Червен фосфор. Фосфор: атомна структура, химични и физични свойства

Страница 1

Червеният фосфор има специфично тегло 2 20; топи се при налягане 43 атм при температура 590 С.

Червеният фосфор енергично взаимодейства с алкалните метали в течен амоняк, за да образува фосфиди на алкални метали с различна степен на полимеризация, в зависимост от съотношението на фосфора и алкалния метал, взети в реакцията. Следващото добавяне на алкилхалогениди към реакционната смес води до образуването на съответните фосфини или полифосфини и при допълнително действие върху същата реакционна смес от елементи от група VI се образуват петвалентни фосфорни производни.

Червеният фосфор се получава чрез нагряване на бял фосфор при 280 - 340 без въздух. Това е прах. Червеният фосфор, за разлика от белия, не е отровен.

Червеният фосфор се получава при продължително нагряване на белия фосфор при 280 - 340 С без достъп на въздух. Това е тъмночервен прах, неразтворим във вода и въглероден дисулфид. Червеният фосфор е по-малко химически активен от белия фосфор. Възпламенява се само при температура от около 260 С.

Червеният фосфор се получава чрез нагряване на бял кислород без достъп при 280 - 340 C. Във въздуха той се запалва при 240 C, неразтворим във въглероден дисулфид, по-слабо реактивен от белия фосфор.

Червеният фосфор се различава в много отношения от белия фосфор. Той е по-малко токсичен от белия фосфор, окислява се много бавно на въздух, не свети на тъмно и не се разтваря във въглероден дисулфид. При силно нагряване червеният фосфор сублимира, а изпаренията му, когато се кондензират, дават бял фосфор.

Червеният фосфор е способен на същите химични реакции като белия фосфор, но реакциите с червения фосфор са много по-бавни, отколкото с белия фосфор.

Червеният фосфор има различни свойства от белия и химическата му активност е много по-малка, поради което не се самозапалва във въздуха. Червеният фосфор не се разтваря в въглероден дисулфид и в етер.

Червеният фосфор се получава от белия фосфор при продължително нагряване без достъп на въздух при 280 - 300 С. Кристалната му решетка е атомарна, не се разтваря в органични разтворители, не е отровна. Съхранявайте го в плътно затворен съд.

Червеният фосфор практически не се окислява във въздуха и се запалва само при температури над 250 С.

Страница 1

Черният фосфор се получава чрез нагряване на бял фосфор при 200 ° C и много високо налягане. По външен вид и някои от физическите си свойства черният фосфор е подобен на графита. Провежда електрически ток, мазен на допир. Черният фосфор е много инертен и се запалва само при 490 С.

Черният фосфор се образува от белия фосфор при нагряване до 200 - 220 С при много високо налягане.

Черният фосфор е подобен на външен вид на графита, мазен на допир, има полупроводникови свойства и не е отровен. Червен и черен фосфор възвишава при силно нагряване.

Черният фосфор по външен вид и физични свойства и поради сходството в структурата на кристалната решетка е подобен на графита. Освен това е мазна на допир и провежда електричество доста добре.

Черният фосфор е подобен на външен вид на графита, мазен на допир и има полупроводникови свойства.

Черният фосфор е напълно неразтворим, не реагира с атмосферен кислород, водни пари и не сублимира. Може да се обработва и съхранява на въздух; тя се запалва трудно от пламък.

Структурата на черния хендикап.

Черният фосфор има атомно-слоеста решетка (фиг. 159) с пирамидално разположение на връзките, характерно за фосфора.

Черният фосфор - аморфен - се получава от бял фосфор под налягане от 12 хиляди атм и нагряване до 220 С.

Черният фосфор се получава чрез нагряване на бял фосфор при 200 ° C и много високо налягане. Черният фосфор е подобен на графита, но за разлика от него е полупроводник.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Червен фосфорпредставлява най-термодинамично стабилната алотропна модификация на елементарния фосфор. При нормални условия представлява прах с различни нюанси (от лилаво-червено до виолетово) (фиг. 1).

