Соединения Фосфора

 

Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ФОСФОР КАК ЭЛЕМЕНТ И КАК ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО 4

1.1. Фосфор в природе 4

1.2. Физические свойства 4

1.3. Химические свойства 5

1.4. Получение 7

1.5. Применение 7

1.6. Содержание фосфора в организме человека  8

2. СОЕДИНЕНИЯ ФОСФОРА 10

2.1. Оксиды 10

2.2. Кислоты и их соли 11

2.3. Фосфин 14

3. ФОСФОРНЫЕ УДОБРЕНИЯ 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ  19

 

 

Введение

Элемент жизни и мысли - этим названием геохимик и минеролог, один из основоположников геохимии, академик Александр Евгеньевич Ферсман обозначил элемент фосфор, тем самым подчеркнув его совершенную необходимость для всего живого и для человеческого мозга, в частности. Фосфор обнаружен буквально во всех органах зеленых растений: в стеблях, корнях, листьях, но больше всего его в плодах и семенах. Растения накапливают фосфор и снабжают им животных.

Фосфор (лат. Phosphorus) P – химический элемент V группы периодической системы Менделеева атомный номер 15, атомная масса 30,973762(4). Рассмотрим строение атома фосфора. На наружном энергетическом уровне атома фосфора находятся пять электронов. Графически это выглядит так:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 3d 0

В 1699 г. гамбургский алхимик X. Бранд в поисках «философского камня», якобы способного превратить неблагородные металлы в золото, при выпаривании мочи с углём и песком выделил белое воскообразное вещество, способное светиться. Название «фосфор» происходит от греч. «phos» – свет и «phoros» – несущий. В России термин «фосфор» введён в 1746 г. М.В. Ломоносовым. К основным соединениям фосфора относят оксиды, кислоты и их соли (фосфаты, дигидрофосфаты, гидрофосфаты, фосфиды, фосфиты). Очень много веществ, содержащих фосфор, содержатся в удобрениях. Такие удобрения называют фосфорными.[3]

 

1. Фосфор как элемент и как простое вещество

1.1 Фосфор в  природе

Фосфор относится к числу распространенных элементов. Общее содержание в земной коре составляет около 0,08%. Вследствие лёгкой окисляемости фосфор в природе встречается только в виде соединений. Главными минералами фосфора являются фосфориты и апатиты, из последних наиболее распространён фторапатит 3Ca3 (PO4)2•CaF2. Фосфориты широко распространены на Урале, в Поволжье, Сибири, Казахстане, Эстонии, Беларуси. Самые большие залежи апатитов находятся на Кольском полуострове. Фосфор – необходимый элемент живых организмов. Он присутствует в костях, мышцах, в мозговой ткани и нервах. Из фосфора построены молекулы АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ – собиратель и носитель энергии). [5]

В организме взрослого человека содержится в среднем около 4,5 кг фосфора, в основном в соединении с кальцием. Фосфор содержится также в растениях. Природный фосфор состоит лишь из одного стабильного изотопа Р. В наши дни известно шесть радиоактивных изотопов фосфора.

 

1.2 Физические  свойства

Фосфор имеет несколько аллотропных модификаций – белый, красный, чёрный, коричневый, фиолетовый фосфор и др. Первые три из названных наиболее изучены.

Белый фосфор – бесцветное, с желтоватым оттенком кристаллическое вещество, светящееся в темноте. Его плотность 1,83 г/см3 . Не растворяется в воде, хорошо растворяется в сероуглероде. Имеет характерный чесночный запах. Температура плавления 44°С, температура самовоспламенения 40°С. Чтобы защитить белый фосфор от окисления, его хранят под водой в темноте (на свету идёт превращение в красный фосфор). На холоде белый фосфор хрупок, при температурах выше 15°С становится мягким и режется ножом. Молекулы белого фосфора имеют кристаллическую решётку, в узлах которой находятся молекулы Р4 , имеющие форму тетраэдра. Каждый атом фосфора связан тремя σ-связями с другими тремя атомами. Белый фосфор ядовит и даёт труднозаживающие ожоги.

