұл металдың қатайған кезде аздап кеңеюі және пішіннің контурын дәл алуы қажет болғанда жасалады. Фосфор химияда да кеңінен қолданылады. Оның бір бөлігі белгілі бір органикалық препараттардың синтезіне қажетті фосфор хлоридтерін алу үшін пайдаланылады; Элементарлы фосфорды өндіру сатысы концентрлі фосфор тыңайтқыштарын өндірудің кейбір технологиялық схемаларында да бар.
Енді оның байланыстары туралы
- Фосфор ангидриді P 2 O 5 - ауадан және басқа заттардан суды ашкөздікпен сіңіретін тамаша құрғатқыш. P 2 O 5 мазмұны барлық фосфатты тыңайтқыштардың құндылығының негізгі критерийі болып табылады.
- Фосфор қышқылдары, ең алдымен ортофосфор қышқылы H 3 PO 4, негізгі химия өнеркәсібінде қолданылады. Фосфор қышқылдарының тұздары, ең алдымен, фосфор тыңайтқыштары (олар туралы арнайы талқылау) және жуғыш заттарды өндіру үшін қажетті сілтілі метал фосфаттары.
- Фосфор галогенидтері (негізінен хлоридтер PCl 3 және PCl 5) органикалық синтез өнеркәсібінде қолданылады.
- Фосфордың сутегімен қосылыстарының ішінде ең танымалы фосфин РН3 - сарымсақ иісі бар өте улы түссіз газ.
- Фосфор қосылыстарының ішінде фосфорорганикалық қосылыстар ерекше орын алады. Олардың көпшілігі биологиялық белсенділікке ие. Сондықтан кейбір фосфорорганикалық қосылыстар дәрі ретінде, басқалары зиянкестерге қарсы агент ретінде қолданылады.
Заттардың тәуелсіз класы фосфонитрил хлоридтерінен тұрды - фосфордың азотпен және хлормен қосылыстары. Фосфонитрил хлоридінің мономері полимерленуге қабілетті. Молекулярлық салмақтың жоғарылауымен осы кластағы заттардың қасиеттері өзгереді, атап айтқанда, олардың органикалық сұйықтықтарда ерігіштігі айтарлықтай төмендейді. Полимердің молекулалық салмағы бірнеше мыңға жеткенде, резеңке тәрізді зат алынады - осы уақытқа дейін құрамында көміртегі мүлдем жоқ жалғыз резеңке. Молекулярлық салмақтың одан әрі артуы қатты пластик тәрізді заттардың түзілуіне әкеледі. «Көміртексіз резеңке» айтарлықтай ыстыққа төзімділікке ие: ол тек 350 ° C температурада бұзыла бастайды.
«1839 жылы ағылшын заңдары бірінші болып суперфосфатты - өсімдіктер оңай сіңіретін фосфор тыңайтқышын алды.» Өсімдіктер фосфорды сіңіру үшін ол еритін қосылыстардың бір бөлігі болуы керек. Бұл қосылыстарды алу үшін кальций фосфаты мен күкірт қышқылын фосфаттың әрбір грамм молекуласына қышқылдың екі грамм молекуласы болатындай қатынаста араластырады. Өзара әрекеттесу нәтижесінде сульфат пен еритін кальций дигидрофосфаты түзіледі: Ca 3 (PO 4) 2 + 2H 2 SO 4 → 2CaSO 4 + Ca(H 2 PO 4) 2.
Осы екі тұздың қоспасы суперфосфат деп аталады. Бұл қоспада кальций сульфаты агрохимия тұрғысынан балласт болып табылады, бірақ ол әдетте бөлінбейді, өйткені бұл операция қымбатқа түседі және тыңайтқыштың құнын айтарлықтай арттырады. Қарапайым суперфосфаттың құрамында тек 14-20% P 2 O 5 бар. Концентратталған фосфор тыңайтқышы қос суперфосфат болып табылады. Ол кальций фосфатымен фосфор қышқылымен әрекеттескенде алынады: Ca 3 (PO 4) 2 + 4H 3 PO 4 3Ca(H 2 PO 4) 2.
Қос суперфосфаттың құрамында 40-50% P 2 O 5 болады. Шындығында, оны үш есе деп атаған дұрысырақ болар еді: ол қарапайым суперфосфатқа қарағанда фосфорға үш есе бай. Кейде CaHPO 4 *H 2 O тұнбасын фосфор тыңайтқышы ретінде пайдаланады, ол фосфор қышқылын гидроксидпен немесе кальций карбонатымен әрекеттесу арқылы алынады. Бұл тыңайтқыштың құрамында 30-35% P 2 O 5 бар.
