Червоний фосфор – стабільна та безпечна форма фосфору. Чорний фосфор

Фосфор – хімічний елемент з атомним номером 15. Розташовується у V групі періодичної системи Д.І. Менделєєва. Хімічна формула фосфору Р.

Свою назву фосфор отримав від грецького phosphoros, що означає "світлоносний".

Фосфор досить поширений у земної кори. Його зміст становить 0,08-0,09% усієї маси земної кори. На морській воді фосфору міститься 0,07 мг/л.

Фосфор має високу хімічну активність, у вільному стані немає. Але він утворює майже 190 мінералів. Фосфор називають елементом життя. Він міститься в зелених рослинах, тваринних тканинах, білках та інших найважливіших хімічних сполуках.

Модифікації фосфору

Відомо, що деякі хімічні елементи можуть існувати у вигляді двох або більше простих речовин, що відрізняються своєю будовою та властивостями. Це називається алотропией. Так ось, фосфор має кілька алотропних модифікацій. Всі ці модифікації різні за своїми властивостями. Найпоширенішими є білий фосфор, жовтий фосфор, червоний фосфор, чорний фосфор.

Білий фосфор - Проста речовина білого кольору. Його молекулярна формула Р4. за зовнішньому виглядубілий фосфор схожий на парафін. Він деформується навіть за невеликих зусиль і легко ріжеться ножем. У темряві помітно блідо-зелене свічення, що походить від фосфору. Це явище називають хемілюмінесценцією.

Білий фосфор – хімічно активна речовина. Він легко окислюється киснем та легко розчиняється в органічних розчинниках. Тому зберігають його у спеціальних інертних середовищах, які не вступають у хімічні реакції. Плавиться білий фосфор за температури +44,1 °C. Білий фосфор – дуже отруйна речовина.

Жовтий фосфор – це неочищений білий фосфор, або білий фосфор із домішками. Температура плавлення +34 °C, кипіння +280 °C. Як і білий, жовтий фосфор не розчиняється у воді. На повітрі окислюється і легко спалахує. Йому також властиве явище хемілюмінесценції.

Червоний фосфор виходить під час нагрівання білого фосфору до високих температур. Формула червоного фосфору Рn. Це полімер складної структури. Залежно та умовами отримання колір червоного фосфору може змінюватися від світло-червоного до темно-коричневого. Хімічно червоний фосфор значно менш активний, ніж білий. Розчиняється він лише в розплавленому свинці та вісмуті. На повітрі не спалахує. Це може статися тільки при нагріванні до 240-250 про З при сублімації його в білу форму фосфору. Але він може самозаймистий при ударі або терті. Явище хемілюмінесценції у червоного фосфору немає. Він не розчиняється у воді, бензолі, сірковуглецю. Розчинний лише у триброміді фосфору. При зберіганні у повітрі поступово окислюється. Тому зберігають його у закритій герметичній тарі.

Червоний фосфор майже отруйний. Тому саме він застосовується у виробництві сірників.

Чорний фосфор зовні схожий на графіт. Вперше чорний фосфор був отриманий в 1914 з білого фосфору при тиску в 20 тисяч атмосфер (2 · 10 9 Па) і температурі 200 про С. Плавиться чорний фосфор при температурі 1000 про С і тиску 18 · 10 5 Па. Чорний фосфор не розчиняється ні у введенні, ні в органічних розчинниках. Горіти він починає лише в тому випадку, якщо його розжарюють до температури +400 про С у чистому кисні. Чорний фосфор має властивості напівпровідникових матеріалів.

Хімічні властивості елементарного фосфору

1. Елементарний фосфор окислюється киснем

У середовищі з надлишковим киснем

4Р + 5О 2 → 2Р 2 Про 5

При нестачі кисню

4Р + 3О 2 → 2Р 2 О 3

2. Взаємодіє з металами, при нагріванні утворюючи фосфіди

3Mg + 2P → Mg 3 P 2

3. Взаємодіє з неметалами

2Р + 5Cl 2 → 2PCl 5

4. При температурі +500 о С взаємодіє з водяною парою

8Р +12Н 2 О → 5РН 3 + 3Н 3 РО 4

Застосування фосфору

Головний споживач фосфору – сільське господарство. Велика кількість всього одержуваного фосфору використовується для виробництва фосфорних добрив: фосфоритного борошна, простих та подвійних суперфосфатів, комплексних азотно-фосфорних добрив. Широко використовується фосфор у виробництві синтетичних миючих засобів, фосфатних стекол, для обробки та фарбування натуральних та синтетичних волокон. У медицині препарати фосфору застосовуються як лікарські засоби.

Фосфор відкрив у 1669 році алхімік з Гамбурга Хенніг Бранд, який проводив досліди з випарюванням людської сечі, намагаючись отримати філософський камінь. Речовина, що утворилася після численних маніпуляцій, виявилася схожою на віск, надзвичайно яскраво, з мерехтінням, горіло. Новій речовині було дано назву phosphorus mirabilis(від латинського чудотворний носій вогню).Декількома роками пізніше фосфор отримав Йоганн Кункель, а також, незалежно від двох перших учених, Р. Бойлем.

Фосфор є елементом XV групи III періоду періодичної системи хімічних елементів Д.І. Менделєєва, з атомним номером 15 та атомною масою 30,974. Прийняте позначення – Р.

Знаходження у природі

Фосфор міститься у морській воді та земній корі в основному у вигляді мінералів, яких близько 190 (найважливіші – апатит та фосфорит). Входить до складу всіх частин зелених рослин, білків, ДНК.

фосфор є неметал з високою хімічною активністю, у вільному вигляді практично не зустрічається. Відомі чотири модифікації фосфору - червоний, білий, чорний та металевий.

Добова потреба у фосфорі

Для нормального функціонування організм дорослої людини має одержувати 1,0-2,0 г фосфору на добу. Для дітей та підлітків норма становить 1,5-2,5 г, для вагітних та жінок, що годують, зростає до 3,0-3,8 г (calorizator). Добова потреба у фосфорі збільшується під час регулярних спортивних тренуваньта при фізичних навантаженнях.

Основні постачальники фосфору - риба та морепродукти, сир, сир, горіхи, бобові та крупи. Достатня кількість фосфору містять і , і , ягоди, гриби та м'ясо, і .

Ознаки нестачі фосфору

Недостатня кількість фосфору в організмі характеризується втомою та слабкістю, може супроводжуватися втратою апетиту та уваги, частими застудними захворюваннями, тривогою та почуттям страху.

Ознаки надлишку фосфору

Ознаками надлишку фосфору в організмі є кровотечі та крововиливи, розвивається анемія, виникає нирковокам'яна хвороба.

Фосфор забезпечує нормальне зростання кісткової та зубної тканин організму, підтримує їх у здоровому стані, також бере участь у синтезі білка, відіграє важливу роль в обміні жирів, білків та вуглеводів. Без фосфору що неспроможні функціонувати м'язи, і відбувається розумова діяльність.

Засвоюваність фосфору

При прийомі мінеральних комплексів варто пам'ятати про найкращий баланс фосфору (3:2), а також про те, що надмірна кількість і уповільнює процес засвоєння фосфору.

Фосфор широко застосовується в промисловості та сільському господарстві, Насамперед через його горючості. Його використовують у виробництві палива, сірників, вибухових речовин, фосфорних добрив та захисту поверхонь металів від корозії.

Виявивши помилку на сторінці, виділіть її та натисніть Ctrl+Enter

ОТРИМАННЯ БІЛОГО ФОСФОРУ

Під час проведення дослідів необхідно враховувати, що білий фосфор та її пари отруйні; при зіткненні зі шкірою він залишає хворобливі рани, що довго не гояться ( див. правила поводження з білим фосфором).

Досвід. Одержання фосфору в результаті взаємодії ортофосфату кальцію, вугілля та двоокису кремнію.

Реакція протікає за рівнянням:

Са 3 (РО 4) 2 + 5С + 3SiO 2 = 2Р + 3CaSiO 3 + 5СО -282 ккал.

Цей досвід дозволяє отримати білий та червоний фосфор та спостерігати його холодне полум'я.

Реакційною камерою служить колба з вогнетривкого скла ємністю 2 ліз двома тубусами. Діаметр колби 150 мм, довжина тубусів близько 50 мм, внутрішній діаметр 40 мм.

При складанні приладу колбу встановлюють, як показано на рис., на обернене азбестом кільце штативу і зміцнюють зверху в затиску штатива. Обидва тубуси закривають гумовими пробками, в середині яких є по одному отвору для вугільних електродів і збоку по одному отвору для впуску та видалення газу. Нижній електрод діаметром близько 12 ммвставляють те щоб кінець його доходив до середини колби. На введеному в колбу кінці електрода зміцнюють залізну невелику муфту, яка повинна бути опорою для керамічного тигля з отвором внизу. Муфта, що застосовується, повинна мати гвинтове різьблення і латунний гвинтик; діаметр муфти близько 9 мм. Муфту пригвинчують так, щоб одна її сторона була вищою від кінця електрода. На муфту встановлюють керамічний тигель (з верхнім діаметром менше 40 мм), в отвір дна якого вводять кінчик електрода. На нижній кінець електрода зміцнюють мідну муфту, яка служить для з'єднання електрода з електричним дротом.

У пробку верхнього тубуса вставляють товстостінну скляну тугоплавку трубку завдовжки близько 100 млз таким розрахунком, щоб вона приблизно на 10 ммвходила до колби. Через цю трубку повинен легко проходити верхній вугільний електрод, який може бути тоншим за нижній. На верхній кінець скляної трубки (з оплавленими краями) і електрод, що проходить через неї, надягають шматочок гумової трубки довжиною 50 мм. Верхній електрод зміцнюють таким чином, щоб загострений його кінець знаходився на відстані 8-10 ммвід верхнього кінця нижнього електрода. На верхньому кінці верхнього електрода як ізольовану ручку зміцнюють коркову пробку з отвором посередині. Під пробкою зміцнюють мідну муфту, до якої приєднують електричний провід.

Електронний провід, що застосовується в приладі, повинен бути ретельно ізольований. Мідні муфти та кінці проводів обгортають ізоляційною стрічкою.

При легкому натисканні на пробкову ручку верхній електрод повинен торкатися нижнього і після припинення натиску повинен повернутися в початкове положення. Промивну склянку з концентрованою Н 2 SO 4 з'єднують з балоном водню.

Відвідну трубку, що проходить через нижню пробку реакційної камери, з'єднують з трійником. Нижнє коліно трійника сягає майже дна склянки, наполовину наповненої водою. До верхнього коліна за допомогою гумової трубки з надітим на неї гвинтовим затиском I приєднують коротку латунну трубку, в нижній кінець якої вставляють пухкий тампон скляної вати. Відвідну трубку склянки з водою за допомогою гумової трубки із затискачем II з'єднують із короткою скляною трубкою.

Реакційну суміш готують розтиранням у ступці 6 гортофосфату кальцію, 4 гкварцового піску та 3 гкоксу чи деревного вугілля. Після прожарювання на сильному вогні у закритому тиглі суміш охолоджують в ексикаторі.