Цветът се определя от метода на получаване и степента на раздробяване на веществото. Има метален блясък. При нагряване сублимира. Окислява във въздуха. Неразтворим във вода и въглероден дисулфид. Химическата активност на червения фосфор е много по-малка от тази на белия и черния. Разтваря се в оловната стопилка, от която кристализира лилав фосфор (Hittorfa phosphorus).

Ориз. 1. Червен фосфор. Външен вид.

Химическа формула на червения фосфор

Червеният фосфор има формула P n и е полимер със сложна структура.

Графична (структурна) формула на червения фосфор

Структурната (графична) формула на червения фосфорен полимер е по-описателна. Той показва как атомите са свързани помежду си вътре в молекула:

Електронна формула

Електронна формула, показваща разпределението на електроните в атома по енергийни поднива, е показана по-долу:

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

Той също така показва, че фосфорът принадлежи към елементите на p-семейството, както и броят на валентните електрони - има 5 електрона на външно енергийно ниво (3s 2 3p 3).

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение

Двата въглеводорода имат различни относителни молекулни тегла, 26 и 78, но еднакъв състав: 92,3% въглерод и 7,7% водород. Намерете молекулните формули на въглеводородите.

Решение

Нека обозначим броя на моловете елементи, които съставляват съединението с "x" (въглерод) и "y" (водород). Тогава моларното съотношение ще изглежда така (стойностите на относителните атомни маси, взети от периодичната таблица на Д. И. Менделеев, ще бъдат закръглени до цели числа):

x: y = ω (C) / Ar (C): ω (H) / Ar (H);

х: у = 92,3 / 12: 7,7 / 1;

x: y = 7,69: 7,7 = 1: 1

Това означава, че най-простата въглеводородна формула има формата СН и моларна маса от 13 g / mol. За да намерим истинската формула на съединение, намираме съотношението на неговите моларни маси:

М вещество (1) / М (СН) = 26/13 = 2

Това означава, че индексите на въглеродните и водородните атоми трябва да са 2 пъти по-високи, т.е. формулата на веществото ще има формата C 2 H 2. Това е ацетилен.

М вещество (2) / М (СН) = 78/13 = 6

Това означава, че индексите на въглеродните и водородните атоми трябва да са 6 пъти по-високи, т.е. формулата на веществото ще има формата C6H6. Това е бензол.

Отговор

C 2 H 2 и C 6 H 6

ПРИМЕР 2

Упражнение

Напишете формулата за съединението на натрий, фосфор и кислород, ако масовите доли на елементите в него: ω (Na) = 34,6%, ω (P) = 23,3%, ω (O) = 42,1%.

Решение

Масовата част на елемента X в молекула от състав HX се изчислява по следната формула:

ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%

Нека обозначим броя на моловете елементи, които съставляват съединението с "x" (натрий), "y" (фосфор), "z" (кислород). Тогава моларното съотношение ще изглежда така (стойностите на относителните атомни маси, взети от периодичната таблица на Д. И. Менделеев, ще бъдат закръглени до цели числа):

x: y: z = ω (Na) / Ar (Na): ω (P) / Ar (P): ω (O) / Ar (O);

x: y: z = 34,6 / 23: 23,3 / 31: 42,1 / 16;

x: y: z = 1,5: 0,75: 2,63 = 2: 1: 3

Това означава, че формулата за съединението на натрий, фосфор и кислород ще има формата Na 2 PO 3.

Отговор

Na 2 PO 3

Фосфор- елемент от 3-ти период и VA-група на Периодичната таблица, сериен номер 15. Електронна формула на атома [10 Ne] 3s 2 3p 3, стабилна степен на окисление в съединения + V.

Скала на окисление на фосфора:

Електроотрицателността на фосфора (2.32) е значително по-ниска от тази на типичните неметали и малко по-висока от тази на водорода. Образува различни кислород-съдържащи киселини, соли и бинарни съединения, проявява неметални (киселинни) свойства. Повечето фосфати са неразтворими във вода.

В природата - тринадесетипо отношение на химическото изобилие, елементът (шестият сред неметалите) се намира само в химически свързана форма. Жизнен елемент.

Липсата на фосфор в почвата се компенсира с внасяне на фосфорни торове - главно суперфосфати.

Алотропни модификации на фосфора

Червен и бял фосфор P... Известни са няколко алотропни форми на фосфор в свободна форма, основните са бял фосфор P 4 и червен фосфор P n. В реакционните уравнения алотропните форми са представени като P (червено) и P (бел.).

