Властивості фосфору

Фосфор P, атомна вага 30,97. Фосфор розташований в третьому періоді, в головній підгрупі V групи періодичної системи. Заряд ядра фосфору +15. Зовнішній пятіелектронний шар атома має електронну конфігурацію 3s23p3, електрони розташовані по орбиталям в наступному порядку.

Фосфор може бути отриманий у вигляді чотирьох аллотропних видозмін: білого, червоного, фіолетового і чорного фосфору.
Білий фосфор – має молекулярної кристалічною решіткою; ця речовина жовтуватого кольору з часниковим запахом. У парах має склад Р4. Щільність його 1,82. Плавиться при температурі 44 °, кипить при 281 °. На повітрі запалюється при 18 °. При зберіганні на світлі переходить в червоний. Білий фосфор у воді не розчиняється, зате добре розчинний у сероуглероде, бензолі та деяких інших органічних розчинниках. Він вельми отруйний: 0,1 г білого фосфору – смертельна доза для людини. Протиотрутою при отруєннях фосфором служить 2% розчин мідного купоросу, який слід давати хворому кожні 5 хвилин по чайній ложці до появи блювоти.

Палаючий фосфор не тільки заподіює дуже сильні опіки, а й викликає отруєння тканин, прилеглих до місця опіку, внаслідок чого загоєння йде вкрай повільно. При опіках фосфором протиотрутою служить мокра пов’язка, просочена 5% розчином мідного купоросу.

У зв’язку з тим що білий фосфор легко окислюється і запалюється, його зберігають під водою. Потрібно стежити за тим, щоб у банку постійно була вода і щоб тим-пература в приміщенні, де знаходиться білий фосфор, не спускалася нижче нуля. В іншому випадку вода може замерзнути і розірвати посудину, а потім при відтаванні витекти і фосфор, залишившись без води, може спалахнути.

Окислення білого фосфору на повітрі супроводжується виділенням світлової енергії, завдяки чому білий фосфор світиться в темряві. Це свічення, врешті-решт, може призвести до самозаймання і викликати пожежу, Якщо в процесі реакції шматочок білого фосфору впаде на підлогу, його потрібно знайти і спалити або помістити в банку з водою.
Червоний фосфор – порошок з слабо вираженою кристалічною структурою і тому названий аморфним, темно-червоного кольору, вельми гігроскопічний (легко поглинутої-щает воду), але у воді не розчиняється; розчиняється він і в сірковуглецю. Щільність його 2,20. Червоний фосфор виходить при тривалому нагріванні білого фосфору без доступу повітря при 450 °. При нагріванні червоний фосфор переганяється, і пари його при охолодженні перетворюються в білий фосфор. Червоний фосфор на відміну від білого не отруйний, запаху не має. Запалюється він при температурі 250-300 °.

Фіолетовий і чорний фосфор також отримують з білого фосфору при високому тиску і температурі. Чорний фосфор володіє металевим блиском, проводить тепло і електрику. Отже, у фосфору у вельми незначній мірі, з’являються металеві властивості.
Хімічна активність у різних аллотропних відоіз-менений фосфору неоднакова. Наприклад, вони мають різну температуру займання, білий фосфор світиться в темряві, червоний не світиться.
Наявність на зовнішньому електронному шарі фосфору 3 неспарених р-електронів дозволяє припустити, що для фосфору має бути можливе утворення трьох валентних зв’язків з іншими елементами. Такі іонні з’єднання з металами – фосфіди, наприклад фосфід магнію Мg3Р2, летюча водневе з’єднання фосфін РН3 з полярними молекулами. Внаслідок того що у фосфору порівняно невелика електронегативність, ці сполуки при безпосередньому синтезі утворюються з великими труднощами, і тому їх воліють одержувати непрямим шляхом.

Фосфористий водень РН3, або фосфін, нестійкий, може самозайматися на повітрі, сильний відновник. Фосфін – газ, що володіє неприємним запахом гнилої риби. На відміну від аміаку майже не дає реакцій сполуки, з водою не взаємодіє. Практичного значення фосфін не має. З елементами, що володіють більшою, ніж у фосфору, електронегативність, фосфор реагує дуже енергійно.
Якщо в посудину з хлором внести червоний фосфор, то через кілька секунд він самозаймається в хлорі. При цьому зазвичай утворюються сполуки тривалентного фосфору. Це з’єднання утворюється легше, ніж РСl5, оскільки ковалентний зв’язок в РСl3 виникає за приводу не-спарених р-електронів фосфору, а в освіті РСl5 беруть участь всі валентні електрони.
Взаємодія фосфору з киснем протікає також дуже енергійно. Фосфор, попередньо підпалений на повітрі, згорає в кисні сліпуче яскравим полум’ям з утворенням фосфорного ангідриду Р2О5:
4Р + 5О2 = 2Р2О5
При повільному окисленні виходить фосфористий ангідрид Р2О3.

■ 51. Випишіть з тексту всі рівняння, що характеризують властивості фосфору.

52. Якого типу хімічний зв’язок утворюється в молекулах сполук фосфору з воднем, магнієм, хлором, киснем? (Див. Відповідь)

Вільний фосфор отримують з фосфориту сплавом з піском і вугіллям в електропечі. Реакція протікає в дві стадії:
а) Са3 (РО4) 2 + 3SiO2 = Р2О5 + 3CaSiО3
б) P2O5 + 5С = 2Р + 5СО
Са3 (РО4) 2 + 3SiО2 + 5С = 3CaSiО3 + 5СО + 2Р
На першій стадії двоокис кремнію витісняє з фосфату кальцію фосфорний ангідрид. На другій стадії фосфорний ангідрид відновлюється вугіллям до вільного фосфору. Випари фосфору охолоджують водою. У результаті виділяється білий фосфор.

■ 53. Скільки фосфору можна отримати промисловим шляхом, якщо в процесі реакції утворюється 20 м3 окису вуглецю? Скільки фосфорита буде витрачено, якщо відомо, що останній містить 65% фосфату кальцію?
54. Скільки фосфору можна отримати з 5 m фосфату кальцію, якщо вихід фосфору дорівнює 90% від теоретичного? (Задачу вирішите, не застосовуючи рівняння реакції). (Див. Відповідь)

У промисловості при виготовленні сірників знаходить застосування головним чином червоний фосфор. Білий фосфор почав застосовуватися в сірникової промисловості раніше червоного, в 1830 р Такі сірники легко запалювалися при терті про будь-яку поверхню, але були вельми отруйні і шкідливі для здоров’я, а також вогненебезпечні, тому від них незабаром відмовилися, замінивши білий фосфор червоним.
Фосфор застосовується для виготовлення деяких його сполук, наприклад фосфорного ангідриду Р2О5, фосфорної кислоти Н3РО4 і т. Д.

■ 55. Що таке аллотропия і аллотропние видозміни того чи іншого елемента?
66. Які вам відомі елементи, здатні утворювати аллотропние видозміни?
67. Чим пояснюється відмінність у властивостях у різних аллотропних видозмін одного і того ж елемента? (Див. Відповідь)

Посилання на основну публікацію