Фосфорът и неговите съединения. Практическо приложение на фосфорни съединения

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 05:17

Сред биогенните елементи, специално място трябва да се отдели на фосфора. Всъщност без него съществуването на такива жизненоважни съединения като АТФ или фосфолипиди, както и много други органични вещества, е невъзможно. В същото време неорганичната материя на този елемент е много богата на различни молекули. Фосфорът и неговите съединения се използват широко в промишлеността, са важни участници в биологичните процеси и се използват в различни клонове на човешката дейност. Затова помислете какво представлява този елемент, какво е простото му вещество и най-важните съединения.

Фосфор: общи характеристики на елемента

Позицията в периодичната таблица може да бъде описана в няколко точки.

1. Пета група, основна подгрупа.
2. Трета малка точка.
3. Пореден номер - 15.
4. Атомната маса е 30, 974.
5. Електронна конфигурация на атома 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Възможни състояния на окисление от-3 до +5.
7. Химически символ - P, произношение във формули "pe". Името на елемента е фосфор. Латинско име Phosphorus.

Историята на откриването на този атом датира от далечния XII век. Дори в записите на алхимиците имаше информация, сочеща получаването на неизвестно "светещо" вещество. Въпреки това, официалната дата за синтеза и откриването на фосфора е 1669 г. Фалиралият търговец Бранд, в търсене на философския камък, случайно синтезира вещество, способно да излъчва сияние и да гори с ярък ослепителен пламък. Той направи това, като многократно калцинира човешката урина.

След него, независимо един от друг, този елемент беше получен по приблизително същите начини:

• I. Кункел;
• R. Бойл;
• A. маркграф;
• K. Шееле;
• A. Лавоазие.

Днес един от най-популярните методи за синтез на това вещество е редукцията от съответните фосфор-съдържащи минерали при високи температури под въздействието на въглероден оксид и силициев диоксид. Процесът се извършва в специални пещи. Фосфорът и неговите съединения са много важни вещества както за живите същества, така и за много синтези в химическата промишленост. Следователно трябва да се помисли какво представлява този елемент като проста субстанция и къде се среща в природата.

Просто вещество фосфор

Трудно е да се назове конкретно съединение, когато става въпрос за фосфор. Това се дължи на многобройнитеалотропни модификации, които има този елемент. Има четири основни разновидности на простото вещество фосфор.

1. Бял. Това е съединение, чиято формула е Р₄. Представлява бяло летливо вещество с остра неприятна миризма на чесън. Възпламенява се спонтанно във въздуха при нормални температури. Гори със светеща бледозелена светлина. Много отровен и животозастрашаващ. Химическата активност е изключително висока, така че се получава и съхранява под слой пречистена вода. Това е възможно поради лоша разтворимост в полярни разтворители. Въглеродният дисулфид и органичните вещества са най-подходящи за този бял фосфор. При нагряване той е способен да се трансформира в следващата алотропна форма - червен фосфор. При кондензиране и охлаждане на пари, той е в състояние да образува слоеве. Мазна на допир, мека, лесно се реже с нож, бяла (леко жълтеникава). Точка на топене 44⁰C. Поради химическата си активност се използва в синтезите. Но поради своята токсичност, той няма широко индустриално приложение.
2. Жълто. Това е лошо пречистена форма на бял фосфор. Още по-отровен е, мирише неприятно и на чесън. Запалва се и гори с ярък светещ зелен пламък. Тези жълти или кафяви кристали изобщо не се разтварят във вода; когато са напълно окислени, те отделят струйки бял дим със състава P₄O₁₀.
3. Червеният фосфор и неговите съединения са най-често срещаната и най-често използваната модификация на това вещество в индустрията. Пастообразна червена маса, която при повишено налягане можеда премине във формата на виолетови кристали, е химически неактивен. Това е полимер, който може да се разтваря само в определени метали и нищо друго. При температура 250⁰С сублимира, превръщайки се в бяла модификация. Не е толкова токсичен като предишните форми. Въпреки това, дългосрочното излагане на тялото е токсично. Използва се при нанасяне на запалително покритие върху кибритени кутии. Това се обяснява с факта, че не може да се запали спонтанно, но експлодира (запалва) по време на денотация и триене.
4. Черно. По външни данни много прилича на графита, освен това е мазен на допир. Това е електрически полупроводник. Тъмни кристали, лъскави, които изобщо не могат да се разтворят в никакви разтворители. За да се запали са необходими много високи температури и предварително загряване.