Перед досвідом суміш висипають в тигель електрода і притискають до стінок таким чином, щоб посередині суміші, аж до нижнього електрода, залишалося порожній простір у вигляді конуса.

Замість колби з двома тубусами можна скористатися тугоплавкою скляною трубкою діаметром близько 50 мм. За відсутністю тигля реакційну суміш можна помістити у виїмку конічної форми глибиною 15 мм, Зроблену у верхньому кінці нижнього електрода; вугільний електрод у цьому випадку повинен мати діаметр 20 мм. Як верхній електрод користуються вугільним електродом діаметром 5 ммзастосовується для електричної дуги. Досвід проводять у темряві. Закривають затискач II, відкривають затискач I і пропускають через прилад сильний струм водню. Переконавшись у чистоті водню, що виходить з приладу, запалюють його у кінця латунної трубки і регулюють струм таким чином, щоб полум'я було спокійним і не дуже великим. Включають струм та натисканням на верхній електрод створюють електричну дугу (10-15 з). Через деякий час полум'я водню забарвлюється в смарагдово-зелений колір (щоб помітнішою була зміна кольору, в полум'я вносять порцелянову чашку).

Пари білого фосфору, що утворився в реакційній посудині, відносяться з газами в склянку з водою і тут конденсуються у вигляді дрібних кульок. Якщо відкрити затискач II і закрити затискач I, то у кінця газовідвідної трубки, що виходить із склянки з водою, можна спостерігати холодне полум'я фосфору.

Круговими рухами верхнього електрода вольтову дугу вносять нові порції реакційної суміші.

Для отримання червоного фосфору зменшують струм водню, щоб пари фосфору не так швидко виходили з камери реакційної.

Якщо вимкнути дугу, то на внутрішніх стінках колби можна побачити наліт червоного, а на холодних частинах стіни – білого фосфору.

Холодне світіння чи холодне полум'я фосфору спостерігається протягом усього досвіду.

Після деякого охолодження тигля відключають конденсаційну склянку, не припиняючи струм водню.

Після закінчення досвіду і повного охолодження приладу струму водню видаляють електроди, а колбу залишають на деякий час у вологому повітрі під тягою. Щоб відмити колбу, користуються водою з піском або концентрованою Н2SO4.

Замість водню в досвіді можна користуватися вуглекислим газом, але утворення фосфору в цьому випадку не таке ефективне. Холодне свічення або холодне полум'я фосфору також має зелений колір.

Дрібні кульки білого фосфору, що сконденсувався, поміщають у склянку з холодною водою і зберігають для наступних дослідів.

Досвід. Одержання білого фосфору відновленням метафосфату натрію порошком алюмінію у присутності двоокису кремнію.Рівняння реакції:

6NаРО 3 + 10Аl + 3SiO 2 = 6Р + 5Аl 2 O 3 + 3Na 2 SiO 3 .

Відновлення ведуть при нагріванні в тугоплавкій трубці завдовжки 25 смта діаметром 1-1,5 см, з'єднаної з одного боку з джерелом чистого водню (балоном або апаратом Кіппа), а з іншого боку з трубкою, якою газоподібні продукти відводяться в кристалізатор з водою.

У тугоплавку трубку насипають суміш, що складається з 1 вага. ч. NaРО 3 , 3 вага. ч. SiO 2 та 0,5 вага. ч. алюмінієвої тирси. За допомогою азбестових пробок трубку з'єднують з одного боку через промивну склянку, що містить концентровану Н 2 SO 4 з джерелом водню, а з іншого - з відвідною трубкою.

Видаливши з приладу повітря сильним струмом водню і переконавшись у чистоті водню, що виходить, розжарюють тугоплавку трубку за допомогою пальника Теклу з «ластівчиним хвостом». Фосфор, що утворюється за наведеною вище реакції, переганяється та конденсується у вигляді дрібних кульок у кристалізаторі з водою. У темряві можна побачити зелене свічення фосфору в трубці.

Після закінчення досвіду прилад розбирають тільки після його охолодження в струмі водню.

Отриманий фосфор поміщають для зберігання банку з холодною водою.

Метафосфат натрію можна отримати прожарюванням гідрату гідроортофосфату натрію-амонію; рівняння реакції:

NaNН 4 НРO 4 4Н 2 O = NaРO 3 + NН 3 + 5Н 2 O.

Досвід. Одержання невеликої кількості білого фосфору із червоного.Досвід проводять у пробірці довжиною 17-20 смта діаметром 1,5 сму атмосфері вуглекислого газу.

У пробірку, яку тримають у вертикальному положенні, вносять 0,3-0,5 гсухого червоного фосфору в такий спосіб, щоб стінки пробірки залишалися чистими.

Пробірку нещільно закривають гумовою пробкою з скляною трубкою, що доходить до дна, по якій в пробірку надходить слабкий струм вуглекислого газу. Після наповнення пробірки вуглекислим газом скляну трубку висувають так, щоб кінчик трубки, що залишився в пробірці, був не довшим 5-6 см. Пробірку біля самого отвору закріплюють у затиску штатива в горизонтальному положенні і злегка нагрівають її частину, де знаходиться фосфор. При цьому спостерігають випаровування червоного фосфору та осадження крапельок білого фосфору на холодних стінках пробірки.

Осадження білого фосфору в темряві добре помітне завдяки світінню через повільне окислення. У темряві спостерігають і утворення холодного полум'я (свічення) фосфору біля отвору пробірки. Якщо досвід проводити при світлі, свіжоприготовлений фосфор частково переходить в червоний.

На дні пробірки залишаються лише домішки, що містилися у фосфорі.

Після закінчення експерименту пробірку охолоджують у струмі вуглекислого газу і іноді постукують по ній, щоб полегшити застигання переохолодженого білого фосфору. Після охолодження пробірку з білим фосфором поміщають у склянку з водою і нагрівають до 50°, щоб розплавити весь фосфор і зібрати на дні пробірки. Після того як білий фосфор застигне, його охолоджують пробірки струменем. холодної води. При отриманні дуже малої кількості фосфору його видаляють із пробірки спалюванням або нагріванням із концентрованим розчином лугу.

Для видалення слідів фосфору з трубки, якою надходив вуглекислий газ, і гумової пробки користуються розчином КМnO 4 або АgNO 3 .

ОЧИЩЕННЯ БІЛОГО ФОСФОРУ

Білий фосфор можна очищати перегонкою з парами води в атмосфері вуглекислого газу, фільтруванням у безповітряному просторі розплавленого у воді фосфору через замшу, обробкою хромовою сумішшю або натрію гіпобромітом з подальшим промиванням дистильованою водою.

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БІЛОГО ФОСФОРУ

Фосфор відомий у кількох алотропічних модифікаціях: білий, червоний, фіолетовий та чорний. У лабораторній практиці доводиться зустрічатися з білою та червоною модифікаціями.

Білий фосфор – тверда речовина. У звичайних умовах він жовтуватий, м'який і на вигляд схожий на віск. Він легко окислюється та займається. Білий фосфор отруйний – на шкірі залишає хворобливі опіки. У продаж білий фосфор надходить у вигляді паличок різної довжини діаметром 0,5-2 см.

Білий фосфор легко окислюється, і тому його зберігають під водою в ретельно закупорених судинах з темного скла в мало освітлених і не дуже холодних приміщеннях (щоб уникнути розтріскування банок через замерзання води). Кількість кисню, що міститься у воді та окислює фосфор, дуже невелика; воно становить 7-14 мгна літр води.

Під впливом світла білий фосфор перетворюється на червоний.

При повільному окисненні спостерігається світіння білого фосфору, а при енергійному окисненні відбувається його запалення.

Білий фосфор беруть пінцетом чи металевими щипцями; ні в якому разі не можна торкатися його руками.

При опіку білим фосфором промивають обпалене місце розчином АgNO 3 (1:1) або КМnO 4 (1:10) і накладають мокру пов'язку, просочену тими ж розчинами або 5% розчином сульфату міді, потім промивають рану водою і після розгладжування епідермісу накладають вазелінову пов'язку з метиловим фіолетовим. При тяжких опіках звертаються до лікаря.

Розчини нітрату срібла, перманганату калію та сульфату міді окислюють білий фосфор і тим самим припиняють його вражаючу дію.

При отруєнні білим фосфором приймають внутрішньо по чайній ложці 2% розчину сульфату міді до появи блювоти. Потім за допомогою проби Мітчерліха на основі свічення встановлюють присутність фосфору. Для цього до блювоти отруєного додають води, підкисленою сірчаною кислотою, і переганяють у темряві; при вмісті фосфору спостерігають свічення парів. Як прилад користуються колбою Вюрца, до бічної трубки якої приєднують холодильник Лібіха, звідки продукти, що переганяються, надходять у приймач. Якщо пари фосфору направляти розчин нітрату срібла, то випадає чорний осад металевого срібла, що утворюється за рівнянням, наведеному в досвіді відновлення солей срібла білим фосфором.

Вже 0,1 гБілий фосфор є смертельною дозою для дорослої людини.

Ріжуть білий фосфор ножем або ножицями у фарфоровій ступці під водою. При користуванні водою кімнатної температури фосфор кришиться. Тому краще користуватися теплою водою, але не вище 25-30 °. Після розрізання фосфору у теплій воді його переносять у холодну воду або охолоджують струменем холодної води.

Білий фосфор – дуже вогненебезпечна речовина. Він займається при температурі 36-60 ° залежно від концентрації кисню в повітрі. Тому при проведенні дослідів, щоб уникнути нещасного випадку, необхідно враховувати кожну його крупинку.

Висушування білого фосфору роблять швидким докладанням до нього тонкого азбестового або фільтрувального паперу, уникаючи тертя або натискання.

При запаленні фосфору його гасять піском, мокрим рушником чи водою. Якщо фосфор, що горить, знаходиться на аркуші паперу (або азбесту), цей лист забороняється чіпати, так як розплавлений фосфор, що горить, можна легко розлити.

Білий фосфор плавиться за 44°, кипить за 281°. Плавлять білий фосфор підводою, так як у зіткненні з повітрям розплавлений фосфор запалюється. Сплавлення і подальше охолодження білий фосфор можна легко витягти з відходів. Для цього відходи білого фосфору від різних дослідів, зібрані у фарфоровому тиглі з водою, нагрівають на водяній бані. Якщо на поверхні розплавленого фосфору помітно утворення кірки, додають трохи НNО 3 або хромової суміші. Корка окислюється, дрібні крупинки зливаються у загальну масу і після охолодження струменем холодної води одержують один шматок білого фосфору.

Залишки фосфору в жодному разі не можна кидати в раковину, оскільки, накопичуючись у вигинах коліна стічних труб, він може заподіяти опіки ремонтним робітникам.