Фосфор шикізатының барланған қорларымен біздің елімізде де, бүкіл әлемде де жағдай мүлде қолайлы емес. Жалпы және қолданбалы химия бойынша IX Менделеев съезінің мінберінен академик С.И.Вольфкович: «Егер азот өнеркәсібінің шикізат базасы – ауа мұхиты, су және табиғи газ – жаңа құрылыстардың ауқымын шектемей, кен орындары Осы уақытқа дейін барланған калий тұздары мыңжылдықтардан астам калий тыңайтқыштары өндірісін дамытуды қамтамасыз етеді, содан кейін отандық фосфор шикізатының қоры бүгінгі таңда зерттелген, жоспарланған үлкен көлемде тыңайтқыш өндіру бірнеше онжылдықтарға ғана жетеді».
Тұтастай алғанда, бұл мәлімдеме бүгінде фосфорлы тыңайтқыштар өндірісінің ауқымы айтарлықтай өскеніне қарамастан, шындыққа сәйкес келеді: 1980 жылы КСРО-да 30 миллион тоннадан астам фосфат тыңайтқыштары және 4,4 миллион тонна фосфатты жыныс 1965 жылы 8,04 және тонна, тиісінше 3,24 млн.
Фосфатты тыңайтқыштар өндірісін одан әрі кеңейту үшін мүмкіндіктер бар болғанымен, бүгінде фосфор агрохимияның шектеуші элементі болып қала береді. Минералды шикізатты, теңіз түбіндегі шөгінділерді кешенді өңдеу және егжей-тегжейлі геологиялық барлау арқылы қосымша фосфордың көп мөлшерін алуға болады. Демек, бізде пессимизмге ерекше негіз жоқ, әсіресе Ресей фосфор кендерінің тіркелген қоры бойынша әлемде бірінші орында тұрғандықтан. Соған қарамастан, жаңа кен орындарын іздестіру және кедей рудалардан фосфатты тыңайтқыштар алу әдістерін әзірлеу қажет. Болашақ үшін қажет, өйткені фосфор – «өмір мен ойдың элементі» - адамзатқа әрқашан қажет болады.
Фосфор және оның қосылыстары
Кіріспе
I тарау Фосфор элемент және жай зат ретінде
1.1. Табиғаттағы фосфор
1.2. Физикалық қасиеттері
1.3. Химиялық қасиеттері
1.4. Түбіртек
1.5. Қолдану
II тарау. Фосфор қосылыстары
2.1. Оксидтер
2.2. Қышқылдар және олардың тұздары
2.3. Фосфин
III тарау. Фосфор тыңайтқыштары
Қорытынды
Библиография
Кіріспе
Фосфор (лат. Phosphorus) Р – Менделеевтің периодтық жүйесінің V тобындағы химиялық элемент, атомдық нөмірі 15, атомдық массасы 30,973762(4). Фосфор атомының құрылысын қарастырайық. Фосфор атомының сыртқы энергетикалық деңгейінде бес электрон бар. Графикалық түрде ол келесідей көрінеді:1с 2 2с 2 2б 6 3с 2 3б 3 3г 0
1699 жылы гамбургтік алхимигі Х.Бренд несепті көмірмен және құммен буландырған кезде, мыс металдарды алтынға айналдыруға қабілетті «философиялық тасты» іздеп, жарқырауы мүмкін ақ балауыз затты бөліп алды.
«Фосфор» атауы грек тілінен шыққан. “phos” – жарық және “phoros” – тасымалдаушы. Ресейде «фосфор» терминін 1746 жылы М.В. Ломоносов.
Негізгі фосфор қосылыстарына оксидтер, қышқылдар және олардың тұздары (фосфаттар, дигидрофосфаттар, сутек фосфаттары, фосфидтер, фосфиттер) жатады.
Тыңайтқыштарда фосфоры көп заттар кездеседі. Мұндай тыңайтқыштар фосфор тыңайтқыштары деп аталады.
Бөлім I Фосфор элемент және жай зат ретінде
1.1 Табиғаттағы фосфор
Фосфор - кең таралған элементтердің бірі. Жер қыртысындағы жалпы мөлшері шамамен 0,08% құрайды. Фосфор оңай тотығуына байланысты табиғатта тек қосылыстар түрінде кездеседі. Негізгі фосфор минералдары - фосфориттер мен апатиттер, соңғыларының ең көп тарағаны - фторапатит 3Са 3 (РО 4) 2 CaF 2. Фосфориттер Оралда, Еділ бойында, Сібірде, Қазақстанда, Эстонияда, Белоруссияда кең таралған. Апатиттің ең ірі кен орындары Кола түбегінде орналасқан.