Красный фосфор – порошкообразное вещество тёмно-красного цвета без запаха, в воде и сероуглероде не растворяется, не светится. Температура воспламенения 260°С, плотность 2,3 г/см3 . Красный фосфор представляет собой смесь нескольких аллотропных модификаций, отличающихся цветом (от алого до фиолетового). Свойства красного фосфора зависят от условий его получения. Не ядовит.

Чёрный фосфор по внешнему виду похож на графит, жирный на ощупь, обладает полупроводниковыми свойствами. Плотность 2,7 г/см3 . Красный и чёрный фосфоры имеют атомную кристаллическую решётку.[8]

 

1.3 Химические  свойства

Фосфор – неметалл. В соединениях он обычно проявляет степень окисления +5, реже – +3 и –3 (только в фосфидах).

Реакции с белым фосфором идут легче, чем с красным.

I. Взаимодействие с простыми  веществами.

1. Взаимодействие с галогенами:

2P + 3Cl2 = 2PCl3 (хлорид фосфора (III)),

PCl3 + Cl2 = PCl5 (хлорид фосфора (V)).

2. Взаимодействие с нематаллами:

2P + 3S = P2 S3 (сульфид фосфора (III).

3. Взаимодействие с металлами:

2P + 3Ca = Ca3 P2 (фосфид кальция).

4. Взаимодействие с кислородом:

4P + 5O2 = 2P2 O5 (оксид фосфора (V), фосфорный ангидрид).

II. Взаимодействие со сложными  веществами.

3P + 5HNO3 + 2H2 O = 3H3 PO4 + 5NO↑.

 

Кратко физические и химические свойства фосфора показаны в таблице 1.

Таблица 1. "Свойства аллотропных модификаций фосфора"

	Аллотропные модификации фосфора
	белый	красный	черный
Состав, строение	Р4, молекулярная кристаллическая решетка	Рn, атомная кристаллическая решетка	Рn, атомная кристаллическая решетка
Физические свойства	Белое вещество (из-за примесей может иметь желтоватый оттенок) с температурой плавления 44,1 °С. (По внешнему виду он очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий). Ядовит (вызывает поражение костей, костного мозга, некроз челюстей). Летальная доза для взрослого мужчины составляет 0,05-0,1г.	Имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового. На воздухе не самовоспламеняется, вплоть до температуры 240-250 °С, но самовоспламеняется при трении или ударе. Нерастворим в воде, а также в бензоле. При температуре возгонки красный фосфор превращается в пар, при охлаждении которого образуется в основном белый фосфор. Ядовитость его в тысячи раз меньше, чем у белого.	Чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и похожее на графит, не растворяется в воде и органических растворителях. Горит только в атмосфере чистого кислорода при 400 °С. Способен проводить электрический.
Химические свойства	1) Взаимодействие с металлами: 3Са + 2Р = Са3Р2 3Mg + 2Р = Mg3Р2
	2) горение в кислороде: 4Р + 5О2 = 2Р2О5 (демонстрация опыта)
	самовоспламеняется при 40oС	при 260oС	Горит только в атмосфере чистого кислорода при 400°С.
	3) взаимодействие с водородом: 2Р + 3Н2 = 2РН3
	4) горит в атмосфере  галогенов: 2Р + 3Сl2 = 2PCl3 2Р + 5Сl2 = 2РCl5

 

 

1.4 Получение

Фосфор получают из измельченных фосфоритов и апатитов, последние смешиваются с углем и песком и прокаливаются в печах при 1500°С:

2Ca3 (PO4 )2 + 10C + 6SiO2 6CaSiO3 + P4 ↑ + 10CO↑.

Фосфор выделяется в виде паров, которые конденсируются в приёмнике под водой, при этом образуется белый фосфор. При нагревании до 250-300°С без доступа воздуха белый фосфор превращается в красный. Чёрный фосфор получается при длительном нагревании белого фосфора при очень большом давлении (200°С и 1200 МПа).[10]

1.5 Применение

Красный фосфор применяется при изготовлении спичек (рис. 1.).

Он входит в состав смеси, наносимой на боковую поверхность спичечного коробка. Основным компонентом состава головки спички является бертолетова соль KClO3 . От трения головки спички о намазку коробка частицы фосфора на воздухе воспламеняются. В результате реакции окисления фосфора выделяется тепло, приводящее к разложению бертолетовой соли.