Досвід. Плавлення та переохолодження розплавленого білого фосфору.У пробірку з водою кладуть шматочок білого фосфору завбільшки з горошину. Пробірку поміщають у склянку, майже доверху наповнену водою, і зміцнюють у вертикальному положенні в затиску штатива. Склянку трохи нагрівають і за допомогою термометра визначають температуру води в пробірці, при якій плавиться фосфор. Після закінчення плавлення пробірку переносять у склянку з холодною водою та спостерігають застигання фосфору. Якщо пробірка перебуває у нерухомому стані, то за температури нижче 44° (аж до 30°) білий фосфор залишається у рідкому стані.

Рідкий стан білого фосфору, охолодженого нижче температури його плавлення, є станом переохолодження.

Після закінчення досвіду, щоб легше витягти фосфор, його знову розплавляють і занурюють пробірку отвором вгору в похилому положенні в посудину з холодною водою.

Досвід. Прикріплення шматочка білого фосфору до кінця дроту.Для плавлення та застигання білого фосфору користуються маленьким порцеляновим тиглем з фосфором та водою; його поміщають у склянку із теплою, та був із холодною водою. Дріт для цієї мети беруть залізний або мідний довжиною 25-30 смта діаметром 0,1-0,3 см. При зануренні дроту в фосфор, що застигає, він легко прикріплюється до нього. Без тигля користуються пробіркою. Однак через недостатньо рівну поверхню пробірки іноді доводиться її розбивати, щоб витягти фосфор. Для видалення білого фосфору з дроту занурюють у склянку з теплою водою.

Досвід. Визначення частки фосфору.При 10° питома вага фосфору дорівнює 1,83. Досвід дозволяє переконатися, що білий фосфор важчий за воду і легше концентрованої Н 2 SO 4 .

При введенні невеликого шматочка білого фосфору в пробірку з водою і концентрованою Н 2 SO 4 (уд. 4 у воді.

Для наливання концентрованої Н 2 SO 4 пробірку з водою користуються воронкою з довгою і вузькою шийкою, що доходить до кінця пробірки. Наливати кислоту і виймати вирву з пробірки слід обережно, щоб не викликати перемішування рідин.

Після закінчення досвіду вміст пробірки перемішують скляною паличкою і охолоджують ззовні струменем холодної води до тих пір, поки не застигне фосфор, щоб можна було витягти його з пробірки.

При користуванні червоним фосфором спостерігають, що він тоне не тільки у воді, а й у концентрованій Н 2 SO 4 так як його питома вага (2,35) більше питомої ваги як води, так і концентрованої сірчаної кислоти.

СВІЧЕННЯ БІЛОГО ФОСФОРУ

Через повільне окислення, що протікає навіть при звичайній температурі, білий фосфор світиться в темряві (звідси і назва «світлоносний»). Навколо шматочка фосфору в темряві з'являється зелена хмарка, що світиться, яке при коливанні фосфору приводиться в хвилеподібний рух.

Фосфоресценція (свічення фосфору) пояснюється повільним окисленням киснем повітря парів фосфору до фосфористого та фосфорного ангідриду з виділенням світла, але без виділення тепла. При цьому виділяється озон, а повітря навколо іонізується (див. Досвід, що показує повільне горіння білого фосфору).

Фосфоресценція залежить від температури та концентрації кисню. При 10° і нормальному тиску фосфоресценція протікає слабо, а відсутність повітря не відбувається зовсім.

Речовини, що реагують з озоном (Н 2 S, SO 2 , Сl 2 , NН 3 , С 2 Н 4 , скипидарне масло), послаблюють або зовсім припиняють фосфоресценцію.

Перетворення хімічної енергії на світлову називається «хемі-люмінесценцією».

Досвід. Спостереження світіння білого фосфору.Якщо спостерігати в темряві за шматочком білого фосфору, що знаходиться в склянці і не повністю покритого водою, то помітно зелене свічення. В цьому випадку вологий фосфор повільно окислюється, але не займається, так як температура води нижче точки запалення білого фосфору.

Світіння білого фосфору можна спостерігати після того, як шматочок білого фосфору недовго спонукає на повітрі. Якщо в колбу на скляну вату покласти кілька шматочків білого фосфору і наповнити колбу вуглекислим газом, опустивши кінець труби відведення на дно колби під скляну вату, а потім колбу злегка нагріти, опустивши її в посудину з теплою водою, то в темряві можна спостерігати утворення холодного блід зеленого полум'я (можна безпечно внести до нього руку).

Освіта холодного полум'я пояснюється тим, що вуглекислий газ, що виходить з колби, захоплює пари фосфору, які починають окислюватися при зіткненні з повітрям біля отвору колби. У колбі білий фосфор не спалахує, бо знаходиться в атмосфері вуглекислого газу. Після закінчення досліду колбу наповнюють водою.

При описі досвіду отримання білого фосфору в атмосфері водню або вуглекислого газу згадувалося, що проведення цих дослідів у темряві дозволяє спостерігати світіння білого фосфору.

Якщо фосфорною крейдою зробити напис на стіні, аркуші картону чи паперу, то завдяки фосфоресценції напис тривалий час залишається помітним у темряві.

Такий напис не можна робити на класній дошці, тому що після цього до неї не пристає звичайна крейда і дошку доводиться мити бензином або іншим розчинником стеарину.

Фосфорну крейду одержують розчиненням рідкого білого фосфору в розплавленому стеарині або парафіні. Для цього до пробірки до однієї вагової частини сухого білого фосфору додають приблизно дві вагові частини стеарину (шматочків свічки) або парафіну, закривають пробірку ватою, щоб запобігти надходженню кисню, і нагрівають при безперервному збовтуванні. Після закінчення плавлення пробірку охолоджують струменем холодної води, потім розбивають пробірку і витягають застиглу масу.

Фосфорну крейду зберігають під водою. При користуванні шматочок такої крейди обгортають мокрим папером.

Фосфорний крейда можна також отримати внесенням невеликих шматочків просушеного білого фосфору в розплавлений у фарфоровій чашці парафін (стеарин). Якщо при внесенні фосфору парафін спалахне, його гасять, накриваючи чашку шматком картону або азбесту.

Після деякого охолодження розчин фосфору в парафіні розливають у сухі та чисті пробірки та охолоджують струменем холодної води доти, доки він не застигне у тверду масу.

Після цього розбивають пробірки, витягають крейду та зберігають її під водою.

РОЗТВОРНІСТЬ БІЛОГО ФОСФОРУ

У воді білий фосфор важкорозчинний, слабо розчиняється у спирті, ефірі, бензолі, ксилолі, йодистому метилі та гліцерині; добре розчиняється у сірковуглецю, хлористій сірці, трихлористому та три-бромістому фосфорі, чотирихлористому вуглеці.

Досвід. Розчинення білого фосфору в сірковуглецю.Сірковуглець - безбарвна, дуже летюча, легкозаймиста, отруйна рідина. Тому при роботі з нею уникають вдихати її пари та вимикають усі газові пальники.

Три-чотири шматочки білого фосфору завбільшки з горошину розчиняють при легкому збовтуванні в склянці з 10-15 млсірковуглецю.

Якщо невеликий листок фільтрувального паперу змочити цим розчином і потримати на повітрі, папір через деякий час запалюється. Це відбувається тому, що сірковуглець швидко випаровується, а тонкий подрібнений білий фосфор, що залишився на папері, швидко окислюється при звичайній температурі і запалюється внаслідок тепла, що виділяється при окисленні. (Відомо, що температура займання різних речовинзалежить від ступеня їх подрібнення.) Буває, що папір не спалахує, а лише обвуглюється. Папір, змочений розчином фосфору в сірковуглецю, тримають на повітрі за допомогою металевих щипців.

Досвід проводять обережно, щоб краплі розчину фосфору в сірковуглецю не потрапили на підлогу, стіл, одяг чи руки.

При попаданні розчину на руку її швидко миють водою з милом, а потім розчином КМnO 4 (щоб окислити частинки білого фосфору, що потрапили на руки).

Розчин фосфору, що залишився після дослідів, в сірковуглецю в лабораторії не зберігають, так як він легко може спалахнути.

ПЕРЕТВОРЕННЯ БІЛОГО ФОСФОРУ У ЧЕРВОНИЙ

Білий фосфор перетворюється на червоний за рівнянням:

Р (білий) = Р (червоний) + 4 ккал.

Процес перетворення білого фосфору на червоний значно прискорюється при нагріванні, під дією світла і в присутності слідів йоду. гйоду на 400 гбілого фосфору). Йод, з'єднуючись з фосфором, утворює йодистий фосфор, у якому білий фосфор розчиняється і швидко перетворюється на червоний із тепла.

Червоний фосфор одержують при тривалому нагріванні білого фосфору в замкнутій посудині у присутності слідів йоду до 280-340°

При тривалому зберіганні білого фосфору на світлі він поступово перетворюється на червоний.

Досвід. Одержання невеликої кількості червоного фосфору із білого.У закриту на одному кінці скляну трубку завдовжки 10-12 смта діаметром 0,6-0,8 смвводять шматочок білого фосфору завбільшки з пшеничне зерно та дуже маленький кристалик йоду. Трубку запаюють і підвішують у повітряній бані над підносом з піском, потім нагрівають до 280-340° і спостерігають перетворення білого фосфору на червоний.

Часткове перетворення білого фосфору на червоний можна спостерігати при слабкому нагріванні пробірки з невеликим шматочком білого фосфору і дуже маленьким кристаліком йоду. Перед початком нагрівання пробірку закривають тампоном зі скляної (азбестової або звичайної) вати і підставляють під пробірку тацю з піском. Пробірку нагрівають протягом 10-15 хвилин (не доводячи фосфор до кипіння) і спостерігають перетворення білого фосфору на червоний.

Білий фосфор, що залишився в пробірці, можна видалити нагріванням з концентрованим розчином лугу або спалюванням.

Перетворення білого фосфору на червоний можна також спостерігати при нагріванні в пробірці невеликого шматочка фосфору в атмосфері вуглекислого газу до температури нижче кипіння.

ГОРІННЯ БІЛОГО ФОСФОРУ

При горінні білого фосфору утворюється фосфорний ангідрид:

Р 4 + 5O 2 = 2Р 2 O 5 + 2 x 358,4 ккал.

Можна спостерігати горіння фосфору на повітрі (повільне та швидке) та під водою.

Досвід. Повільне горіння білого фосфору та повітря.Цей досвід не був описаний як спосіб отримання азоту, оскільки він не дозволяє повністю зв'язати кисень, що міститься у повітрі.

Повільне окислення білого фосфору киснем повітря відбувається на дві стадії; на першій стадії утворюються фосфористий ангідрид і озон за рівняннями:

2Р + 2O 2 = Р 2 O 3 + O, O + O 2 = O 3 .

У другій стадії фосфористий ангідрид окислюється до фосфорного ангідриду.

Повільне окислення білого фосфору супроводжується світінням та іонізацією навколишнього повітря.

Досвід, що показує повільне горіння білого фосфору, має тривати щонайменше три години. Необхідний для досвіду прилад зображено на рис.