Интересна е и наскоро откритата форма на фосфор - метален. Той е проводник и има кубична кристална решетка.

Химически свойства

Химичните свойства на фосфора зависят от това в каква форма е той. Както бе споменато по-горе, най-активната жълто-бяла модификация. Като цяло, фосфорът е в състояние да взаимодейства с:

• метали, образуващи фосфиди и действащи като окислител;
• неметали, действащи като редуциращ агент и образуващи летливи и нелетливи съединения от различни видове;
• силни окислители, превръщащи се във фосфорна киселина;
• с концентрирани каустични алкали по виддиспропорционалност;
• с вода при много висока температура;
• с кислород за образуване на различни оксиди.

Химичните свойства на фосфора са подобни на тези на азота. В крайна сметка той е част от групата на пниктогена. Въпреки това, активността е с няколко порядъка по-висока поради разнообразието от алотропни модификации.

Да бъдеш сред природата

Като хранително вещество, фосфорът е много богат. Процентът му в земната кора е 0,09%. Това е доста голям показател. Къде се намира този атом в природата? Има няколко основни места за име:

• зелена част от растенията, техните семена и плодове;
• животински тъкани (мускули, кости, зъбен емайл, много важни органични съединения);
• кора;
• почва;
• скали и минерали;
• морска вода.

В този случай можем да говорим само за свързани форми, но не и за проста субстанция. В крайна сметка той е изключително активен и това не му позволява да бъде свободен. Сред минералите, най-богати на фосфор са:

• английски;
• флуорапаптит;
• svanbergite;
• фосфорит и други.

Биологичното значение на този елемент не може да бъде надценено. В крайна сметка, той е част от съединения като:

• протеини;
• фосфолипиди;
• ДНК;
• RNA;
• фосфопротеини;
• ензими.

Тоест всички онези, които са жизненоважни и от които е изграден целият организъм. Дневната доза за средностатистически възрастен е около 2 грама.

Фосфорът и неговите съединения

Бъдейки много активен, този елемент образува много различни вещества. В крайна сметка той също образува фосфиди и сам по себе си действа като редуциращ агент. Поради това е трудно да се назове елемент, който би бил инертен при реакция с него. Следователно формулите на фосфорните съединения са изключително разнообразни. Има няколко класа вещества, в чието образуване той е активен участник.

1. Бинарни съединения - оксиди, фосфиди, летливи водородни съединения, сулфиди, нитриди и други. Например: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{и други.}
2. Сложни вещества: соли от всички видове (средни, киселинни, основни, двойни, комплексни), киселини. Пример: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ и други.
3. Органични съединения, съдържащи кислород: протеини, фосфолипиди, АТФ, ДНК, РНК и други.

Повечето от определените видове вещества са от голямо индустриално и биологично значение. Използването на фосфор и неговите съединения е възможно както за медицински цели, така и за производството на съвсем обикновени предмети за бита.

Съединения с метали

Бинарни съединения на фосфора с метали и по-малко електроотрицателни неметали се наричат фосфиди. Това са солеподобни вещества, които са изключително нестабилни, когато са изложени на различни агенти. Бързото разлагане (хидролиза) причинява дориобикновена вода.

Освен това, под действието на неконцентрирани киселини, веществото също се разпада на съответните продукти. Например, ако говорим за хидролиза на калциев фосфид, тогава продуктите ще бъдат метален хидроксид и фосфин:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

И подлагайки фосфида на разлагане под действието на минерална киселина, получаваме съответните сол и фосфин:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Като цяло стойността на разглежданите съединения се крие именно във факта, че в резултат на това се образува водородно съединение на фосфора, чиито свойства ще бъдат разгледани по-долу.

Летливи вещества на базата на фосфор

Има две основни:

• бял фосфор;
• фосфин.

Вече споменахме първия по-горе и дадохме характеристиките. Те казаха, че е гъст бял дим, силно отровен, с неприятна миризма и самозапалим се при нормални условия.

Но какво е фосфин? Това е най-разпространеното и добре познато летливо вещество, което включва въпросния елемент. Той е двоичен, а вторият участник е водород. Формулата на водородното съединение на фосфора е pH₃, името е фосфин.

Свойствата на това вещество могат да бъдат описани по следния начин.

