Фосфор

Одним из самых распространенных простых веществ в земной коре является фосфор. В чистом виде не встречается, так как обладает высокой активностью и быстро реагирует. Входит в состав живых организмов.

Строение

Фосфор находится в группе V, в третьем периоде таблицы Менделеева. Он расположен под номером 15. Существует шесть искусственно полученных изотопов фосфора.

Фосфор — элемент семейства р. Атом фосфора состоит из +15 положительно заряженных ядер и 15 отрицательно заряженных электронов, расположенных на трех электронных оболочках. Пять валентных электронов расположены на внешнем энергетическом уровне: 2 — на s-орбитали, 3 — на р-орбитали. В нормальном состоянии p-орбиталь остается неполной, и фосфор проявляет валентность III. В возбужденном состоянии электроны с s-орбитали переходят на p-орбиталь, а фосфор приобретает высшую валентность — V.

Рис. 1. Строение атома фосфора.

Электронная формула фосфора 1s22s22p63s23p3.

Физические свойства

Фосфор в нормальных условиях всегда находится в одном и том же агрегатном состоянии. Это кристаллическое твердое вещество, нерастворимое в воде. Относительная атомная масса — 31 а.е.м., молярная масса — 30,9738 г/моль.

Фосфор характеризуется аллотропией, способностью к модификации. Модификации различаются физическими свойствами фосфора. Характеристики видов описаны в таблице.

Один тип

tпл., °С

кипения, °С

r, г/см3

Характеристика

Белый

44

280

1823

Из-за примесей может иметь желтый цвет. Самая мягкая модификация, нарезанная ножом, со специфическим запахом. Молекула состоит из четырех атомов (Р4), расположенных в форме тетраэдра. На воздухе окисляется с люминесценцией, воспламеняется при 40°С. Токсичен, имеет малые смертельные дозы (0,05-0,15 г)

Красный

593 под давлением 4,36 МПа

2,4

Его получают нагреванием белого фосфора в отсутствие воздуха и под действием ионизирующего излучения. Это полимер (Pn), образованный несколькими молекулами P4. Не ядовит, не блестит. Воспламеняется при 210°С. Он не плавится при нормальных условиях, но сразу испаряется. Пары образуют белый фосфор

Чернить

1000 под давлением 18 105 Па

2,69

Его получают путем длительного нагревания белого фосфора при 230°С под высоким давлением. Имеет металлический блеск. Похож на графит, жирный на ощупь. Не растворяется даже в органических растворителях. Обладает свойствами полупроводника. Может воспламеняться при предварительном прокаливании до 500°C

Рис. 2. Модификации фосфора.

В обычных условиях фосфор имеет только три модификации. Однако при высоком давлении из черного фосфора можно получить металлический фосфор. Это самая плотная модификация (3,83 г/см3), проводящая электрический ток.

Химические свойства

Активность снижается при переходе от одной модификации к другой. Поэтому белый фосфор активен, металлический фосфор инертен.

Фосфор реагирует со многими простыми и сложными веществами. Характеристика химических свойств описана в таблице.

Реакция

Особенности

Уравнение

С кислородом

При избытке кислорода образуется оксид фосфора (V). При медленном окислении получается оксид фосфора (III)

– 4P + 5O2 → 2P2O5;

– 4P + 3O2 → 2P2O3

С галогенами и неметаллами

Восстанавливает

– 2P + 3Cl2 → 2PCl3;

– Б + П → ПА

С металлами

Окислять. Фосфидные формы

3Mg + 2P → Mg3P2

С водой

Реагирует с водяным паром с образованием фосфина и фосфорной кислоты. Красный фосфор реагирует с нагреванием и катализатором с образованием фосфорной кислоты

– 8Р + 12Н2О → 5РН3 + 3Н3РО2;

– 2P + 8H2O → 2H3RO2 + 5H2

С кислотой

Связи с водородом для замены неметаллов

2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O

Со щелочами

Фосфиновые формы

4Р + 3KOH + 3Н2О → РН3 + 3KH2PO2

Фосфор не взаимодействует со свободным водородом.

Значение

В природе фосфор встречается в виде солей и минералов. В частности, он входит в состав апатита.

В организме животных и человека фосфор выполняет структурную функцию. Содержит:

  • белки;
  • ДНК;
  • АТФ;
  • фосфолипиды;
  • костная, нервная, мышечная ткани.

Фосфор участвует в построении клеточной мембраны, в обмене веществ, в механизме мышечного сокращения. Наряду с кальцием в форме фосфата кальция Ca3(PO4)2 укрепляет скелет.

Фосфор участвует в круговороте веществ. Основным источником фосфора являются растения, получающие его из почвы. Фосфор поступает в почву в результате разложения. Специальные бактерии перерабатывают фосфорсодержащие органические вещества в фосфаты — неорганические соединения, которые усваиваются растениями.

Рис. 3. Круговорот фосфора.

Поделиться:
×
Рекомендуем посмотреть