Фосфор и его свойства

Фосфор и его соединения §27, упр.2

История открытия

Считается, что фосфор открыл в 1669 году алхимик из Гамбурга Хеннинг Бранд. Он был разорившимся купцом и пытался разбогатеть с помощью алхимии.

Предполагая, что физиологические продукты могут содержать «первичную материю», которая считалась основой философского камня, Бранд заинтересовался человеческой мочей.

История открытия

Он собрал около тонны мочи из солдатских казарм и выпаривал ее до образования сиропообразной жидкости. Эту жидкость он вновь дистиллировал и получил тяжелое красное «уринное   масло», которое перегонялось с образованием твердого остатка. Нагревая последний, без доступа воздуха, он заметил образование белого дыма, оседавшего на стенках сосуда и ярко светившего в темноте.

Бранд назвал полученное им вещество фосфором, что в переводе с греческого означает «светоносец».

И лишь 1777 году К.В. Шееле разработал способ получения фосфора из рога и костей животных.

Природные соединения

И з-за большой химической активности встречается в природе только в виде соединений .

Важнейшими минералами фосфора являются:

Фосфорит

Фторапатит

Апатиты

Хлорапатит

Са 3 (РО 4 ) 2

Са 3 (РО 4 ) 2 • Са F 2

Са 3 (РО 4 ) 2 • Са Cl 2

Природные соединения

Крупнейшее месторождение апатитов находится на Кольском полуострове, в районе Хибинских гор.

Залежи фосфоритов находятся в районе гор Каратау .

Нахождение в природе

Фосфор входит в состав всех живых организмов. А именно он встречается в соединениях:

1. Белковых веществ, содержащихся в генеративных органах растений;

2. Нервной и костной тканей организмов животных и человека;

3. Мозговых клеток.

Получение

Фосфор производят в электрических печах, восстанавливая апатит углем в присутствии кремнезема:

Ca 3 (PO 4 ) 2 +3SiO 2 +5C=3CaSiO 3 +5CO+P 2

Пары фосфора при этой температуре почти полностью состоят из молекул Р2, которые при охлаждении конденсируются в молекулы Р4.

Печь для добывания фосфора

Важнейшие соединения

Н 3 РО 4 фосфорная кислота

Р 2 О 5 оксид фосфора ( V )

Аллотропные модификации фосфора

Физические свойства

• Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропических модификаций; вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решён. Обычно выделяют четыре модификации простого вещества — белый, красный, черный и металлический фосфор.

Характеристика вещества

1)Физическое состояние

Белый фосфор

Красный фосфор

Кристаллическое вещество

2)Твёрдость

Порошкообразное вещество

Небольшая -можно резать ножом (под водой)

3) Цвет

Черный фосфор

Кристаллическое вещество

Белый

4)Запах

5)Плотность (в г/см3)

Выше чем у белого фосфора

Красный

Чесночный

1,8

Черный

Не обладает

6)Растворимость в воде

Не обладает

2,3

Не растворяется

7)Температура плавления (в 0 С)

2,7

Не растворяется

44

8)Свечение

Не растворяется

В темноте светится

9)Действие на организм

260

280

Не светится

Сильный яд

Не светится

Не ядовит

Не ядовит

Аллотропные модификации

Горение белого фосфора

Хранение белого фосфора

• Белый фосфор окисляется кислородом уже при обычных условиях, а в тонкоизмельченном состоянии самовоспламеняется, поэтому его хранят под водой. Окисление фосфора сопровождается свечением. Химическая энергия непосредственно превращается в световую .

Химические свойства

В химических реакциях проявляет окислительно-восстановительную двойственность .

Как окислитель взаимодействует со многими металлами , образуя фосфиды .

Фосфор непосредственно с водородом не реагирует .

Как восстановитель взаимодействует с более электроотрицательными неметаллами .

При недостатке кислорода или при комнатной температуре окисляется до оксида фосфора (III).

При сгорании фосфора в кислороде или на воздухе образуется оксид фосфора (V).

Химические свойства

При длительном нагревании белого фосфора без доступа воздуха он желтеет и постепенно превращается в красный фосфор. При нагревании красного фосфора в тех же условиях он превращается в пар, при конденсации которого образуется белый фосфор.

Фосфор проявляет окислительные и восстановительные свойства.

Фосфор – восстановитель:

5О 2 (изб.) + 4Р = 2Р 2 О 5

3О 2 (недост.) + 4Р = 2Р 2 О 3

3Сl 2 + 2P = 2PCl 3 PСl 3 + Cl 2 = PCl 5

3P + 5HNO 3 + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO

4P + 16H 2 O = 4H 3 PO 4 + 10H 2

Фосфор – окислитель :

2Р + 3Mg = Mg 3 P 2

Оксид фосфора ( V )

Р 2 О 5 – белый порошок, очень гигроскопичен (самый эффективный осушитель).

Является типичным кислотным оксидом .

Взаимодействует с основаниями и основными оксидами .

Оксиду фосфора ( V ) соответствует ортофосфорная кислота .

Физические свойства P 2 O 5

Белый, рыхлый порошок, гигроскопичный. Хранят в герметически закрытых сосудах.