У розширений отвори циліндр, майже наповнений водою, опускають в перевернутому положенні градуйовану трубку із закритим кінцем, що містить близько 10 млводи. Довжина трубки 70 см, діаметр 1,5-2 см. Після опускання градуйованої трубки відводять від отвору трубки палець, приводять воду в трубці та циліндрі до однакового рівня і відзначають об'єм повітря, що міститься у трубці. Не піднімаючи трубки вище за рівень води в циліндрі (щоб не впустити додаткову кількість повітря), вводять у повітряний простір трубки закріплений на кінці дроту шматочок білого фосфору.

Через три-чотири години або навіть за два-три дні відзначають підняття води в трубці.

Після закінчення досвіду виймають з трубки дріт з фосфором (не піднімаючи трубки вище рівня води в циліндрі), приводять воду в трубці та циліндрі до однакового рівня і відзначають об'єм повітря, що залишився після повільного окислення білого фосфору.

Досвід показує, що в результаті зв'язування фосфором кисню обсяг повітря зменшився на одну п'яту, що відповідає вмісту кисню у повітрі.

Досвід. Швидке спалювання білого фосфору.Зважаючи на те, що при реакції сполуки фосфору з киснем виділяється велика кількість тепла, на повітрі білий фосфор самозаймається і згоряє яскравим жовтувато-білим полум'ям, утворюючи фосфорний ангідрид - тверду білу речовину, що дуже енергійно з'єднується з водою.

Раніше вже згадувалося про те, що білий фосфор спалахує при 36-60 °. Щоб спостерігати за самозайманням і згорянням, шматочок білого фосфору кладуть на лист азбесту і прикривають скляним дзвоном або великою лійкою, на шию якої надягають пробірку.

Фосфор легко можна підпалити скляною паличкою, нагрітою у гарячій воді.

Досвід. Порівняння температур запалення білого та червоного фосфору.На один кінець мідної платівки (довжиною 25 см, Завширшки 2,5 смі товщиною 1 мм) кладуть невеликий шматочок білого просушеного фосфору, на інший кінець насипають невелику купку червоного фосфору. Пластинку кладуть на триніжок і одночасно до обох кінців пластинки підносять газові пальники, що приблизно однаково горять.

Білий фосфор спалахує негайно, а червоний тільки тоді, коли температура досягне приблизно 240°.

Досвід. Запалення білого фосфору під водою.Пробірку з водою, де знаходиться кілька невеликих шматочків білого фосфору, опускають у склянку з гарячою водою. Коли вода в пробірці нагріється до 30-50 °, в неї по трубці починають пропускати струм кисню. Фосфор спалахує і згоряє, розкидаючи яскраві іскри.

Якщо досвід проводиться в склянці (без пробірки), склянку поміщають на триніжок, встановлений на підносі з піском.

ВІДНОВЛЕННЯ СОЛІЙ СРІБЛА ТА МЕДІ БІЛИМ ФОСФОРОМ

Досвід.При внесенні шматочка білого фосфору в пробірку з розчином нітрату срібла спостерігають випадання осаду металевого срібла (білий фосфор є енергійним відновником):

Р + 5AgNO 3 + 4Н 2 O = Н 3 Р0 4 + 5Ag + 5HNO 3 .

Якщо білий фосфор внести в пробірку з розчином міді сульфату, то випадає металева мідь:

2Р + 5CuSO 4 + 8Н 2 O = 2Н 3 РO 4 + 5H 2 SO 4 + 5Cu.

ЧЕРВОНИЙ ФОСФОР

Способи одержання червоного фосфору з білого описані вище.

ЗАСТОСУВАННЯ

Червоний фосфор містить сліди білого фосфору, фосфорної та пірофосфорної кислот.

Присутність фосфорної кислоти пояснюється з'єднанням фосфорного ангідриду з вологою повітря, а утворення фосфорного ангідриду – повільним окисленням слідів білого фосфору. При окисленні вологого фосфору киснем крім фосфористого та фосфорного ангідридів утворюється також і фосфорнувата кислота.

ОЧИЩЕННЯ І ЗБЕРІГАННЯ ЧЕРВОНОГО ФОСФОРУ

Червоний фосфор очищають кип'ятінням з розбавленим розчином NaОН, після чого ретельно промивають декантацією, а потім на дистильованій фільтрі водою.

Промитий фосфор осушують фільтрувальним папером, кладуть на годинникове скло і витримують у сушильній шафі при 105°.

Зберігають його у банках, закритих парафінованою пробкою.

ВЛАСТИВОСТІ

Червоний фосфор є порошок (уд. вага 2,35), нерозчинний у воді і сірковуглецю, що виганяється при 416° і займається при 240°. На відміну від білого, червоний фосфор не отруйний.

Температуру сублімації червоного фосфору визначають в атмосфері вуглекислого газу. Пари червоного фосфору, що згущується, дають білий фосфор.

Червоний фосфор хімічно менш активний, ніж білий. Він не світиться на повітрі та в кисні, але світиться в атмосфері озону; не витісняє металів (міді, срібла та інших.) їх солей; байдужий до лугів; з галогенами, киснем та сіркою реагує за більш високої температури, ніж білий фосфор.

Досвід. Вибух суміші червоного фосфору із бертолетовою сіллю.При набиранні порошку червоного фосфору потрібно бути обережним, тому що від тертя він може спалахнути.

Для проведення досвіду невелику кількість суміші червоного фосфору та бертолетової солі насипають на ковадло, шматок рейки або камінь і вдаряють молотком.

Щоб уникнути травм, у жодному разі не можна брати великої кількості суміші.

Порошки змішують обережно, простим похитуванням листа. На одну частину сухого порошку червоного фосфору беруть щонайменше дві частини порошку бертолетової солі. При проведенні досвіду звертають особливу увагу на склад суміші, її кількість, щоб вибух не був дуже сильним, а також щоб не вибухнула суміш несподівано в руках експериментатора.

Надлишок червоного фосфору призводить до того, що під час досвіду фосфор просто спалахує; з вологим фосфором досвіду не вдається.

Досвід. Вибух суміші червоного фосфору, бертолетової солі та сірки.На аркуші паперу обережно змішують 0,2-0,3 гсухого порошку червоного фосфору, 2-3 гсухого порошку бертолетової солі та 0,5 гпорошку сірки.

При змішуванні аркуш паперу тримають двома руками, поперемінно переміщуючи їх вгору і вниз. Отриману однорідну суміш ділять на 5-6 частин.

Одну частину суміші висипають на аркуш паперу 10х10 см, кладуть у неї дробинку, складають кути паперу і злегка скручують їх разом.

Отриманий вузлик кидають на щось тверде (камінь або цементна підлога) – відбувається сильний вибух.

Якщо хоча б одна з вихідних речовин була вологою, досвід не вдається.

ЗАСТОСУВАННЯ ФОСФОРУ

Білий фосфор застосовується для виробництва фосфористого водню, фосфідів, фосфорної кислоти, деяких фармацевтичних препаратів, анілінових барвників, димоутворювальних та запальних рідин, для утворення димових завіс і як отрута проти щурів.

Насамперед білий фосфор застосовувався в сірниковому виробництві; в даний час для цієї мети їм не користуються, бо він отруйний і легко спалахує.

В даний час у сірниковому виробництві користуються червоним фосфором. Для сірникової головки готують суміш наступного складу (у ваг.%):

Бертолетова сіль 46,5
Сурік або мумія 15,3
Хромпік 1,5
Молоте скло 17,2
Сірка 4,2
Клей кістяний 11,5
Цинкові білила 3,8

До складу намазки сірникової коробки входить 30,8 вага. % червоного фосфору.

Для кращого займання сірника її просочують парафіном, а щоб після гасіння вона не тліла - фосфатом натрію.

Червоний фосфор застосовується для виробництва бромистого та йодистого водню, сполук фосфору з галогенами, органічних барвників, для отримання фосфористих бронз (що мають велику в'язкість) та наповнення запальних снарядів.

З'ЄДНАННЯ ФОСФОРУ

ФОСФОРИСТИЙ ВОДОРОД РН 3 (ФОСФІН)

ПОШИРЕННЯ

Фосфористий водень утворюється при розкладанні органічних речовин, що містять фосфор.

ОТРИМАННЯ

Фосфористий водень дуже отруйний газ, тому всі досліди з ним проводять під тягою.

Досвід. Отримання фосфористого водню нагріванням білого фосфору з 30-50% розчином КОН.Рівняння реакції:

4Р + 3КОН + 3Н 2 O = РН 3 + 3КН 2 РO 2 .

При цьому способі одержання крім газоподібного фосфористого водню утворюється також рідкий водень фосфористий, газоподібний водень і кислий гіпофосфіт калію за рівняннями:

6Р + 4КОН + 4Н 2 O = Р 2 Н 4 + 4КН 2 РO 2

2Р + 2КОН + 2Н 2 O = Н 2 + 2КН 2 РO 2 .

Рідкий фосфористий водень, взаємодіючи з гідратом окису калію у водному середовищі, утворює газоподібний водень фосфористий, водень і кислий гіпофосфіт калію за рівняннями:

2Р 2 Н 4 + КОН + Н 2 O = ЗРН 3 + КН 2 РO 2

Р 2 Н 4 + 2КОН + 2Н 2 O = ДН 2 + 2КН 2 РO 2 .

Кислий гіпофосфіт калію в лужному середовищі перетворюється на ортофосфат калію зі звільненням водню:

КН 2 РO 2 + 2КОН = 2Н 2 + K 3 PO 4 .

Згідно з наведеними рівняннями реакцій, при нагріванні білого фосфору з гідратом окису калію утворюються газоподібний водень фосфористий, водень і ортофосфат калію.

Одержуваний цим способом фосфористий водень мимоволі запалюється. Це відбувається тому, що він містить кілька пар самозаймистого рідкого фосфористого водню і водень.

Замість гідрату окису калію можна користуватися гідратами окису натрію, кальцію чи барію. Реакції із нею протікають аналогічно.

Приладом є круглодонна колба ємністю 100-250. мл, щільно закрита гумовою пробкою, через яку повинна бути пропущена трубка, що направляє газоподібні продукти кристалізатор з водою.

Колбу на 3/4 її обсягу заповнюють 30-50%-ним розчином КОН, який кидають 2-3 шматочки білого фосфору величиною з горошину. Колбу зміцнюють у затиску штатива і за допомогою відвідної трубки з'єднують із кристалізатором, наповненим водою (рис.).

При нагріванні колби гідрат окису калію реагує з білим фосфором згідно з наведеними вище рівняннями реакцій.

Рідкий фосфористий водень, досягнувши поверхні рідини в колбі, відразу ж спалахує і згоряє у вигляді іскор; це відбувається до тих пір, поки не буде витрачений кисень, що залишився в колбі.

При сильному нагріванні колби рідкий фосфористий водень переганяється і над водою займається газоподібний фосфористий водень і водень. Фосфористий водень згоряє жовтим полум'ям утворюючи фосфорний ангідрид у вигляді білих кілець диму.

Після закінчення досвіду зменшують полум'я під колбою, виймають пробку з відвідною трубкою, припиняють нагрівання і залишають прилад під тягою до його охолодження.