Червеният фосфор се състои от полимерни молекули P n с различна дължина. Аморфен, бавно се трансформира в бял фосфор при стайна температура. Когато се нагрява до 416 ° C, той сублимира (когато парата се охлажда, белият фосфор кондензира). Неразтворим в органични разтворители. Химическата активност е по-ниска от тази на белия фосфор. Светва на въздух само при нагряване.

Използва се като реагент (по-безопасен от белия фосфор) в неорганичния синтез, пълнител за лампи с нажежаема жичка, компонент на разпръскваща кутия при производството на кибрит. Не е отровен.

Белият фосфор се състои от P4 молекули. Мека като восък (нарязва се с нож). Той се топи и кипи без разлагане (точка на топене 44,14 ° C, точка на кипене 287,3 ° C, p 1,82 g / cm 3). Окислява се във въздуха (зелено свети в тъмното), с голяма маса е възможно спонтанно запалване. При специални условия той се превръща в червен фосфор. Нека се разтварят добре в бензол, етери, въглероден дисулфид. Не реагира с вода, съхранява се под слой вода. Изключително реактивен. Показва редокс свойства. Възстановява благородни метали от разтвори на техните соли.

Използва се в производството на Н 3 Р0 4 и червен фосфор, като реагент в органичните синтези, като деоксидиращ агент за сплави и като запалително средство. Горещият фосфор трябва да се гаси с пясък (но не с вода!). Изключително отровен.

Уравнения на най-важните реакции на фосфора:

Производство на фосфор в индустрията

- намаляване на фосфорита с горещ кокс (добавя се пясък за свързване на калция):

Ca 3 (PO4) 2 + 5C + 3SiO2 = 3CaSiO3 + 2 Р+ 5CO (1000 °C)

Фосфорните пари се охлаждат, за да се получи твърд бял фосфор.

Червеният фосфор се приготвя от бял фосфор (виж по-горе), в зависимост от условията степента на полимеризация n (P n) може да бъде различна.

Фосфорни съединения

Фосфин RN 3... Бинарно съединение, степента на окисление на фосфора е - III. Безцветен газ с неприятна миризма. Молекулата има структурата на непълен тетраедър [: P (H) 3] (sp 3 -хибридизация). Слабо разтворим във вода, не реагира с нея (за разлика от NH 3). Силен редуктор, изгаря на въздух, окислява се до HNO 3 (конц.). Присъединява се към HI. Използва се за синтеза на органофосфорни съединения. Силно отровен.

Уравнения на най-важните реакции на фосфина:

Внасяне на фосфин лаборатории:

CazP2 + 6HCl (разл.) = ЗСаСl + 2 RNz

Фосфорен (V) оксид P 2 O 5... Киселинен оксид. Бяла, термично стабилна. В твърдо и газообразно състояние димерът P 4 O 10 има структура от четири тетраедъра, свързани с три върха (P - O - P). При много високи температури той се мономеризира до P 2 O 5. Има и стъкловиден полимер (P 2 0 5) n. Той е изключително хигроскопичен, реагира енергично с вода и алкали. Възстановен с бял фосфор. Той отнема водата от кислород-съдържащите киселини.

Използва се като много ефективен дехидратиращ агент за сушене на твърди вещества, течности и газови смеси, реагент при производството на фосфатни стъкла, катализатор за полимеризация на алкени. Отровен.

Уравнения на най-важните реакции на фосфорен оксид +5:

Получаване:изгаряне на фосфор в излишък от сух въздух.

Фосфорна киселина H 3 PO 4.Оксо киселина. Бяло вещество, хигроскопично, краен продукт от взаимодействието на P 2 O 5 с вода. Молекулата има структурата на изкривен тетраедър [Р (O) (OH) 3] (sp 3 -хибридисадий), съдържа ковалентни σ-връзки Р - ОН и σ, π-връзки Р = О. Топи се без разлагане, разлага се при по-нататъшно нагряване. Разтваря се добре във вода (548 g / 100 g H 2 0). Слаба киселина в разтвор, неутрализирана с алкали, не напълно с амонячен хидрат. Реагира с типични метали. Влиза в йонообменни реакции.