Фосфор - тірі организмдер үшін қажетті элемент. Ол сүйектерде, бұлшықеттерде, ми тінінде және нервтерде болады. АТФ молекулалары фосфордан – аденозин үшфосфор қышқылынан (АТФ – энергия жинаушы және тасымалдаушы) құрастырылған. Ересек адамның денесінде орта есеппен шамамен 4,5 кг фосфор бар, негізінен кальциймен біріктірілген.
Фосфор өсімдіктерде де кездеседі.
Табиғи фосфор тек бір тұрақты 31 R изотопынан тұрады. Бүгінгі таңда фосфордың алты радиоактивті изотоптары белгілі.
1.2 Физикалық қасиеттері
Фосфордың бірнеше аллотроптық модификациялары бар – ақ, қызыл, қара, қоңыр, күлгін фосфор және т.б. Олардың алғашқы үшеуі ең көп зерттелген.
Ақ фосфор- қараңғыда жарқырайтын түссіз, сарғыш түсті кристалды зат. Оның тығыздығы 1,83 г/см3. Суда ерімейді, күкірт көміртегінде ериді. Сарымсақтың өзіне тән иісі бар. Балқу температурасы 44°C, өздігінен тұтану температурасы 40°C. Ақ фосфорды тотығудан қорғау үшін оны су астында қараңғы жерде сақтайды (жарықта ол қызыл фосфорға айналады). Суықта ақ фосфор нәзік, 15°С жоғары температурада жұмсақ болады және оны пышақпен кесуге болады.
Ақ фосфордың молекулаларында кристалдық тор болады, оның түйіндерінде тетраэдр тәрізді P 4 молекулалары болады.
Әрбір фосфор атомы қалған үш атоммен үш σ байланыс арқылы байланысқан.
Ақ фосфор улы және жазылуы қиын күйіктерді тудырады.
Қызыл фосфор– күңгірт қызыл түсті, иіссіз, суда және күкірт көміртегіде ерімейді, жарқырамайды. Тұтану температурасы 260°C, тығыздығы 2,3 г/см 3 . Қызыл фосфор түсі бойынша (қызылдан күлгінге дейін) ерекшеленетін бірнеше аллотропты модификациялардың қоспасы болып табылады. Қызыл фосфордың қасиеттері оны алу жағдайларына байланысты. Улы емес.
Қара фосфорОл графитке ұқсайды, ұстағанда майлы және жартылай өткізгіш қасиеттері бар. Тығыздығы 2,7 г/см3.
Қызыл және қара фосфордың атомдық кристалдық торы бар.
1.3 Химиялық қасиеттері
Фосфор – металл емес. Қосылыстарда ол әдетте +5 тотығу дәрежесін көрсетеді, сирек – +3 және –3 (тек фосфидтерде).
Ақ фосформен реакция қызыл фосфорға қарағанда оңайырақ.
I. Жай заттармен әрекеттесу.
1. Галогендермен әрекеттесу:
2P + 3Cl 2 = 2PCl 3 (фосфор (III) хлориді),
PCl 3 + Cl 2 = PCl 5 (фосфор (V) хлориді).
2. Бейметалдармен әрекеттесу:
2P + 3S = P 2 S 3 (фосфор (III) сульфиді.
3. Металдармен әрекеттесу:
2P + 3Ca = Ca 3 P 2 (кальций фосфиді).
4. Оттегімен әрекеттесу:
4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 (фосфор (V) оксиді, фосфор ангидриді).
II. Күрделі заттармен әрекеттесу.
3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO.
1.4 Түбіртек
Фосфорды ұсақталған фосфориттер мен апатиттерден алады, соңғысын көмір мен құммен араластырып, 1500°С пештерде күйдіреді:
2Ca 3 (PO 4) 2 + 10C + 6SiO 2
6CaSiO3 + P4 + 10CO.Фосфор бу түрінде шығарылады, ол су астында қабылдағышта конденсацияланып, ақ фосфор түзеді.
Ауа кірмей 250-300°С қыздырғанда ақ фосфор қызыл түске айналады.
Қара фосфорды ақ фосфорды өте жоғары қысымда (200°С және 1200 МПа) ұзақ қыздыру арқылы алады.
1.5 Қолданба
Қызыл фосфор сіріңке өндірісінде қолданылады (суретті қараңыз). Бұл сіріңке қорапшасының бүйір бетіне қолданылатын қоспаның бөлігі. Сіріңке басының негізгі құрамдас бөлігі - Бертолле тұзы KClO 3. Сіріңке басының майлау материалына үйкелісінің әсерінен ауадағы фосфор бөлшектері тұтанады. Фосфордың тотығу реакциясы нәтижесінде жылу бөлініп, Бертолле тұзының ыдырауына әкеледі.