Невитрачений фосфор ретельно промивають водою та зберігають для наступних дослідів.

Досвід. Отримання (самовільно займистого) газоподібного фосфористого водню розкладанням фосфіду кальцію водою.Реакція протікає за рівнянням:

Са 3 Р 2 + 6Н 2 O = 2РН 3 + 3Са(ОН) 2 .

Одночасно протікають також наступні реакції:

Са 3 Р 2 + 6Н 2 O = Р 2 Н 4 + Н 2 + 3Са(ОН) 2 ,

4Р 2 Н 4 + Са(ОН) 2 + 2Н 2 O = 6РН 3 + Са(Н 2 РO 2) 2 ,

Р 2 Н 4 + Са(ОН) 2 + 2Н 2 O = 3Н 2 + Са(Н 2 РO 2) 2 .

Як прилад служить невелика колба з прямою відвідною трубкою і велика склянка.

Для обтяження в колбу ємністю 100 млнасипають свинцевого дробу, потім додають невелику кількість сухого фосфіду кальцію та кілька крапель ефіру. Колбу закривають гумовою пробкою, через яку пропускають пряму скляну трубку довжиною 7-8 смта діаметром 3-5 мм, що починається у нижнього обрізу пробки. Одягнувши на шию колби кілька свинцевих кілець, до неї прив'язують мотузку. Потримавши деякий час колбу на долоні для випаровування ефіру, її занурюють на мотузку у велику склянку (ємністю близько 3 л) із водою. Спочатку з колби виділяються бульбашки повітря та парів ефіру, потім, коли тиск газів у колбі зменшиться, в колбу надходить невелика кількість води та починається розкладання фосфіду кальцію.

Газоподібні продукти, що утворюються в результаті розкладання фосфіду кальцію, перешкоджають безперервному надходженню води в колбу.

У міру виходу газів, що утворилися, на поверхню води вони спалахують і, згоряючи, утворюють фосфорний ангідрид у вигляді кілець білого диму.

Вода надходить у колбу невеликими порціями в момент зменшення газового тиску і утворює водень фосфористий до повного витрати фосфіду кальцію.

Свинцеві дріб та кільця служать для занурення колби у склянку з водою.

Цей досвід можна провести й інакше. У чарку з водою кидають кілька шматочків фосфіду кальцію. Виділені при розкладанні фосфіду кальцію бульбашки газу при виході з води спалахують. При згорянні фосфористого водню утворюється фосфорний ангідрид, який у цьому випадку піднімається над чаркою як кілець білого диму.

Фосфід кальцію беруть пінцетом чи щипцями.

Отримання чистого фосфористого водню, що самовільно не загоряється, описано в розділі про властивості дифосфіну.

Досвід. Одержання фосфористого водню дією на фосфіди кальцію, цинку, магнію та алюмінію розведеними НСl та Н 2 SO 4 (або водою, підкисленою однією з цих кислот).Рівняння реакцій:

Ме 3 Р 2 + 6НСl = 2РН 3 + 3МеСl 2

Ме - Ca, Mg, Zn,

АlР + 3НСl = РН 3 + АlСl 3 .

У цьому досвіді поряд із газоподібним фосфористим воднем утворюється рідкий водень фосфористий і газоподібний водень.

У склянку з розбааченою НСl (уд. вага 1,12) або розведеною Н 2 SO 4 вносять один із перерахованих вище фосфідів. Спостерігають виділення фосфористого водню, що мимоволі спалахує над розчином у склянці.

Досвід. Отримання чистого фосфористого водню РН 3 при розкладанні фосфористої та фосфорнуватої кислот.При нагріванні протікають наступні реакції:

4Н 3 Р 3 = РН 3 + 3Н 3 Р 4 ,

2Н 3 Р 2 = РН 3 + Н 3 Р 4 .

Концентровані розчини кислот нагрівають у невеликих скляних колбах. Виділяються газоподібні продукти трубкою направляють в кристалізатор з водою.

Досвід. Отримання чистого газоподібного фосфористого водню дією розбавленого розчину гідрату окису калію на фосфоній йодистий.Рівняння реакції:

РН 4 I + КОН = РН 3 + КI + Н 2 O.

Для отримання фосфористого водню в колбу Вюрца з дрібними скляними трубочками та сухим РН 4 I додають з краплинної вирви розчин КОН.

ОТРИМАННЯ І ВЛАСТИВОСТІ ЙОДИСТОГО ФОСФОНІЮ

У сірковуглеці розчиняють 50 гбілий фосфор. В отриманий розчин поступово додають 65 гйоду. Після видалення сірковуглецю випарюванням залишаються кристали іодиду фосфору Р 2 I 4 ; їх поміщають у колбу Вюрца з широкою бічною трубкою. Через колбу Вюрца пропускають слабкий струм 2, а потім з краплинної вирви приливають воду.

В результаті в колбі Вюрца утворюється фосфориста кислота, невелика кількість вільного водню йодистого і йодистий фосфоній. При нагріванні до 80° останній виганяється і може бути зібраний в широкої трубці, що охолоджується ззовні. Отриманий йодистий фосфоній є безбарвною кристалічною речовиною, що розкладається водою.

З утворенням йодистого фосфонію ми вже зустрічалися у дослідах одержання йодистого водню.

ВЛАСТИВОСТІ ГАЗООБРАЗНОГО ФОСФОРИСТОГО ВОДОРОДУ

У звичайних умовах газоподібний фосфористий водень є безбарвним, дуже отруйним газом з неприємним запахом гнилої риби (або часнику). Він добре розчинний у воді (у звичайних умовах 5 лводи розчиняється 1 лРН 3), але хімічно з нею не взаємодіє. У спирті та ефірі розчиняється погано. При охолодженні згущується рідина, яка кипить при -87,4° і твердне в кристалічну масу при -132,5°. Критична температура фосфористого водню 52,8°, критичний тиск 64 атм.

Фосфористий водень дуже сильним відновником; на повітрі спалахує при 150° і згоряє жовтим полум'ям з утворенням фосфорного ангідриду за рівнянням:

2РН 3 + 4O 2 = Р 2 O 5 + 3Н 2 O

Про горіння газоподібного фосфористого водню вже йшлося у дослідах щодо його отримання.

Досвід. Відновлення газоподібним фосфористим воднем водних розчинів солей срібла та міді.Рівняння реакцій:

6AgNO 3 + PH 3 + 3H 2 O = 6HNO 3 + H 3 PO 3 + 6Ag,

3CuSO 4 + PH 3 + 3H 2 O = 3H 2 SO 4 + H 3 PO 3 + 3Cu.

Досвід проводять у пробірках. В результаті реакції не тільки виділяються срібло та мідь, а й утворюються також відповідні фосфіди, наприклад:

3СuSO 4 + 2РН 3 = Сu 3 Р 2 + 3Н 2 SO 4

Мідні солі (СuSO 4 і Сu 2 Сl 2) поглинають газоподібний водень фосфористий, і цим користуються для поділу газоподібної суміші фосфористого водню і водню - її пропускають через промивні судини з мідними солями.

Газоподібний фосфористий водень відновлює також азотну, сірчану та сірчисту кислоти, солі золота та інші сполуки.

Про взаємодію газоподібного фосфористого водню з хлором вже йшлося в описі дослідів з вивчення властивостей хлору.

Газоподібний фосфористий водень з'єднується безпосередньо з галогеноводородних кислот, утворюючи солі фосфонію (отримання йодистого фосфонію описано вище). Рівні обсяги йодистого та фосфористого водню поєднуються між собою з утворенням безбарвних кубічних кристалів йодистого фосфонію.

ФОСФІД КАЛЬЦІЯ

Досвід. Одержання та властивості фосфіду кальцію.Фосфід кальцію отримують з дрібних стружок кальцію та червоного фосфору під тягою. Білим фосфором цієї мети не користуються, оскільки реакція із нею протікає занадто бурхливо.

Приладом служить скляна трубка завдовжки 10-12 смта діаметром 0,5 см, укріплена за один кінець у затиску штатива горизонтально. Посередині трубки поміщають суміш 1 гдрібних стружок кальцію та 1 гсухий червоний фосфор. При нагріванні трубки відбувається бурхлива сполука обох речовин з утворенням Са 3 Р 2 - твердої речовини світло-коричневого кольору. Після охолодження трубку розбивають маточкою у великій ступці. Фосфід кальцію вибирають із ступки шпателем, пінцетом або металевими щипцями та поміщають для зберігання в суху банку. Банку щільно закривають і заливають парафіном, щоб запобігти розкладу фосфіду кальцію під впливом атмосферної вологи.

Ретельно прибирають також усі уламки трубки, забруднені фосфідом кальцію, оскільки при розкладанні останнього утворюються отруйні продукти.

Взаємодія фосфіду кальцію з водою та розведеними кислотами розглядалася у дослідах отримання газоподібного фосфористого водню.

Рідкий фосфористий водень Р 2 Н 4 (Діфосфін)

Зазвичай дифосфін утворюється як побічний продукт при отриманні фосфіну, зокрема відбувається при розкладанні фосфідів водою. Але завдяки великий різниціміж точками кипіння та плавлення фосфіну та дифосфіну їх можна легко розділити, якщо пропустити газову суміш через охолоджену до 0° трубку.

Одержання дифосфіну ведуть у темному приміщенні, оскільки під впливом світла він розкладається.

Досвід. Отримання та властивості дифосфіну.Прилад збирають відповідно до рис. Тригорлу склянку з'єднують з одного боку з довгою відвідною трубкою, що проходить через охолоджувальну суміш льоду і кухонної солі, а з іншого боку - з запобіжною трубкою, кінець якої повинен бути опущений у посудину з водою. Тригорлу склянку на 2/8 її обсягу наповнюють водою і поміщають у водяну баню, за допомогою якої температура води у склянці підтримується на рівні близько 50°. У середню шийку тригорлої склянки вставляють широку пряму трубку, верхній кінець якої закривають гумовою пробкою.

Перед початком досвіду запобіжну трубку з'єднують з джерелом 2 для витіснення повітря з приладу. Це робиться для того, щоб запобігти вибуху, який може статися під час досвіду, якщо в склянці буде повітря.

Після видалення з приладу повітря вільний кінець труби відвідної закривають гумовою пробкою, від'єднують джерело CO 2 , а кінець запобіжної трубки опускають в посудину з водою.

Через середню трубку вводять у склянку кілька шматочків фосфіду кальцію та закривають трубку гумовою пробкою.

Фосфористий водень, що утворюється під час розкладання фосфіду кальцію, витісняє через запобіжну трубку вуглекислий газ зі склянки.

Після видалення зі склянки вуглекислого газу виймають пробку із відвідної трубки. Тепер пари рідкого фосфористого водню з парами води, що захоплюються ними, спрямовуються в відвідну трубку і конденсуються в тій її частині, яка занурена в охолоджувальну суміш. Коли ця частина трубки закупориться парами фосфористого водню і води, що конденсувалися, гази знову спрямовуються в запобіжну трубку.