Качествена реакция е утаяването на жълта утайка от сребърен (I) ортофосфат. Използва се в производството на минерални торове, за избистряне на захароза, като катализатор в органичния синтез, като компонент на антикорозионни покрития върху чугун и стомана.

Уравнения на най-важните реакции на фосфорната киселина:

Получаване на фосфорна киселина в промишлеността:

кипене на фосфоритна руда в сярна киселина:

Ca3 (PO4) 2 + 3H2SO4 (конц.) = 2 Н3РО4+ 3CaSO4

Натриев ортофосфат Na 3 PO 4... Оксозол. Бяла, хигроскопична. Топи се без разлагане, термично стабилен. Нека се разтваря добре във вода, хидролизира от анион, създава силно алкална среда в разтвор. Реагира в разтвор с цинк и алуминий.

Влиза в йонообменни реакции.

Качествена реакция към йона PO 4 3-

- образуването на жълта утайка от сребърен ортофосфат (I).

Използва се за премахване на "постоянната" твърдост на прясната вода, като компонент на детергентите и фотопроявителите, като реагент при синтеза на каучук. Уравнения на най-важните реакции:

Получаване:пълно неутрализация на Н 3 Р0 4 с натриев хидроксид или чрез реакция:

Натриев хидроген фосфат Na 2 HPO 4... Кисела оксосол. Бяло, разлага се без да се топи при умерено нагряване. Нека се разтваря добре във вода, хидролизирана от анион. Реагира с Н 3 Р0 4 (конц.), Неутрализиран с алкали. Влиза в йонообменни реакции.

Качествена реакция към йона НРО 4 2-- образуването на жълта утайка от сребърен ортофосфат (I).

Използва се като емулгатор за сгъстяване на кравето мляко, съставка на хранителни пастьоризатори и фотобелина.

Уравнения на най-важните реакции:

Получаване: непълна неутрализация на Н 3 Р0 4 с натриев хидроксид в разреден разтвор:

2NaOH + Н3РО4 = Na2HPO4 + 2H2O

Натриев дихидроген фосфат NaH 2 PO 4... Кисела оксосол. Бяла, хигроскопична. Разлага се без да се топи при умерено нагряване. Нека се разтваря добре във вода, анионът Н 2 Р0 4 претърпява обратима дисоциация. Неутрализиран с алкали. Влиза в йонообменни реакции.

Качествена реакция към йона Н 2 Р0 4 -образуването на жълта утайка от сребърен ортофосфат (1).

Използва се в производството на стъкло, за защита на стомана и чугун от корозия, като омекотител за вода.

Уравнения на най-важните реакции:

Получаване:непълно неутрализиране на H 3 PO 4 със сода каустик:

Н3РО4 (конц.) + NaOH (разл.) = NaH2PO4+ H2O

Калциев ортофосфат Ca 3 (PO 4) 2- Оксозол. Бял, огнеупорен, термично стабилен. Неразтворим във вода. Разлага се с концентрирани киселини. Възстановява се с кокс при топене. Основният компонент на фосфоритните руди (апатити и др.).

Използва се за получаване на фосфор, при производството на фосфатни торове (суперфосфати), керамика и стъкло, утаен прах - като компонент на пасти за зъби и стабилизатор за полимери.

Уравнения на най-важните реакции:

Фосфатни торове

Смес от Ca (H 2 P0 4) 2 и CaS0 4 се нарича обикновен суперфосфат, Ca (H 2 P0 4) 2 с примес на CaHP0 4 - двоен суперфосфат, те лесно се усвояват от растенията при хранене.

Най-ценните торове са амофос(съдържат азот и фосфор) са смес от соли на амониевата киселина NH 4 H 2 PO 4 и (NH 4) 2 HPO 4.

Фосфор (V) хлорид PCI5... Двоична връзка. Бяло, летливо, термично нестабилно. Молекулата има тригонална бипирамидна структура (sp 3 d хибридизация). В твърдо състояние димерът P 2 Cl 10 с йонна структура РСl 4 + [РСl 6] -. "Пиши" във влажен въздух. Силно реактивен, напълно хидролизиран с вода, реагира с алкали. Възстановен с бял фосфор. Използва се като хлорен агент в органичния синтез. Отровен.

