РАЗДЕЛ II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

9. Неметаллические элементы и их соединения. Неметаллы

9.4. Элементы VA группы

9.4.9. Фосфор

Фосфор - 15-й элемент периодической таблицы (заряд ядра - +15. Химический символ - Р, относительная атомная масса - 31. В свободном состоянии в природе не встречается. Искусственно добытый фосфор в свободном состоянии образует более 10 аллотропическая модификаций, главными из которых являются фосфор белый, красный и черный.

Электронная формула атома Фосфора - ₁₅Г 1s²2s²2p⁶3s²3p³. Проявляет валентность III в основном состоянии и V в возбужденном. Самый низкий степень окисления - -3, а самый высокий - +5:

Распространенность Фосфора в природе

В земной коре содержится около 0,1 % Фосфора (по массе), известно более 190 минералов, содержащих Фосфор. Важнейшие среди них фосфориты Са₃(РO₄)₂ (осадочные породы, которые содержат Р₂0₅) и апатиты Ca₅(PO₄)₃(F, Сl, ОН)². Значительное количество Фосфора содержит морская вода (0,07 мг/л).

Фосфор - биогенный элемент, в организме человека его около 1,5 кг. Кальций ортофосфат Са₃(РO₄)₂ входит в состав костной ткани, вызывая ее прочность; также входит в состав белков, фосфолипидов, нуклеотидов (АТФ, ДНК, РНК), коферментов (ФАД, ФМН, НАД⁺, НАДФ⁺) всех живых организмов.

Добывание фосфора

В электропечах фосфориты восстанавливают углеродом в смеси с песком при температуре 1600 °С без доступа кислорода:

или суммарное уравнение:

Физические свойства фосфора

Важнейшими алотропічними модификациями являются белый и красный фосфор.

Белый фосфор - белое аморфное вещество с желтоватым оттенком, мягкая, легкоплавкая (воскоподобное). Имеет молекулы тетраедричної строения Г₄:

Белый фосфор очень токсичен - смертельная доза составляет 0,05 г. На воздухе медленно окисляется и при этом светится (это явление называют хемілюмінесценцією). В воде не растворяется (именно поэтому его хранят в воде), но хорошо растворяется в сероуглероде (карбон(ИV) сульфіді) CS₂. Температура плавления - +44,1 °С, кипения - +237 °С. В жидком, растворенном и парообразном состояниях (до 800 °С) состоит из молекул Р₄. Во время нагрева до 500 °С без доступа кислорода переходит в красный фосфор.

Красный фосфор - более устойчива и значительно менее токсична, по сравнению с белым фосфором, модификация. Имеет атомные кристаллические решетки. Это неорганический полимер Г_n со сложной структурой:

Это и является основной причиной отличия его свойств в сравнении с белим фосфором: для красного явление хемилюминесценции не свойственно, на воздухе медленно окисляется, вспыхивает при ударе, трении, что используют в изготовлении спичек.

Химические свойства фосфора

В химических реакциях фосфор выступает и как окислитель, и как восстановитель.

1. Взаимодействие с простыми веществами:

• как восстановитель с кислородом, серой и галогенами:

или при медленном окислении или недостатка кислорода 0₂ может образоваться фосфор(III) оксид Г₂O₃; аналогично происходят реакции с галогенами и серой:

С йодом образуется только РИ₃:

• как окислитель с активными металлами (фосфор окисляется до самой низкой степени окисления - -3):

Фосфиды разлагаются водой и кислотами, образуя летучее соединение с Гідрогеном - фосфин:

2. Фосфор проявляет восстановительные свойства в реакциях с некоторыми кислотами (сильными окислителями), водяным паром, бертолетовою солью КСlO₃:

Последняя реакция происходит при зажигании спички (головка спички содержит КСlВ₃ с примесями К₂Сr₂O₇, S, МnO₂, а стенка коробки - 31 % фосфора).

Применение фосфора

Значительную часть Фосфора тратят на добывание фосфора(У) оксида и ортофосфатной кислоты, из которой получают минеральные удобрения и другие важные фосфорсодержащие вещества: медикаментозные средства, средства борьбы с вредителями растений, взрывчатые вещества. Фосфор используют в производстве спичек.

____________________________________________________________

¹ Использование минеральных удобрений, несмотря на повышение урожаев, несет с собой много рисков: это уже упоминавшееся засоление почв (см. главу 8.2.4. Калийные удобрения), а также эвтрофикация водоемов. Эвтрофикацией называют насыщение водоемов растительными биогенами (которые содержат прежде всего Фосфор и Азот), что влечет за собой бурный рост фитопланктона (сине-зеленых водорослей) в поверхностной пленке («цветение» воды), дефицит кислорода, гибель водных растений и замор рыбы и других водных животных, заражения воды болезнетворными микроорганизмами. Так, ежегодные заморы на Черном и Азовском морях происходят не вследствие выброса на поверхность глубинного сероводорода (как считалось ранее), а именно в результате деятельности человека. Минеральные удобрения смываются с полей, попадают в подземные воды, пресноводные водоемы: озера и реки (Днепр, Днестр, Дон), а затем - и в моря.

² Минералы класса фосфатов непостоянного состава могут содержать примеси Железа, Марганца, Алюминия, Тория, редкоземельных элементов, карбонатов.