Вільний кінець відвідної трубки із застиглим дифосфіном запаюють за допомогою газового пальника, потім відключають трубку від приладу і запаюють інший кінець.

Дифосфін у звичайних умовах являє собою безбарвну рідину, що не змішується з водою, киплячу при 51,7° і твердне при -99°. Ця рідина самозаймається і згоряє дуже яскравим полум'ям, тому зберігають її без повітря.

Дифосфін сильно заломлює світло і не змочує скляні стіни.

Під впливом розпорошених твердих речовин, скипидару, тепла (30°), світла і концентрованої HCl дифосфін розпадається на фосфін і фосфор за рівнянням:

3Р 2 Н 4 = ​​4РН 3 + 2Р.

Фосфор поглинає частину фосфіну, утворюючи сполуку, яку називають твердим фосфористим воднем.

Користуючись тим, що дифосфін розпадається в присутності концентрованої HCl, можна отримувати газоподібний фосфористий водень, що мимоволі не займається. Для цього суміш газоподібного фосфористого водню з парами рідкого водню фосфористого пропускають через промивну склянку з концентрованої HCl. У промивній склянці в цьому випадку залишається твердий водень фосфористий - світло-жовта речовина, що розкладається під впливом світла на водень і червоний фосфор.

Досвід. Отримання чистого фосфористого водню, що мимоволі не займається.Прилад збирають згідно з рис. Першу тригорлу склянку на 2/3 заповнюють розведеною HCl, в другу наливають концентрованої HCl, а кристалізатор - воду. Збирають прилад і видаляють із нього повітря за допомогою вуглекислого газу, який надходить у першу тригорлу склянку. Після видалення повітря закривають затискач I на гумовій трубці.

Після внесення через середню трубку в першу тригорлу склянку фосфіду кальцію утворюється суміш фосфіну та дифосфіну.

Проходячи через концентровану HCl, дифосфін розпадається, і кристалізатор з водою надходить чистий газоподібний фосфористий водень, який збирають в різні судини за способом витіснення води.

КИСНЕВІ СПОЛУКИ ФОСФОРУ

Досвід. Одержання та властивості фосфористого ангідриду (трихокісі фосфору).Фосфористий ангідрид отримують пропусканням сухого повітря через червоний нагрітий фосфор. Як прилад служать пришліфовані один до одного три скляні трубки. Перша трубка, укріплена в затиску штатива горизонтально, служить нагрівання червоного фосфору. У другу трубку, укріплену також в горизонтальному положенні, нагрівається приблизно до 50°, поміщають тампон скляної вати для затримування фосфору, що потрапляють, і фосфорного ангідриду з першої трубки. Третя трубка вигнута, кінець її опускають майже до дна невеликої склянки, що охолоджується ззовні, в якій конденсується фосфористий ангідрид.

Фосфористий ангідрид - біла, кристалічна, схожа на віск дуже отруйна речовина, що плавиться при 23,8 ° і кипляча при 173,1 °. (Температуру кипіння можна встановити, нагріваючи фосфористий ангідрид в атмосфері азоту.)

Фосфористий ангідрид має відновлювальні властивості. Нагрітий до 70°, він займається і згоряє, перетворюючись на фосфорний ангідрид за рівнянням:

Р 2 O 3 + O 2 = Р 2 O 5 .

Поступово це окислення, що супроводжується світінням, починає йти вже за нормальної температури.

Фосфористий ангідрид утворює димеризовані молекули Р4О10.

При нагріванні вище 210° або під впливом світла фосфористий ангідрид розпадається:

2Р 4 O 6 = 2Р + 3Р 2 O 4 .

З холодною водою фосфористий ангідрид з'єднується дуже повільно, утворюючи кислоту фосфористу Н 3 РO 3 . З гарячою водою реагує бурхливо, утворюючи фосфін та фосфорну кислоту за рівнянням:

Р 4 Про 6 + 6Н 2 O = РН 3 + 3Н 3 РO 4 .

Досвід. Одержання та властивості фосфорного ангідриду Р 2 O 5 (п'ятиокису фосфору). Для отримання фосфорного ангідриду спалюванням фосфору користуються приладом, зображеним на рис.

У шийку колби вставляють на гумовій пробці широку пряму скляну трубку, до кінця якої дротиком прив'язують невеликий порцеляновий тигель. Трубка служить для внесення в тигель фосфору та підпалювання його за допомогою нагрітого дроту. Через один із бічних тубусів у колбу надходить повітря, яке для очищення попередньо проходить через промивні склянки з концентрованими розчинами NaОН і Н 2 SO 4 . Через другий тубус з колби виходить позбавлене кисню повітря, яке забирає з собою фосфорний ангідрид, що конденсується в сухій і холодній склянці. Остання через промивну склянку з водою з'єднана з водоструминним насосом.

Для проведення досвіду включають водоструминний насос, вносять у тигель шматочки фосфору та підпалюють їх. Після запалювання фосфору видаляють нагрітий дріт і закривають верхній кінець широкої скляної трубки гумовою пробкою.

Усі трубки та пробки у приладі повинні з'єднуватись щільно.

Фосфор згоряє за рівнянням:

4Р + 5O 2 = 2Р 2 O 5 + 2 х 358,4 ккал.

Фосфорний ангідрид, що утворюється, конденсується в холодній склянці у вигляді пластівців, що нагадують сніг.

Про отримання фосфорного ангідриду вже йшлося щодо властивостей кисню і фосфору.

Фосфорний ангідрид очищають від домішок нижчих оксидів фосфору сублімацією в струмі кисню в присутності губчастої платини. Зберігають фосфорний ангідрид у сухих, щільно закритих та залитих парафіном банках.

Фосфорний ангідрид має вигляд білої кристалічної снігоподібної речовини, але може бути аморфним та склоподібним.

Залежно від числа молекул води, що приєднуються до молекули фосфорного ангідриду, утворюються мета-, піро- та ортофосфорна кислоти:

Р 2 O 5 + Н 2 O = 2НРO 3

Р 2 O 5 + 2Н 2 O = Н 4 Р 2 O 7 ,

Р 2 O 5 + 3Н2O = 2Н3РO4.

Фосфорний ангідрид є найсильнішим засобом для газів, тому їм заповнюють осушувальні колонки і вежі, наносячи його на азбестову або скляну вату. У деяких випадках він може забирати елементи води від інших сполук, тому ним користуються при отриманні азотного, сірчаного ангідриду та інших сполук. На повітрі фосфорний ангідрид, притягуючи вологу, швидко розпливається (зберігати його слід без вологи).

При дотику фосфорного ангідриду з водою відбувається бурхлива реакція гідратації, що супроводжується сильним шумом, що нагадує свист. З невеликою кількістю холодної води він дає метафосфорну, а з великою кількістю теплої води утворює ортофосфорну кислоту.

Нагрітий до 250° фосфорний ангідрид виганяється та осідає на холодних стінках судини у вигляді моноклинних кристалів. При нагріванні в закритому приладі до 440° полімеризується і переходить у порошкоподібну форму, а при 600° набуває склоподібної форми. Внаслідок конденсації парів утворюється кристалічна форма. Плавиться фосфорний ангідрид за 563°.

Досвід. Отримання та властивості метафосфорної кислоти НРO 3. У невелику склянку, що містить 50 мл води, додають 1-2 ложки фосфорного ангідриду. Вода каламутніє через утворення метафосфорної кислоти. Розчин стає світлим, якщо дати йому постояти, збовтати або трохи підігріти.

При випаровуванні розчину виділяється метафосфорна кислота у вигляді прозорої, схожої на лід безбарвної склоподібної маси.

Зберігають метафосфорну кислоту у банках, закритих парафінованою пробкою; у присутності повітря вона покривається білим нальотом, який можна видалити промиванням.

Одноосновна метафосфорна кислота відноситься до кислот середньої сили. Вона розчинна у воді. При надлишку води переходить у піро- та ортофосфорну кислоти.

Метафосфорна кислота або розчин мстафосфату з добавкою оцтової кислоти згортають альбумін. Можна провести у пробірці досвід, що показує згортання яєчного білка.

Досвід. Одержання та властивості ортофосфорної кислоти.Про отримання чистої ортофосфорної кислоти шляхом окислення фосфору азотною кислотою йшлося щодо властивостей азотної кислоти.

Ортофосфорну кислоту можна також отримати нагріванням або тривалим зберіганнямметафосфорної кислоти, нагріванням фосфористої кислоти, дією води на п'ятихлористий фосфор, оксихлорид фосфору або фосфорний ангідрид, а також дією концентрованої сірчаної кислоти на ортофосфат кальцію.

Ортофосфорна кислота утворюється при дії сірчаної кислоти на кістяну золу:

Са 3 (РО 4) 2 + 3H 2 SO 4 = 3CaSO 4 + 2Н 3 Р0 4 .

У фарфоровій чашці протягом 4-5 хвилин 5 нагрівають. гкістяної золи, 5 млводи та 5 млконцентрованої H 2 SO 4 (уд. вага 1,84). Потім вміст чашки переносять у склянку і після охолодження розбавляють рівним об'ємом холодної води.

Після відфільтрування осаду сульфату кальцію та випарювання прозорого розчину (нагріванням до 150°) він згущується, набуваючи консистенції густого сиропу.

Якщо частину відфільтрованого розчину нейтралізувати в присутності лакмусу аміаком (додавши його в невеликому надлишку), а потім додати нітрату срібла, випадає жовтий осад ортофосфату срібла Ag 3 PO 4 .

Ортофосфорна кислота є безбарвними, прозорими і твердими кристалами ромбічної форми, що розпливаються на повітрі. Вона є триосновною кислотою середньої сили. Дуже легко розчиняється у воді із виділенням невеликої кількості тепла. У продаж надходить у вигляді 40-95% водного розчину.

В результаті заміщення одного, двох або трьох іонів водню металами ортофосфорна кислота утворює три ряди солей (NaH 2 PO 4 – первинний фосфат натрію, Na 2 HPO 4 – вторинний – фосфат натрію та Na 3 PO 4 – третинний фосфат натрію).

Більш слабка, але менш летюча фосфорна кислота може витісняти азотну та сірчану кислоти з їх сполук.

При нагріванні ортофосфорної кислоти до 215° утворюється пірофосфорна кислота у вигляді склоподібної маси. Реакція протікає за рівнянням:

2Н 3 РO 4 + 35 ккал= Н 4 Р 2 O 7 + Н 2 O,

а при нагріванні вище 300° пірофосфорна кислота перетворюється на метафосфорну:

Н 4 Р 2 O 7 + 6 ккал= 2HРO 3 + Н 2 O.

Досвід. Одержання та властивості фосфористої кислоти. Одержання фосфористої кислоти гідролізом трибромистого, трийодистого і трихлористого фосфору було описано в дослідах отримання бромистого та йодистого водню і буде торкнутися далі дослідів з дослідження властивостей трихлористого фосфору.

Фосфориста кислота є двоосновною кислотою середньої сили; вона утворює два ряди солей, наприклад NaН 2 РO 3 - кислий фосфіт натрію та Na 2 НРO 3 - середній фосфіт натрію.

