Фосфид серы. Большая энциклопедия нефти и газа

Свои эксперименты с человеческой мочой, он предполагал, что в ней содержатся золотые частички из-за ее желтого цвета. Он ждал, пока моча отстоится в бочках , затем выпаривал ее, подвергал жидкость дистилляции. После, соединив эту субстанцию с песком и углем без воздуха, он получал некую белую пыль, которая имела свойство светиться в темноте. Он начал продавать фосфор людям, а потом и вовсе продал секретную формулу фосфора химику Крафту.

Он светится!

Рассмотрев химические свойства фосфора, можно понять, почему же он светится при отсутствии света. Различают три вида фосфора:
- белый,
- черный,
- красный.

Бесцветным и очень ядовитым является белый фосфор, он не растворяется в воде, но может раствориться в сероуглероде. Если белый фосфор долго нагревать на слабом огне, он переходит в следующий вид – красный, который не ядовит, а на вид представляет собой порошок красно-бурого оттенка.

Химия да и только

Фосфор черный отличается от предыдущих двух видов и фактурой, и цветом, и свойствами. Он больше похож на графит и имеет жирную текстуру. Получается этот вид из белого фосфора только под огромным давлением при температуре примерно 200 градусов.

Фосфор является аналогом азота, но по сравнению с атомом последнего, атом фосфора имеет меньшую энергию ионизации.

Достаточно мало времени требуется белому фосфору, чтобы вступить в реакцию с кислородом и окислиться. Он опасен из-за способности самовоспламеняться на воздухе, именно поэтому его следует хранить в воде. Именно из-за реакции окисления выделяется некоторое количество энергии, проще говоря, фосфор начинает светиться. Физики в данном случае говорят о переходе химической энергии в световую.

В природе фосфор встречается только в форме соединений, самым главным таким соединением является фосфат кальция – в природе минерал апатит. Разновидности апатита составляют осадочные горные породы, так называемые фосфориты.

Фосфор является веществом, необходимым в жизнедеятельности растений, поэтому его должно достаточно много содержаться в почве. Самыми богатыми залежами фосфоритов обладают Сибирь, Казахстан, Эстония, Белоруссия, также они имеются и на территории США, Северной Африки и Сирии.

К слову...

Белый фосфор активно используют военные. Однако его поражающая сила так велика и опасна, а человеческие страдания так велики, что ряд стран приняли решение об ограничении применения этого вещества.

Еще пару веков назад фосфор наводил ужас на людей, которые имели неосторожность проходить в темное время мимо кладбищ. Люди рассказывали, будто видели , как души недавно усопших покидают землю в виде светящихся шариков. На самом деле, это в процессе распада костей высвобождалось описанное вещество. Легкий поток света легко преодолевал небольшой слой земли и вырывался на свободу.

Краска с люминофором используется для покрытия предметов, которые должны светиться в темноте. Вопреки названию, химического элемента фосфора она не содержит, и потому не является ядовитой. Современные краски этого типа обычно не являются и радиоактивными.

Инструкция

Приобретите любую небольшую светящуюся пластмассовую игрушку. Лучше всего, если она выполнена из полипропилена. Несмотря на то, что радиоактивными такие игрушки больше не делают , на всякий случай проверьте ее дозиметром . Также убедитесь, что через некоторое время после пропадания освещения яркость света падает, а затем он и вовсе гаснет, пока игрушку снова не «зарядят».Не путайте с такими игрушками химические светящиеся трубочки: они одноразовые, и светится в них не твердое вещество, а жидкость. Использовать их для изготовления светящейся краски невозможно.

Возьмите любой неядовитый растворитель. Он должен обладать свойством растворять полипропилен. Залейте гранулы в банке этим растворителем. Подождите, пока они полностью растворятся в нем.Не пользуйтесь рядом с растворителем никакими источниками открытого огня!

Когда растворение завершится, перелейте краску в бутылку с плотно завинчивающейся крышкой. Материалы бутылки и крышки также должны быть стойкими к растворителю.

Когда краска понадобится, возьмите небольшое блюдце, которое не используется для приготовления пищи, и которое изготовлено из материала, стойкого к растворителю. Вылейте в него немного краски. Окуните в краску кисть или плакатное перо. Нанесите на предмет надпись,