KClO3 KCl + .

Образующийся кислород способствует воспламенению головки спички. Фосфор используют в металлургии. Он применяется для получения проводников и входит в состав некоторых металлических материалов, например оловянных бронз. Также фосфор используют при производстве фосфорной кислоты и ядохимикатов (дихлофос, хлорофос и др.). Белый фосфор используют для создания дымовых завес, так как при его горении образуется белый дым.

 

1.6. Содержание  фосфора в организме человека 

Фосфор является одним из основных макроэлементов организма человека. Его соединения присутствуют в каждой клетке человеческого тела и обеспечивают нормальное протекание всех физиологических процессов жизнедеятельности. В организме животных фосфор сосредоточен главным образом в скелете, мышцах и нервной ткани. Соединения фосфора совместно с витамином D и кальцием играют немаловажную роль в формировании скелета, накоплении мышечной массы. Основное депо фосфора - костная и мышечная ткани, где содержится до 85% всех запасов этого элемента. Тело человека содержит в среднем около 1,5 кг фосфора. Из этого количества 1,4 кг приходится на кости, около 130 г - на мышцы и 12 г - на нервы и мозг. В состав костей фосфор входит главным образом в виде фосфата кальция. Зубная эмаль - это тоже соединение фосфора, которое по составу и кристаллическому строению соответствует важнейшему минералу фосфора апатиту Са5(PO4)3(F, Cl).[2]

Впервые фосфор в костях определил Ю. Ган в 1769 году, а через два года знаменитый шведский химик К. Шееле показал, что кости состоят главным образом из фосфата кальция, и предложил способ получения фосфора из золы, образующейся при сжигании костей. О роли фосфора в процессе жизнедеятельности организма очень хорошо сказал известный биолог и биохимик Энгельгардт В. А.: "Без фосфора нет движения, ибо химизм мышечных сокращений - это целиком химия фосфорных соединений". [6]

В среднем взрослый человек должен ежедневно получать с пищей 1000 - 1500 мг фосфора. Для лиц, которые заняты тяжелым физическим трудом, доза фосфора должна быть увеличена. Фосфор содержится во многих продуктах питания. Основным источником фосфора являются мясные и молочные продукты. Особенно богат фосфором желток куриных яиц. Для нормального метаболизма фосфора в организме человека необходимо, чтобы с пищей поступало достаточное количество кальция и витамина D. Оптимальным соотношением содержания кальция и фосфора является 2:1. Избыточное содержание в пище магния, алюминия и железа препятствует усвоению фосфора. У взрослого человека очень редко развивается фосфорный дефицит. Чаще всего причина этого явления кроется в длительном приеме антацидных (понижающих кислотность) лекарственных препаратов. Недостаток содержания фосфора в организме приводит к развитию общей слабости, болям в костях и мышцах, парадантозу, кариесу.

Также снижение уровня фосфора в организме может происходить в следствие:

- Диетического питания  с низким содержанием белка;

- Повышенного поступления  в организм магния, железа, алюминия, бария, кальция;

- Алкоголизма;

- Эндокринных заболеваний, нарушающих нормальную регуляцию  фосфорного обмена;

- Употребления в больших  количествах лимонадов;

- Хронического заболевания  почек. [15]

Переизбыток фосфора также вреден для организма человека, как и его недостаток. Он может наблюдаться при длительном питании с преобладанием мяса, рыбы и зерновых продуктов. Переизбыток содержания фосфора приводит к развитию уменьшения плотности костной ткани (остеопорозу), что является причиной возникновения переломов даже в результате небольшого физического воздействия. Дневная норма фосфора для взрослого человека содержится в 130,0 г сыра, 12 яичных желтках, в 6 столовых ложках тыквенных семечек, 500,0 г мяса или рыбы, 400,0 г овсяных хлопьев. Дополнительный прием фосфора иногда необходим при развитии остеопороза, переломах, кариесе, парадантозе, а также людям, испытывающим значительные физические нагрузки. Прежде чем принимать препараты, содержащие фосфор, нужно обязательно получить консультацию у врача и сдать необходимые анализы.