У вільному стані Н 3 РO 3 є безбарвними кристалами, що розпливаються на повітрі і легко розчиняються у воді.

При нагріванні фосфориста кислота розпадається на ортофосфорну кислоту та фосфнн за рівнянням:

4Н 3 Р 3 = 3Н 3 Р 4 + РН 3 .

Фосфориста кислота є сильним відновником; при нагріванні вона відновлює розчин хлорної ртуті до хлористої і навіть до металевої ртуті, та якщо з розчину нітрату срібла виділяє металеве срібло:

Н 3 Р0 3 + 2НgСl 2 + Н 2 О = Нg 2 Сl 2 + Н 3 Р0 4 + 2НСl,

Н 3 РО 3 + НgСl 2 + Н 2 O = Нg + Н 3 РO 4 + HСl,

Н 3 Р0 3 + 2AgNO 3 + Н 2 О = 2Аg + H 3 Р0 4 + 2НNО 3 .

Досвід. Відновлювальний характер фосфорнуватої кислоти Н 3 Р 2 .Фосфорноватиста кислота та її солі (гіпофосфіти) відновлюють солі міді, срібла, ртуті, золота та вісмуту до відповідних металів. Наприклад, якщо до розчину сульфату міді або нітрату срібла додати розчин фосфорнуватої кислоти, виділяється металева мідь, металеве срібло та утворюється ортофосфорна кислота за рівняннями:

Н 3 Р0 2 + 2СuSO 4 + 2Н 2 O = 2Сu + Н 3 Р0 4 + 2Н 2 SO 4 ,

Н 3 Р 2 + 4АgNO 3 + 2Н 2 O = 4Аg + Н 3 Р0 4 + 4НNО 3 .

Фосфорноватиста кислота відновлює бром та йод у водних розчинах до бромистого та йодистого водню за рівняннями:

Н 3 РO 2 + 2Вr 2 + 2Н 2 O = 4НВr + Н 3 РO 4

Н 3 Р 2 + 2І 2 + 2Н 2 O = 4НІ + Н 3 Р 4 .

Отримання гіпофосфітів нагріванням білого фосфору з сильними основами було описано досвід одержання фосфористого водню.

При дії на гіпофосфіт барію сірчаною кислотою в результаті реакції обміну виходить фосфорнувата кислота.

Загальні відомості та методи отримання

Фосфор (Р)-неметал. Відкритий в 1669 р. Брендом (Німеччина), що отримав світиться в темряві речовина. Початкова назва «холодний вогонь», пізніше - фосфор, від грецького «phosph6ros» - світлоносний.

Лавуазьє встановив елементарну природу фосфору. У 1771 р. Шее-ле запропонував метод отримання фосфору з кісткової золи шляхом прожарювання її з вугіллям.

У другій половині ХІХ ст. було організовано промислове виробництво фосфору із фосфоритів у ретортних печах; на початку XX ст. І на зміну їм прийшли електричні печі.

Найважливішими з мінералів, що містять фосфор, є апатити та фосфорити. Зміст фосфору (у перерахунку на Р2О5) в апатитах становить від 20 до 41%.

Фосфорити – мінерали осадового походження, головна складова яких – фосфати кальцію; крім того, в них присутні численні включення кварцу, кальциту, глауконіту та ін, а також органічні речовини. Зміст фосфору (перерахунку на Р2О5) у фосфоритах 5-36 %.

В даний час фосфор отримують прожарюючи фосфорити або апатити в електричних печах з піском (Si0 2 ) і вугіллям (С) без доступу повітря. Пари фосфору, що виділяються, конденсуються в приймачі під водою.

Фізичні властивості

Атомні властивості. Атомний номер 15, атомна маса 30973 а. е.м. атомний об'єм 13,93-10 м3 /моль. Атомний радіус 0,134 нм, іонні радіуси Р6+, Р3+, Р3 – 0,035; 0,044; 0,186 нм відповідно. Електронегативність 2,1. Конфігурація зовнішніх електронних оболонок 3s 2 3p 3 . Значення потенціалів іонізації/(еВ): 10,55; 19,65; 30,16.

Червоний фосфор – аморфна речовина; колір – від коричневого до фіолетового; утворюється при нагріванні білого фосфору без доступу повітря до 250-300 ° С протягом кількох годин. При тривалому нагріванні червоного фосфору вище 450 ° С існують його різні кристалічні форми: триклінна, кубічна, тетрагональна та ін.

Чорний фосфор утворюється при нагріванні білого фосфору до 200-220 ° С та тиску 1,2-1,7 ГПа. Зазначене перетворення в присутності ртуті і невеликої кількості кристалів чорного фосфору здійснюється при нормальному тиску і температурі 370°С протягом 8 діб.

Існують аморфна та кристалічна форми чорного фосфору. Кристали чорного фосфору мають ромбічну решітку з параметрами: л = 0,331 нм, 6 = 0,438 нм, =1,050 нм. В елементарному осередку – 8 атомів.

Енергія кристалічних ґрат 315 мкДж/кмоль. Спорідненість атомів до електрона 0,8-0,9 еВ; енергія дисоціації молекул 5,0 еВ. Ефективний поперечний переріз захоплення теплових нейтронів 19-30 м р.

Густина. Білий фосфор: а-модифікація має густину р = = 1,828 Мг/м 3 , 6-модифікація 1,880 Мг/м 3 . Щільність жовтого 2223 Мг/м 3 кристалічного чорного 2702 Мг/м 3 аморфного чорного 2250 Мг/м 3 червоного від 2000 до 2400 Мг/м 3 .

Хімічні властивості

Фосфор виявляє ступеня окиснення +5, 4-3, -3. Електрохімічний еквівалент фосфору зі ступенем окиснення +5 дорівнює 0,06421 мг/Кл.

Різні модифікації фосфору різко розрізняються за хімічною активністю: білий, червоний, чорний (у порядку зменшення активності).

Дрібно подрібнений білий фосфор спалахує на повітря» хе, в компактній формі загоряється при нагріванні вище 50 °С.

Червоний фосфор при нормальній температурі та вологості з парами води та киснем реагує повільно, проте великі кількості його при зберіганні на повітрі займаються.

Чорний фосфор стійкіший: його можна безпечно обробляти на повітрі.

З воднем фосфор у звичайних умовах не взаємодіє, тому з'єднання цих елементів отримують непрямими шляхами, а саме: дією кислоти або води на фосфіди металів, кип'ятінням білого фосфору з розчином їдкого калі, термічним розкладанням нижчих кислот фосфору та ін.

Відомі такі водневі сполуки фосфору: фосфін РНз, дифосфін Р 2 Н 4 і нижчі тверді гідриди фосфору, що відповідають загальній формулі РгпН„. Фосфін – сильний відновник.

Тверді нижчі гідриди фосфору (РгпН) є полімерами н у багатьох відношеннях нагадують органічні пластмаси і фосфатні скла.

Фосфор утворює із киснем ряд оксидів.

Оксид фосфору (V) Р 2 0 5 або фосфорний ангідрид, - білий, гігроскопічний порошок, який виганяється при 360 ° С і атмосферному тиску. Під дією світла Р2О5 світиться зеленим.

Фосфорний ангідрид взаємодіє з металами, утворюючи суміш фосфатів та фосфідів; з галогенідами, крім фтору, не реагує; дегідратує багато органічних речовин; реагує зі спиртами, фенолами, ефірами, алкілфосфатами та ін; при сплаві з основними оксидами утворює тверді фосфати.

Оксид фосфору (III) Р 2 0 3 або фосфористий ангідрид, являє собою леткі білі кристали, отруйний, добре розчиняється в органічних розчинниках, при тривалому зберіганні мимоволі розпадається. Має сильно виражені відновлювальні властивості, реагує з хлором і бромом, утворюючи оксигалогеніди.

Оксид фосфору (IV), або тетраоксид фосфору Р0 2 (Р20 4), є полімером (Р0 2)„, є блискучими прозорими кристалами, які виганяються вище 780 °С, на повітрі розпливаються, поглинаючи вологу, добре розчиняються у воді.

З фтором фосфор реагує із вибухом; в атмосфері хлору та брому білий фосфор спалахує на холоді; із червоним фосфором реакція протікає спокійно; з йодом білий фосфор взаємодіє при охолодженні, червоний фосфор - прн підігріванні. Галогеніди фосфору надзвичайно реакційноздатні; хімічна активність зменшується від фторидів до йодидів, аналогічно зменшується міцність.

При сплавленні фосфору із сіркою нижче 100 °С утворюються тверді розчини; вище 100 °С - кристалічні сульфіди P 4 S 3 , P 4 S 5 , P4S7, P 4 S, 0 .

При змішуванні свіжоперегнаного оксиду фосфору (III) Р 4 0б з розрахованою кількістю сірки в атмосфері азоту утворюються оксисуль-фіди фосфору: P 2 0 3 S 2 , P 2 0 2 S 3 , P 4 0 4 S 3 , P 6 . Відомі і полімерні сульфіди, склад яких відповідає молярному відношенню.< Я/5 < 0,4.

З вуглецем фосфор реагує в парах за високих температур (вище 2000 °С).

При взаємодії хлориду фосфору (III) РС1 3 з ацетиленмагній-іодндом (C 2 Mg 2 l2) утворюється жовтувато-білий аморфний осад карбіду (РС 3), що розчиняється у звичайних розчинниках і не руйнується кислотами і лугами, але засмагає з виділенням вуглецю

Пари фосфору реагують із азотом в електричному розряді, утворюючи тверді нітриди. Чисті нітриди білого кольору, при кімнатній температурі інертні, не взаємодіють із водою, хлором, соляною кислотою та розведеною сірчаною кислотою. Повністю розкладаються киплячою концентрованою сірчаною кислотою. Вище 500-700 ° С нітриди фосфору дисоціюють з утворенням азоту та елементарного фосфору.

З металами, а також з більш електропозитивними елементами (В, Si, As та ін) фосфор утворює фосфіди, що бурхливо реагують з водою н мінеральними кислотами.

Фосфіди металів підгрупи міді термічно нестійкі, що не розчиняються в азотній кислоті навіть при кип'ятінні, є напівпровідниками.

Фосфіди металів підгрупи цинку легко розкладаються водою та кислотами, у струмі кисню легко згоряють, сухий водень на них не діє, фтор діє вже за кімнатної температури, а хлор, бром та йод – тільки при нагріванні.

Фосфіди перехідних металів, і навіть лантаноїдів і актиноїдів за фізичними властивостями близькі або напівпровідникам (VP, NbP, ТаР, CrP, МоР, WP, МпР), або кметаллам (TiP, ZrP, HtP). У хімічному відношенні вони щодо стійкі, їхня хімічна стійкість знижується зі зменшенням вмісту фосфору. Фосфіди неметалів і так званих напівметалів ковалентні з'єднання, Що є або діелектрики, або напівпровідники. Фосфіди елементів підгрупи бору зменшують хімічну активність від ВР до InP, а ТЕР за звичайних умов взагалі не утворюється.

