Фосфор - элемент жизни и мысли

План реферата по теме «Фосфор – элемент жизни и мысли»:

1. Вступление.

2. Фосфор.

• Определение и характеристика данного химического элемента.

3. История открытия фосфора.

• Происхождение названия химического элемента.
• Собственно история открытия элемента.

4. Важнейшие разновидности фосфора:

• Белый фосфор.
• Жёлтый фосфор.
• Красный фосфор.
• Чёрный фосфор.
• Металлический фосфор.

5. Физические свойства фосфора.

6. Химические свойства фосфора.

7. Получение фосфора:

а) нахождение в природе

б) в промышленности

8. Применение фосфора:

а) в промышленности

б) в сельском хозяйстве

в) в медицине

9. Биологическая роль соединений фосфора и их значение:

а) в организме и питании человека и животных.

• Фосфор в организме человека и животных.
• Продукты, содержащие фосфор.
• Болезни, связанные с недостатком и избытком фосфора.
• Условия для правильного усвоения фосфора в организме.

б) в сельском хозяйстве.

• Значение минеральных веществ в питании животных.
• Фосфор в кормах животных.
• Потребность растений в фосфоре.
• Влияние фосфора на развитие растений.
• Визуальные признаки в растениях, вызванные дефицитом фосфора.
• Почва, как источник фосфора.
• Удобрения.

10. Вывод.

11. Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Вступление.

Думаю, каждый человек хоть раз в своей жизни слышал о важности фосфора. Поэтому вопроса о жизненной необходимости фосфора возникнуть не должно, хотя этому тоже будет уделено внимание. А вот почему фосфор назвали «элементом мысли» должно было заинтересовать  многих. И неспроста! Этот химический элемент действительно заслуживает такого почётного звания. Почему? Узнаете, ознакомившись с материалом этого реферата.

2. Фосфор.

• Определение и характеристика данного химического элемента.

 

Начнём с того, что рассмотрим положение фосфора в Периодической системе Д.И.Менделеева:

• фосфор (с греч. Phosphoros – «светоносный»).  Символ обозначения «P».
• химический элемент 3-го малого периода, V (А - главной) подгруппы.
• порядковый номер 15.
• атомная (молярная) масса 31 г/моль.
• электронная конфигурация 123.
• находящиеся на внешнем электронном уровне 5 валентных электронов говорят о том, что фосфор является неметаллом.
• электроотрицательность 2,2 по шкале Полинга.
• возможные степени окисления:

а) в стабильном состоянии атома – -3, -2, 0;

б) в возбуждённом состоянии атома –  +1, +3, +5.

3. История открытия фосфора.

• Происхождение названия химического элемента.

 

В древнегреческой мифологии имя Фосфор (или Эосфор) носил страж Утренней звезды. В средние века, когда этот химический элемент был открыт, алхимики называли его «холодным огнём». Вторичное название «фосфор» происходит от греческих слов «свет» и «несу».

 

 

 

• Собственно история открытия элемента.

 

Возможно, что фосфор в элементарном виде был получен ещё в 12 веке арабским алхимиком Алхид Бехилом при перегонке мочи с глиной и известью. Об этом свидетельствует древний алхимический манускрипт, хранящийся в Парижской библиотеке.

Однако открытие фосфора приписывается разорившемуся гамбургскому купцу Хеннигу Бранду и датируется 1669 годом. Подобно другим алхимикам, Бранд, пытался отыскать философский камень, а получил светящееся вещество. Алхимик сфокусировался на опытах с человеческой мочой. Длительно выпаривая её в больших количествах (по 50-60 вёдер) и последующего сильного прокаливания сухого остатка с углём, получались крупицы белого воскоподобного вещества. Это вещество ярко горело и к тому же мерцало в темноте, за что Бранд назвал его phosphorus mirabilis (с лат. «чудотворный носитель света»). Современники Бранда назвали полученное им вещество фосфором из-за его способности светиться в темноте. Вообще, с древних времён «фосфорами» называли все вещества, способные испускать свет в темноте. Так, широко известен «болонский фосфор»  – сульфид бария.

В 1682 году Бранд опубликовал результаты своих исследований, и сейчас от справедливо считается первооткрывателем химического элемента №15. Открытие фосфора стало первым открытием нового элемента со времён античности.