Уравнения на най-важните реакции:

Получаване:хлориране на фосфор.

Горско-степни почви

се характеризират със съдържание в хумусното вещество в размер на 1,78-2,46%.

Мощна чернозема

съдържат 0,81-1,25% хумусно вещество.

Обикновени черноземи

съдържат 0,90-1,27% в хумусното вещество.

Излужена чернозема

съдържат в хумусното вещество 1,10-1,43%.

Тъмните кестенови почви съдържат

в хумусното вещество 0,97-1,30%.

Роля в растението

Биохимични функции

Окислените фосфорни съединения са от съществено значение за всички живи организми. Нито една жива клетка не може да съществува без тях.

В растенията фосфорът се намира в органични и минерални съединения. В същото време съдържанието на минерални съединения е от 5 до 15%, органични - 85-95%. Минералните съединения са представени от калиеви, калциеви, амониеви и магнезиеви соли на ортофосфорната киселина. Минералният фосфор на растенията е резервно вещество, резерв за синтеза на фосфор-съдържащи органични съединения. Той увеличава буферния капацитет на клетъчния сок, поддържа клетъчния тургор и други също толкова важни процеси.

Органични съединения - нуклеинови киселини, аденозин фосфати, захарни фосфати, нуклеопротеини и фосфатопротеини, фосфатиди, фитин.

На първо място по значение за живота на растенията са нуклеиновите киселини (РНК и ДНК) и аденозин фосфатите (АТФ и АДФ). Тези съединения участват в много жизненоважни процеси на растителния организъм: протеинов синтез, енергиен метаболизъм, предаване на наследствени свойства.

Нуклеинова киселина

Аденозин фосфати

Специалната роля на фосфора в живота на растенията е участието му в енергийния метаболизъм на растителната клетка. Основната роля в този процес принадлежи на аденозин фосфатите. Те съдържат остатъци от фосфорна киселина, свързани с високоенергийни връзки. Когато се хидролизират, те са способни да отделят значително количество енергия.

Те представляват своеобразен акумулатор на енергия, доставящ я при необходимост за осъществяване на всички процеси в клетката.

Разграничаване на аденозин монофосфат (AMP), аденозин дифосфат (ADP) и аденозин трифосфат (ATP). Последният по енергийни запаси значително превъзхожда първите две и заема водеща роля в енергийния метаболизъм. Състои се от аденин (пуринова основа) и захар (рибоза), както и три остатъка от фосфорна киселина. АТФ се синтезира в растенията по време на дишането.

Фосфатиди

Фосфатидите или фосфолипидите са естери на глицерол, високомолекулни мастни киселини и фосфорна киселина. Те са част от фосфолипидните мембрани, регулират пропускливостта на клетъчните органели и плазмалемата за различни вещества.

Цитоплазмата на всички растителни клетки съдържа представител на фосфатидната група лецитин. Той е производно на диглицеридна фосфорна киселина, вещество, подобно на мазнини, със съдържание 1,37%.

Захарни фосфати

Захарните фосфати или фосфорните естери на захарите присъстват във всички растителни тъкани. Известни са повече от дузина съединения от този тип. Те играят важна роля в дишането и фотосинтезата в растенията. Образуването на захарни фосфати се нарича фосфорилиране. Съдържанието на захарни фосфати в растението в зависимост от възрастта и хранителните условия варира от 0,1 до 1,0% от сухото тегло.

фитин

Фитинът е калциево-магнезиева сол на инозитол фосфорна киселина, съдържа 27,5%. Той е на първо място по съдържание в растенията сред другите фосфор-съдържащи съединения. Фитинът присъства в младите органи и тъкани на растенията, особено в семената, където служи като резервно вещество и се използва от разсад по време на поникване.

Основните функции на фосфора

По-голямата част от фосфора присъства в репродуктивните органи и младите части на растенията. Фосфорът е отговорен за ускоряването на образуването на кореновата система на растенията. Основното количество фосфор се изразходва в първите фази на развитие и растеж. Фосфорните съединения имат способността лесно да преминават от стари тъкани към млади и да се използват повторно (повторно).