Химические свойства P 2 O 5

Проявляет свойства кислотного оксида.

1) реагирует с водой:

P 2 O 5 + H 2 O 2HPO 3

P 2 O 5 + 3H 2 O t 2H 3 PO 4

2) реагирует с основными оксидами:

P 2 O 5 + 3 К 2 O 2К 3 РО 4

3) реагирует с основаниями:

P 2 O 5 + 6 NaOH 2 Na 3 РО 4 + 3H 2 O

Ортофосфорная кислота

Получение .

t

↔

2

3

О

Н

Р

═

Н

О

+

О

Р

3

4

5

2

2

Взаимодействие оксида фосфора ( V ) с водой при нагревании.

Этим способом получают чистую фосфорную кислоту, которую используют в пищевой промышленности как добавку к безалкогольным напиткам.

Ортофосфорная кислота

Получение .

t

)

═

2

3

3

↓

SO 4

H

PO 4

Ca

(

+

↔

SO 4

H

+

PO 4

Ca

2

2

3

3

КОНЦ.

Вытеснение природных фосфатов более сильной кислотой при нагревании.

Фосфорная кислота, полученная переработкой природных фосфатов, идёт на производство минеральных удобрений.

Ортофосфорная кислота

Ортофосфорная кислота –

• Как трехосновная кислота, диссоциирует ступенчато .

• кристаллическое ,
• нелетучее ,
• твердое ,
• бесцветное вещество.

Н 3 РО 4 ↔ Н + + Н 2 РО 4 ― (дигидрофосфат-ион)

Н 2 РО 4 ― ↔ Н + + НРО 4 2 ― (гидрофосфат-ион)

НРО 4 2 ― ↔ Н + + РО 4 2 ― (фосфат-ион)

• Фосфаты почти всех металлов в воде не растворимы.

Дигидрофосфаты всех металлов хорошо растворимы в воде.

Гидрофосфаты по растворимости занимают промежуточное положение.

• Все нерастворимые в воде фосфаты растворяются в растворах сильных кислот.

• Смешивается с водой в любых отношениях.
• Проявляет все свойства кислот.
• Не является сильной в водном растворе.

Круговорот фосфора в природе

Применение фосфора

Применение фосфора

Около 80%  от всего производства белого фосфора идет на синтез чистой ортофосфорной кислоты. Она используется для получения полифосфатов натрия (их применяют для снижения жесткости питьевой воды) и пищевых фосфатов. Оставшаяся часть белого фосфора расходуется для создания дымообразующих веществ и зажигательных смесей.

Полифосфат натрия

Применение фосфора: спички

Первые фосфорные спички – с головкой из белого фосфора – были созданы лишь 1827 г. Такие спички загорались при трении о любую поверхность, что нередко приводило к пожарам. Кроме того, белый фосфор очень ядовит. Описаны случаи отравления фосфорными спичками как из-за неосторожного обращения, так и с целью самоубийства: для этого достаточно было съесть несколько спичечных головок. Вот почему на смену фосфорным спичкам пришли безопасные, которые верно служат нам и по сей день. Промышленное производство безопасных спичек началось в Швеции в 60-х гг. XIX века.

Применение фосфора: спички

Зажигательная поверхность спичечного коробка покрыта смесью красного фосфора и порошка стекла. В состав спичечной головки входят окислители (PbO 2 , KСlO 3 , BaCrO 4 ) и восстановители (S, Sb 2 S 3 ). При трении от зажигательной поверхности смесь, нанесенная на спичку, воспламеняется.

Применение фосфора

Немало ортофосфорной кислоты потребляет пищевая промышленность . Дело в том, что на вкус разбавленная ортофосфорная кислота очень приятна и небольшие ее добавки в мармелады, лимонады и сиропы заметно улучшают их вкусовые качества. Этим же свойством обладают и некоторые соли фосфорной кислоты. Гидрофосфаты кальция, например, с давних пор входят в хлебопекарные порошки, улучшая вкус булочек и хлеба.

Применение фосфора

Интересны и другие применения ортофосфорной кислоты в промышленности. Например, было замечено, что пропитка древесины самой кислотой и ее солями делают дерево негорючим. На этой основе сейчас производят огнезащитные краски, негорючие фосфодревесные плиты, негорючий фосфатный пенопласт и другие строительные материалы.

Необходим ли фосфор человеку?

Значение фосфора

Фосфор является основой скелета человека и зубов.

Живые организмы не могут обходиться без фосфора.

Значение фосфора состоит в том, что сахара и жирные кислоты не могут быть использованы клетками в качестве источников энергии без предварительного фосфорилирования.

Целый ряд соединений фосфора используют в качестве лекарственных препаратов.

Биологическая роль фосфора

• Суточная потребность для взрослого человека 1 грамм
• Входит в состав скелета
• Входит в состав зубной ткани
• Соединения фосфора принимают участие в обмене энергии
• Необходим для нормальной мышечной и умственной деятельности

Реакция организма на недостаток и избыток фосфора

• Недостаток фосфора

• Избыток фосфора

Развивается заболевание рахит, снижается умственная и мышечная деятельность.

Развивается мочекаменная болезнь, соединения фосфора высоко токсичны (летальная доза 60 мг.).