ФОСФОР
P (phosphorus),
неметаллический химический элемент, член семейства азота (N, P, As, Sb, Bi) - VA подгруппы периодической системы элементов. Соединения фосфора используют как удобрения, моющие средства, фармацевтические препараты, безопасные спички, опреснители воды. Открыт в 1669 Х.Брандом, гамбургским алхимиком и лавочником в процессе поиска философского камня. При нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи он получил белое твердое вещество, светящееся в темноте и самопроизвольно воспламеняющееся на воздухе. В 1771 К.Шееле получил это вещество в большом количестве при нагревании костной золы (фосфат кальция), смешанной с углем и песком.
Распространенность в природе. Фосфор широко распространен в природе и составляет 0,12% земной коры. Он входит в состав белков растительного и животного происхождения. Человеческий скелет содержит примерно 1400 г фосфора, мышцы - 130 г, мозг и нервы - 12 г. Фосфор составляет существенную долю в химическом составе растений и поэтому является важным удобрением. Основным сырьем для производства удобрений служат апатит CaF2Ч3Ca3(PO4)2 и фосфориты, основой которых являются фосфат кальция Ca3(PO4)2. Элементный фосфор получают электротермическим восстановлением при 1400-1600° С из фосфоритов и апатитов в присутствии SiO2. Апатит добывают в России, Бразилии, Финляндии и Швеции. Крупным источником фосфора является фосфоритовая руда, в больших количествах добываемая в США, Марокко, Тунисе, Алжире, Египте, Израиле. Гуано, другой источник фосфора, добывают на Филиппинах, Сейшельских островах, в Кении и Намибии.
Свойства. Фосфор имеет три аллотропические модификации. Белый в чистом виде (или желтый - товарный продукт) фосфор октаэдрической структуры очень реакционноспособен, фосфоресцирует, на холоду хрупкий, но при температуре выше 15° С настолько мягок, что режется ножом. Он нерастворим в воде, и его хранят в воде, так как на воздухе он самовоспламеняется. Фосфор растворяется в сероуглероде, эфире и скипидаре. Белый фосфор сильно ядовит, даже в малых дозах смертелен. Красный пластинчатый фосфор (плотность 2,3 г/см3) менее реакционноспособен. Он не загорается до 240° С, не плавится при нагревании и не растворяется в воде и сероуглероде. Красный фосфор относительно нетоксичен, и поэтому его используют в производстве спичек. Ниже 1500° С фосфор имеет состав P4, а выше 1700° C - P2. Белая модификация может переходить в красную при нагревании в отсутствие воздуха. Белый фосфор, находящийся в горячей воде, энергично окисляется при пропускании кислорода. При этом образуются фосфорные кислоты. Еще одна модификация фосфора - черный фосфор - чешуйчатое кристаллическое вещество, напоминающее графит. Он получается нагреванием белого фосфора под давлением. Его плотность 2,25-2,69 г/см3. Черный фосфор - полупроводник. СВОЙСТВА ФОСФОРА
Атомный номер 15 Атомная масса 30,97376 Изотопы
стабильные 31
нестабильные 32, 33
Температура плавления, ° С 44,14 (бел.) Температура кипения, ° С 280 (бел.) Температура самовоспламенения, ° С 44 (бел.) Плотность, г/см3 1,83 (бел.), 2,3 (красн.), 2,25-2,69 (черн.) Содержание в земной коре, (масс.) 0,12 Степени окисления -3, +3, +5 (реже -2, 0, +1, +2) Свободный фосфор очень активен, особенно белый, который на воздухе самовозгорается. При горении образует густой белый дым, что используется для создания дымовых завес. Фосфор непосредственно реагирует со многими простыми веществами (с кислородом, галогенами, серой, со многими металлами) с выделением большого количества теплоты. Все эти свойства ярче выражены у белого фосфора, красный фосфор реагирует не столь энергично, черный - с трудом вступает в химические реакции.
Соединения фосфора.
Фосфин PH3 - бесцветный газ с запахом чеснока. Очень ядовит. Сгорает с образованием фосфорного ангидрида P2O5. С наиболее сильными кислотами (HClO4, HCl) образует соли фосфония PH4+ - очень непрочные соединения, которые при действии воды разлагаются на фосфин и HCl. Хлорид фосфора(III) PCl3 - жидкость, кипящая при 75° С. Под действием воды полностью разлагается на HCl и фосфорную кислоту H3PO3. Хлорид фосфора(V) PCl5 - твердое белое вещество. Получается при пропускании хлора в PCl3. Водой разлагается на HCl и фосфорную кислоту H3PO4. Аналогичные соединения образуются с бромом, иодом и фтором, но соединение PI5 неизвестно. Оксид фосфора(III) P2O3 (устар. фосфористый ангидрид) - белое кристаллическое вещество, плавящееся при 23,8° С. Образуется при медленном окислении или горении фосфора при ограниченном доступе кислорода. Молекулярная формула при низких температурах - P4O6. Медленно реагирует с холодной водой с образованием фосфористой кислоты H3PO3. И P2O3, и H3PO3 - сильные восстановители. Оксид фосфора(V) P2O5 (устар. фосфорный ангидрид) - белое снегообразное вещество, образуется при горении фосфора на воздухе. Молекулярная формула в парах P4O10. Возгорается при 35° С, плавится при 420° С. Очень гигроскопичен; на воздухе, поглощая влагу, расплывается, образуя метафосфорную кислоту. Применяется как осушитель газов и жидкостей, не взаимодействующих с ним, как агент конденсации и дегидрации в химических реакциях синтеза, катализатор полимеризации изобутилена, компонент фосфатных стекол. Фосфорная (ортофосфорная) кислота H3PO4 - бесцветное прозрачное кристаллическое вещество, плавится при 42,35° С, хорошо растворима в воде. Трехосновная кислота, образует средние (фосфаты) и кислые (гидрофосфаты) соли. Дигидрофосфаты растворимы в воде; гидрофосфаты и фосфаты растворимы лишь в случае солей щелочных металлов и аммония. Соли фосфорной кислоты входят в состав простых фосфорных удобрений - суперфосфата Ca(H2PO4)2, преципитата CaHPO4 - и сложных минеральных удобрений - аммофоса, нитрофоски и др.
Органические соединения фосфора содержат связь P-C. Имеют широкий спектр применения в качестве лекарственных препаратов, экстрагентов, пластификаторов, гидравлических жидкостей, теплоносителей, инсектицидов.
См. также
ЛИТЕРАТУРА
Астахов К.В. Фосфор. М., 1972 Корбридж Д. Фосфор. Основы химии, биохимии, технологии. М., 1982