Несколько позже фосфор был получен другим немецким химиком – Иоганном Кункелем.

Независимо от Бранда и Кункеля фосфор бы получен Р.Бойлем, описавшем его в статье «Способ приготовления фосфора из человеческой мочи», датированной 14 октября и опубликованной в 1680 году.

Усовершенствованный способ получения фосфора был опубликован в 1743 году Андреасом Маргграфом.

Долгое время фосфор не считали простым веществом, и только в 1770-х годах французский химик Антуан Лоран Лавуазье в своих работах, посвящённых исследованию состава воздуха, смог твёрдо установить, что фосфор является элементарным веществом.

Картина Джозефа Райта «Алхимик, открывающий фосфор» предположительно описывающая открытие фосфора Хеннигом Брандом, 1771 год.

4. Важнейшие разновидности фосфора:

Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропических модификаций.

• Аллотропия – это явление, когда один и тот же химический элемент образует несколько простых веществ или аллотропных модификаций этого элемента.

Вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решен. Обычно выделяют  три модификации простого фосфора: белую, красную и чёрную. Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая под этим, что все остальные являются разновидностью указанных трёх. Но мы рассмотрим также жёлтый и металлический фосфоры.

5. Физические свойства фосфора.

Аллотропные видоизменения фосфора способны переходить друг в друга под воздействием различных факторов, превращения которых можно представить схемой:              

                                            свет                               t, P

                        Р белый                  Р красный                   Р чёрный

                                         возгонка               охлаждение,

                    понижение Р

 

Несмотря на то, что представленные ниже фосфоры – разновидность одного химического элемента, все они имеют разные физические характеристики. В том числе по цвету, плотности. Заметна тенденция к резкому убыванию химической активности при переходе от белого к металлическому фосфору и нарастанию металлических свойств.

 

 

• Белый фосфор.

Белый фосфор представляет собой белое вещество. В чистом виде это стекловидное вещество, сильно преломляющее свет. По внешнему виду очень похож на очищенный воск или парафин. Обладает специфичным чесночным запахом, жирен на ощупь, мягок, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий. При помещении в холод становится хрупким, а при температуре выше 15 градусов вновь приобретает мягкость.

В воде белый фосфор практически не растворяется, зато хорошо поддаётся органическим растворителям: бензоле (3,7 г на 100 г ), тетрахлорметане (1,27 г на 100 г ). Хорошими растворителями для него являются жидкий аммиак () и диоксид серы, а наилучшим – сероуглерод (), в 100 г которого растворяется более 1 кг фосфора. Растворимостью белого фосфора в сероуглероде пользуются в промышленных целях для очистки его от примесей.

 

Физические свойства белого фосфора:

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)		(белый фосфор)1,82 г/см³
Температура плавления		44,15 °C (317,3 K)
Температура кипения		279,85 °C (553 K)
Теплота плавления		2,51 кДж/моль
Теплота испарения		49,8 кДж/моль
Молярная теплоёмкость		21,6[3] (ромбическая) Дж/(K·моль)
Молярный объём		17,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Состав (формула)
Строение		молекулярная кристаллическая решетка
Структура решётки		кубическая, объемно-центрированная
Параметры решётки		18,800 Å
Прочие характеристики

 

 

Химически белый фосфор чрезвычайно активен. Например, он медленно окисляется кислородом воздуха уже при комнатной температуре и светится бледно-зелёным свечением. Явление такого рода свечения вследствие химических реакций окисления называется хемилюминесценцией. В связи с высокой химической активностью фосфор, отливаемый в инертной атмосфере в виде палочек (слитков), хранится в отсутствие воздуха под слоем очищенной воды или в специальных инертных средах.

Белый фосфор не только активен химически, но и очень ядовит! При отравлении организма наступает поражение костей, костного мозга, некроз челюстей. Летальная доза белого фосфора для взрослого человека составляет 0,05-0,1 г.

Белый фосфор имеет молекулярное строение; формула . Каждая молекула представлена тетраэдром.

    P

 

    P                                        P

 

 

                                                   P

• Жёлтый фосфор.