KCl+.
Алынған оттегі сіріңке басын тұтандыруға көмектеседі.
Фосфор металлургияда қолданылады. Ол өткізгіштерді өндіру үшін қолданылады және қалайы қола сияқты кейбір металл материалдардың құрамдас бөлігі болып табылады.
Фосфор фосфор қышқылы мен пестицидтер (дихлорвос, хлорофос және т.б.) өндірісінде де қолданылады.
Ақ фосфор түтін экрандарын жасау үшін қолданылады, өйткені оның жануы ақ түтін шығарады.
Бөлім II . Фосфор қосылыстары
2.1 Оксидтер
Фосфор бірнеше оксидтер түзеді. Олардың ең маңыздылары фосфор оксиді (V) P 4 O 10 және фосфор оксиді (III) P 4 O 6. Көбінесе олардың формулалары жеңілдетілген түрде жазылады - P 2 O 5 және P 2 O 3. Бұл оксидтердің құрылымы фосфор атомдарының тетраэдрлік орналасуын сақтайды.
Фосфор оксиді(III) P 4 O 6 – 22,5°С-та балқитын және түссіз сұйықтыққа айналатын балауыз тәрізді кристалды масса. Улы.
Суық суда еріген кезде фосфор қышқылын түзеді:
P 4 O 6 + 6H 2 O = 4H 3 PO 3,
ал сілтілермен әрекеттескенде – сәйкес тұздар (фосфиттер).
Күшті қалпына келтіретін агент. Оттегімен әрекеттескенде ол P 4 O 10 дейін тотығады.
Фосфор (III) оксиді ақ фосфорды оттегісіз тотығу арқылы алады.
Фосфор оксиді(V) P 4 O 10 – ақ кристалды ұнтақ. Сублимация температурасы 36°C. Оның бірнеше модификациясы бар, олардың біреуі (ұшпа деп аталатын) P 4 O 10 құрамы бар. Бұл модификацияның кристалдық торы бір-бірімен әлсіз молекулааралық күштермен байланысқан P 4 O 10 молекулаларынан тұрады, олар қыздырғанда оңай бұзылады. Демек, бұл әртүрліліктің құбылмалылығы. Басқа модификациялар полимерлі болып табылады. Олар PO 4 тетраэдрлерінің шексіз қабаттарынан түзілген.
P 4 O 10 сумен әрекеттескенде фосфор қышқылы түзіледі:
P 4 O 10 + 6H 2 O = 4H 3 PO 4.
Қышқыл оксид бола отырып, P 4 O 10 негіздік оксидтермен және гидроксидтермен әрекеттеседі.
Ол артық оттегіде (құрғақ ауада) фосфордың жоғары температурада тотығуы кезінде түзіледі.
Ерекше гигроскопиялық қасиетіне байланысты фосфор (V) оксиді зертханалық және өнеркәсіптік технологияда кептіру және сусыздандыру агенті ретінде қолданылады. Кептіру әсері бойынша ол барлық басқа заттардан асып түседі. Химиялық байланысқан суды сусыз перхлор қышқылынан алып, оның ангидридін түзеді:
4HClO4 + P4O10 = (HPO3)4 + 2Cl2O7.
2.2 Қышқылдар және олардың тұздары
A) Фосфор қышқылы H3PO3. Сусыз фосфор қышқылы H 3 PO 3 тығыздығы 1,65 г/см 3 кристалдар түзеді, 74°С балқиды.
Құрылымдық формула:
.Сусыз H 3 PO 3 қыздырғанда диспропорциялық реакция (автототығу-өзіндік қалпына келу) жүреді:
4H 3 PO 3 = PH 3 + 3H 3 PO 4.
Фосфор қышқылының тұздары – фосфиттер. Мысалы, K 3 PO 3 (калий фосфиті) немесе Mg 3 (PO 3) 2 (магний фосфиті).
Фосфор қышқылын H 3 PO 3 фосфор (III) оксидін суда еріту немесе фосфор (III) хлоридінің РСl 3 гидролизі арқылы алады:
РCl 3 + 3H 2 O = H 3 PO 3 + 3HCl.
б) Фосфор қышқылы (ортофосфор қышқылы) H 3 PO 4 .
Сусыз фосфор қышқылы бөлме температурасында ауада таралатын ашық мөлдір кристалдар түрінде көрінеді. Балқу температурасы 42,35°C. Фосфор қышқылы сумен кез келген концентрациядағы ерітінділер түзеді.
Жүктелуде...