1. Летлив безцветен газ.
2. Много отровно.
3. Мириса на гнила риба.
4. Не взаимодейства с вода и се разтваря много слабо в нея. Добре разтворим ворганични продукти.
5. При нормални условия, много реактивен.
6. Самозапалва се във въздуха.
7. Произвежда се от разлагането на метални фосфиди.

Друго име е Phosphane. С него са свързани истории от древни времена. Всичко е за „блуждащите светлини“, които хората понякога виждат и виждат сега в гробищата и блатата. Сферичните или подобни на свещи светлини, които се появяват тук-там, създавайки впечатление за движение, се смятали за лоша поличба и суеверните хора много се страхували от тях. Причината за това явление, според съвременните възгледи на някои учени, може да се счита за спонтанното изгаряне на фосфин, който се образува естествено при разлагането на органични остатъци, както растителни, така и животински. Газът излиза и при контакт с кислорода във въздуха се запалва. Цветът и размерът на пламъка могат да варират. Най-често това са зеленикави ярки светлини.

Очевидно е, че всички летливи фосфорни съединения са отровни вещества, които лесно се откриват чрез остра неприятна миризма. Този знак помага да се избегнат отравяния и неприятни последици.

Съединения с неметали

Ако фосфорът се държи като редуциращ агент, тогава трябва да говорим за бинарни съединения с неметали. Най-често те са по-електроотрицателни. И така, можем да различим няколко вида вещества от този вид:

• съединение на фосфор и сяра - фосфорен сулфид P₂S₃;
• фосфорен хлорид III, V;
• оксиди и анхидрид;
• бромид и йодид идруги.

Химията на фосфора и неговите съединения е разнообразна, така че е трудно да се идентифицират най-важните от тях. Ако говорим конкретно за веществата, които се образуват от фосфор и неметали, тогава оксидите и хлоридите с различен състав са от най-голямо значение. Използват се в химичния синтез като обезводняващи агенти, като катализатори и т.н.

И така, един от най-мощните изсушаващи агенти е най-високият фосфорен оксид - P₂O₅. То толкова силно привлича водата, че при директен контакт с нея възниква бурна реакция със силен шумов съпровод. Самото вещество е бяла маса, подобна на сняг, по-близка до аморфна в агрегатното си състояние.

Оксигенирани органични съединения с фосфор

Известно е, че органичната химия далеч превъзхожда неорганичната химия по отношение на броя на съединенията. Това се обяснява с явлението изомерия и способността на въглеродните атоми да образуват вериги от атоми с различни структури, затварящи се един с друг. Естествено, има определен ред, тоест класификация, на която е подчинена цялата органична химия. Класовете на свързване са различни, но ни интересува един специфичен, пряко свързан с въпросния елемент. Това са кислородсъдържащи съединения с фосфор. Те включват:

• коензими - NADP, ATP, FMN, пиридоксал фосфат и други;
• протеини;
• нуклеинови киселини, тъй като остатъкът от фосфорна киселина е част от нуклеотида;
• фосфолипиди и фосфопротеини;
• ензими и катализатори.

Вид йон, в койтофосфорът участва в образуването на молекула от тези съединения, следващата е PO₄^3-, тоест това е киселинен остатък на фосфорна киселина. Той присъства в някои протеини като свободен атом или прост йон.

За нормалното функциониране на всеки жив организъм този елемент и образуваните от него органични съединения са изключително важни и необходими. Всъщност без протеинови молекули е невъзможно да се изгради една единствена структурна част на тялото. А ДНК и РНК са основните носители и предаватели на наследствена информация. По принцип всички връзки трябва да присъстват без прекъсване.

Използване на фосфор в индустрията

Използването на фосфора и неговите съединения в промишлеността може да се характеризира в няколко точки.

1. Използва се при производството на кибрити, експлозивни съединения, запалителни бомби, някои горива, смазочни материали.
2. Като газов абсорбатор и при производството на лампи с нажежаема жичка.
3. За защита на металите от корозия.
4. В селското стопанство като почвен тор.
5. Като омекотител за вода.
6. В химически синтез при производството на различни вещества.

Ролята в живите организми се свежда до участие в образуването на зъбния емайл и костите. Участие в реакциите на ана- и катаболизъм, както и поддържане на буферирането на вътрешната среда на клетката и биологичните течности. Той е основата в синтеза на ДНК, РНК, фосфолипиди.