Неочищенный белый фосфор обычно называют «жёлтый фосфор». Сильно ядовитое, огнеопасное кристаллическое вещество от светло-жёлтого до тёмно-бурого цвета. Удельный вес 1,83 г/см³, плавится при +34 °C, кипит при +280 °C. В воде не растворяется, на воздухе легко окисляется и самовоспламеняется. Горит ослепительным ярко-зеленым пламенем с выделением густого белого дыма — мелких частичек декаоксида тетрафосфора .

Так как фосфор реагирует с водой лишь при температуре свыше 500 градусов по Цельсию, то для тушения фосфора используют воду в больших количествах (для снижения температуры очага возгорания и перевода фосфора в твердое состояние) или раствор сульфата меди (медного купороса), после гашения фосфор засыпают влажным песком. Для предохранения от самовозгорания жёлтый фосфор хранится и перевозится под слоем воды (раствора хлорида кальция).

 

• Красный фосфор.

Красный фосфор — это термодинамически более стабильная модификация элементарного фосфора. Впервые он был получен в 1847 году в Швеции австрийским химиком А. Шрёттером при нагревании белого фосфора при 500 °С в атмосфере угарного газа (СО ) в запаянной стеклянной ампуле.

Красный фосфор имеет атомную кристаллическую решётку, формулу  и представляет собой полимер со сложной структурой. Химическая активность красного фосфора значительно ниже, чем у белого. Красный фосфор на воздухе не самовоспламеняется, вплоть до температуры 240—250 °С (при переходе в белую форму во время возгонки), но самовоспламеняется при трении или ударе, у него полностью отсутствует явление хемилюминесценции. При температуре возгонки красный фосфор превращается в пар, при охлаждении которого образуется в основном белый фосфор.

Нерастворим в воде, а также в бензоле, сероуглероде и других, растворим только в трибромиде фосфора. Растворить красный фосфор также возможно лишь в некоторых расплавленных металлах (свинец и висмут), чем иногда пользуются для получения крупных его кристаллов. Так, например, немецкий физико-химик И. В. Гитторф в 1865 году впервые получил прекрасно построенные, но небольшие по размеру кристаллы (фосфор Гитторфа).

Плотность красного фосфора также выше, и достигает 2400 кг/м³ в литом виде. При хранении на воздухе красный фосфор в присутствии влаги постепенно окисляется, образуя гигроскопичный оксид. Этот оксид способен поглощать воду и отсыревать («отмокать»), образуя вязкую фосфорную кислоту, поэтому его хранят в герметичной таре.

Ядовитость красного фосфора в тысячи раз меньше, чем у белого, поэтому он применяется гораздо шире, например, в производстве спичек (составом на основе красного фосфора покрыта тёрочная поверхность коробков). Зажигательная поверхность спичечного коробка покрыта смесью фосфора и порошка стекла. В состав спичечной головки входят окислители (, - бертолетова соль, )и восстановители (, ). При трении о зажигательную поверхность смесь, нанесённая на спичку, воспламеняется:

6P + 5 = 5KCl + 3

 

 

 

 

 

 

• Чёрный фосфор.

Чёрный фосфор — это самая стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора. Также, как и красный фосфор, он имеет атомную кристаллическую решётку, формулу  . Впервые чёрный фосфор был получен в 1914 году американским физиком П.У.Бриджменом из белого фосфора в виде чёрных блестящих кристаллов, имеющих высокую (2 690 кг/м³) плотность. Для проведения синтеза чёрного фосфора Бриджмен применил давление в 2·109 Па (20 тысяч атмосфер) и температуру около 200 °С. Начало быстрого перехода лежит в области 13 000 атмосфер и температуре около 230 °С.

Чёрный фосфор представляет собой чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и весьма похожее на графит, и с полностью отсутствующей растворимостью в воде или органических растворителях. Поджечь чёрный фосфор можно, только предварительно сильно раскалив в атмосфере чистого кислорода до 400 °С. Чёрный фосфор проводит электрический ток и имеет свойства полупроводника. Температура плавления чёрного фосфора 1000 °С под давлением 18·105 Па.

 

• Металлический фосфор.

При 8,3·1010 Па чёрный фосфор переходит в новую, ещё более плотную и инертную металлическую фазу с плотностью 3,56 г/см³. При дальнейшем повышении давления до 1,25·1011 Па — ещё более уплотняется и приобретает кубическую кристаллическую решётку, при этом его плотность возрастает до 3,83 г/см³. Металлический фосфор очень хорошо проводит электрический ток.