Фосфіди елементів IV групи (Si, Ge, Sn, Pb) та V групи Періодичної системи (As, Sb) у хімічному відношенні нестійкі.

З кремнієм фосфор утворює Si 2 P і SiP, з германієм GeP, з оловом Sn 4 P 3 і SnP 4 зі свинцем РЬ 3 Р 2 з миш'яком AsP, з сурмою SbP. Фосфіди вісмуту не утворюються.

При нагріванні фосфору в парах СР! утворюється фосфін РН 3 в продуктах взаємодії фосфору з НВг виділений бромід фосфонію РН 4 Вг, з HI - диноднд фосфору Р 2 1 4 і іодид фосфонію РН 4 1.

При нагріванні фосфору з водними розчинами сильних лугів утворюється фосфін РН3.

З водою фосфор не взаємодіє, але при температурах 600- 900 °С під тиском і в присутності каталізаторів (Pt, Ti, Zr, Си) утворюються фосфорна кислота Н 3 Р0 4 і водень.

Білий фосфор легко окислюється водними розчинами солей металів, що мають низький окисно-відновний потенціал (Сі, Ag, Аі, РЬ та ін.); червоний та чорний фосфор не окислюються.

Фосфорорганічні сполуки за своєю структурою можна умовно розділити на фосфорсодержащие карбонові кислоти та його похідні (ефіри, аміди тощо. буд.), і навіть фосфіни, їх похідні і споріднені їм речовини. У всіх цих сполуках є безпосередній зв'язок між фосфором та вуглецем.

Області застосування

Елементарний фосфор застосовується у військовій справі, у сірниковій промисловості, для виробництва термічної фосфорної кислоти, поліфосфатів, хлоридів, сульфідів, фосфідів та інших сполук.

У металургії фосфор використовують для легування сталей (автоматна сталь до 0,15% Р, нержавіючі сталі до 0,3% Р і т. д.),

чавуну (фосфористий чавун до 0,8% Р). Сплав мідь - магній фосфор (до 1,4% Р) має високу електропровідність і слабо розміцнюється при нагріванні; промисловий сплав міді з фосфором (7 % Р) відрізняється надпластичністю в ділянці температур деформування (400-600 °С); багато фосфоровмісних сплавів застосовують як припої; спечені антифрикційні фосфоровмісні сплави (до 2 % Р), що мають високу механічну міцність, зносостійкість, прироблюваність, використовують замість залізографіту, бронзо-графіту і бронзи; спечені фрикційні сплави (до 1% Р) застосовують для створення магніто-м'яких матеріалів, магнітопроводів та інших виробів; фосфоровмісні сплави наносять у вигляді покриттів для захисту матеріалів від зношування, корозії; плівки зі сплавів З-Р, Ni-Р, З-Fе-Р, З-W-Р феромагнітні, їх застосовують для створення елементів пам'яті в обчислювальних машинах.

Фосфор вводять до складу деяких бронз (фосфориста бронза - 0,5-1,2% Р), підвищуючи їхню рідину плинність і стійкість проти стирання.

Поверхнева обробка сталевих виробів – фосфатування – забезпечує захист їх від корозії.

Фосфор використовують як розкислювач у виробництві сплавів кольорових металів (до 1% Р), що збільшує їх жароміцність (фехраль, хромаль та ін.).

Застосовують фосфор для отримання напівпровідників - фосфідів галію та індія, до складу інших напівпровідників його вводять у невеликих кількостях в якості необхідної добавки.

Фосфорна кислота використовується для виготовлення концентрованих фосфорних добрив (подвійний суперфосфат, преципітат, нітрофоска, нітрофос та ін.). реактивів.

Фосфати амонію застосовують для просочення тканин, пластику, дерева для надання їм вогнестійких властивостей; Фосфати Fe, Na, К, Са – компоненти бурових рідин, зубних паст; фоефаш Са та амонію використовують для виробництва емалей та у фармацевтичній промисловості.

Мегафосфати застосовують в промисловому для пом'якшення води і зниження її корозійної активності, для видалення накипу в парових котлах, вводять до складу деяких моїх засобів.

Поліфосфати застосовують у виробництві синтетичних миючих засобів.

Фосфіди мають такі сфери застосування: Фосфід бору - для датчиків е. д. з Холла, напівпровідникових приладів, приймачів ІЧ-випромінювання, робочих тіл квантових генераторів; фосфід міді – для паяння лаауні: фосфід нікелю – для створення зносостійких покриттів на деталях машин.

Оксид (V) фосфору Р 2 Про ч використовується як осушуючий агент, для дегідратації при отриманні метмечокрнлатних смол.

Широке застосування в промислове m знайшли хлориди фосфору у виробництві барвників, інсектицидів, ліків, поверхнево-активних речовин та як ефективний хлоруючий засіб

Області застосування сульфідів фосфору - виробництво флотаційних реагентів, антикорозійних добавок до олій та пального, фос-форорганічних інсектицидів (тіофос, карбофос та ін.). Фосфорорганічні сполуки - термостійкі ч вогнестійкі лаки, клеї - для модифікації полімерів, для отримання неорганічного каучуку.

Атомна промисловість використовує комплексні сполуки фосфору для вилучення рідких та трансуранових елементів із руд.

ФОСФОР, Р (лат. Phosphorus * а. phosphorus; н. Phosphor; ф. phosphore; і. fosforo), - хімічний елемент V групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 15, атомна маса 30,97376. Природний фосфор представлений одним стабільним ізотопом 31 Р. Відомо 6 штучних радіоактивних ізотопів фосфору з масовими числами 28-30 та 32-34.

Спосіб отримання фосфору, можливо, був відомий арабським алхімікам ще в 12 ст, але загальноприйнятою датою відкриття фосфору вважається 1669, коли Х. Бранд () отримав речовину, що світиться в темряві, названим "холодним вогнем". Існування фосфору як хімічного елемента довів на початку 70-х. 18 ст. французький хімік А. Лавуазьє.

Модифікації та властивості

Елементарний фосфор існує у вигляді кількох алотропних модифікацій – білий, червоний, чорний. Білий фосфор - воскоподібна прозора речовина з характерним запахом, утворюється при конденсації парів фосфору. У присутності домішок - слідів червоного фосфору, миш'яку, заліза та ін. жовтий коліртому товарний білий фосфор називається жовтим. Існують 2 модифікації білого фосфору а-Рмає кубічні грати щільної упаковки а=0,185 нм; щільність 1828 кг/м 3; t плавлення 44,2 ° С, t кипіння 277 ° С; теплопровідність 0,56 Вт/(м.К); молярна теплоємність 23,82 Дж/(моль.К); температурний коефіцієнт лінійного розширення 125.10 -6 К -1; за електричними властивостями білий фосфор близький до діелектриків. При температурі 77,8°З тиску 0,1 МПа а-Р перетворюється на b-Р (решітка ромбічна, щільність 1880 кг/м 3 ). Нагрівання білого фосфору без доступу повітря при 250-300°С протягом декількох годин призводить до утворення червоної модифікації. Звичайний товарний червоний фосфор практично аморфний, проте при тривалому нагріванні може переходити в одну з кристалічних форм (триклінну, кубічну) щільністю від 2000 до 2400 кг/м 3 і t плавлення 585-610°С. При сублімації (t вигонки 431°С) червоний фосфор перетворюється на газ, при охолодженні якого утворюється в основному білий фосфор. При нагріванні білого фосфору до 200-220°З тиском 1,2-1,7 ГПа утворюється чорний фосфор. Даний вид перетворення можна здійснити і при нормальному тиску (при t 370°С), використовуючи як каталізатор, а також невелику кількість чорного фосфору для затравки. Чорний фосфор - кристалічна речовина з ромбічними гратами (а = 0,331, b = 0,438 і с = 1,05 нм), щільність 2690 кг/м 3 t плавлення 1000 ° С; на вигляд схожий на графіт; напівпровідник, діамагнітний. При нагріванні до температури 560-580°З тиску насичених парів перетворюється на червоний фосфор.

Хімічний фосфор

Атоми фосфору об'єднуються у двоатомні (Р 2) та чотирихатомні (Р 4) полімерні молекули. Найбільш стійкі при нормальних умовахмолекули, що містять довгі ланцюги пов'язаних між собою тетраедрів Р4. У сполуках фосфор має ступінь окиснення +5, +3, -3. Подібно до азоту в хімічних сполуках утворює головним чином ковалентний зв'язок. Фосфор хімічно активних елементів. Найбільшою активністю відрізняється його біла модифікація, яка за нормальної температури близько 40°С самозаймається, тому зберігається під шаром води . Червоний фосфор спалахує при ударі або терті. Чорний фосфор малоактивний і важко запалюється при підпалюванні. Окислення фосфору зазвичай супроводжується хемілюмінесценцією. При горінні фосфору надлишку кисню утворюється P 2 O 5 , при нестачі - в основному Р 2 O 3 . Фосфор утворює кислоти: орто- (H 3 PO 4), поліфосфорні (H n+2 РО 3n+1), фосфористу (H 3 PO 3), фосфорнувату (H 4 Р 2 О 6), фосфорнувату (H 3 PO 2) , а також надкислоти: надфосфорну (H 4 Р 2 Про 8) та мононадфосфорну (H 3 PO 5).

Фосфор безпосередньо реагує з усіма галогенами із виділенням великої кількості тепла. Відомі сульфіди та нітриди фосфору. При температурі 2000°З фосфор взаємодіє з вуглецем , утворюючи карбід (PC 3); при нагріванні фосфору з металами – фосфіди. Білий фосфор та його сполуки високотоксичні, ГДК 0,03 мг/м 3 .

Фосфор у природі

Середній вміст фосфору у земній корі (кларк) 9,3.10 -2 %, в ультраосновних породах 1,7. 10 -2 %, основних - 1,4.10 -2 %, кислих - 7. 10 -2 %, осадових - 7,7.10 -2 %. Фосфор бере участь у магматичних процесах і енергійно мігрує у біосфері. З обома процесами пов'язані його великі накопичення, що утворюють промислові родовища апатитів - Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl) і фосфоритів - аморфний Ca 5 (PO 4) 3 (OH, CO 3) з різними домішками. Фосфор є виключно важливим біогенним елементом, який накопичується багатьма організмами. Саме з біогенною міграцією пов'язані процеси концентрації фосфору у земній корі. Відомо понад 180 мінералів, що містять фосфор.

Отримання та застосування

У промислових масштабах фосфор витягують із природних фосфатів електротермічним відновленням коксом при температурах 1400-1600°С у присутності кремнезему (кварцового піску); газоподібний фосфор після очищення від пилу направляється в конденсаційні установки, де під шаром води збирають білий рідкий фосфор. Основна маса виробленого фосфору переробляється у фосфорну кислоту та одержувані на її основі фосфорні добрива та технічні солі. Широко застосовуються солі фосфорних кислот — фосфати, дещо меншою мірою — фосфіти та гіпофосфіти. Білий фосфор використовується при виготовленні запальних та димових снарядів; червоний - у сірниковому виробництві.