ФОСФОР , P, элемент V группы периодической системы; атомный вес 31,03; изотопы фосфора не найдены. В соединениях фосфор бывает трех- и пятивалентным. Его высшее соединение с водородом РН 3 ; с кислородом он дает окислы Р 2 О 3 , Р 2 О 4 и Р 2 О 5 . По валентности и типу соединений фосфор напоминает азот, но по свойствам (как фосфора, так и его соединений) совершенно отличен от азота. распространен в природе и встречается почти во всех горных породах в виде включений кристалликов минерала апатита. Фосфор встречается в виде скоплений минералов фосфоритов и апатитов. Апатиты редко залегают большими массами, и колоссальные залежи этого минерала в Хибинской тундре в СССР являются исключением. Фосфориты известны в Георгии, Флориде, Каролине Северной и Южной, в Тенесси, Алжире, Тунисе, на некоторых островах Великого океана. СССР чрезвычайно богат фосфоритами, залежи которых известны в Московской обл., на Урале, в Казахстане, на Украине, в Чувашской республике, в Подолии, на Северном Кавказе и пр. Такие минералы, как вивианит Fe 3 (PО 4) 2 ·8Н 2 О и бирюза (Аl 2 O 3) 2 Р 2 O 5 ·5Н 2 O, представляют собой водные соли фосфорной кислоты. Фосфор является непременной составной, частью тканей живых организмов. Белки, содержащие фосфор, и лецитин входят в состав мускулов, нервов и мозга. Кости содержат фосфор в виде трикальциевой соли фосфорной кислоты.

Фосфор может быть получен в нескольких аллотропных видоизменениях. Белый фосфор (обыкновенный, желтый) - бесцветное, прозрачное стекловидное вещество или белые мелкие кристаллы; в чистом виде белый фосфор можно получить лишь в темноте в отсутствии кислорода и влаги. При фракционной перегонке или фракционной кристаллизации получается совершенно чистый фосфор, быстро желтеющий на свету. Такое пожелтение объясняется образованием на поверхности фосфора тонкой пленки красной модификации. При длительном воздействии интенсивного света на обыкновенный фосфор его можно полностью перевести в красный. При 150°С в отсутствии кислорода обыкновенный фосфор возгоняется без изменения цвета. Для белого фосфора известны две модификации - α и β; первая кристаллизуется в правильной системе (удельный вес 1,84), вторая (обыкновенный фосфор) - в гексагональной (удельный вес 1,88). Переход α-фосфора в β-фосфор происходит при следующих условиях:

Твердость фосфора по Моосу 0,5. Пластичность его увеличивается с повышением температуры. Расплавленный фосфор с трудом смачивает стекло; поверхностное натяжение 35,56 D/см при 132,1°С и 43,09 D/см при 78,3°С. Соответствующие удельные веса фосфора равны 1,665 и 1,714. Сжимаемость обыкновенного фосфора между 100 и 500 atm равна 0,0000199 см 2 /кг. Коэффициент расширения обыкновенного фосфора от 0°С до 40° = 0,000125, а объем его при 44°С в 1,017 раза превышает объем при 0°С. Теплоемкость белого фосфора (0-51°С) 0,183 cal/г; теплота плавления 5,03 cal/г. Вес 1 л паров фосфора 2,805 г (Вильямсон). Молярный вес его в пределах температур от 313°С до красного каления колеблется от 128 до 119,8. Следовательно строение его молекулы в этом интервале отвечает Р 4 . При высоких температурах он частично диссоциирует на Р 2 . В растворе его молекула отвечает формуле Р 4 ; температура плавления обыкновенного фосфора 44,5°С; он медленно возгоняется при 40°С, испаряется при нормальной температуре. Давление паров обыкновенного твердого фосфора при 5°С - 0,03 мм, при 40°С - 0,50 мм. Растворимость фосфора в воде: 0,0003 г на 100 г воды при 15°С. Различные растворители растворяют приблизительно фосфор (в 100 ч. растворителя): сероуглерод 25, бензин 1,5, миндальное масло 1,00, концентрированная уксусная кислота 1,00, эфир 0,45, этиловый спирт (удельный вес 0,822) 0,25, глицерин 0,17 ч. Водород хорошо поглощается фосфором, особенно при электрическом разряде. Водород способен реагировать с фосфором in statu nascendi; выделившийся газ этой способностью уже не обладает. Фтор реагирует при обычной температуре с фосфором без воспламенения, образуя при избытке фосфора PF 3 и при избытке фтора PF 5 . Фосфор энергично соединяется с кислородом, образуя в зависимости от количества реагентов фосфористый или фосфорный ангидрид. Гидрохинон, сахар, глицерин, мышьяковистокислый натр замедляют реакцию окисления фосфора. Соединяясь с кислородом воздуха, фосфор воспламеняется, поэтому хранить его нужно под водой. Температуpa воспламенения фосфора в воздухе, в кислороде или в воздухе, разбавленном равным объемом углекислоты, 45,0-45,2°С. Воспламенению обычного фосфора способствует разрежение воздуха и мешает сжатие. Присутствие в атмосфере озона и влаги повышает температуру воспламенения. В атмосфере сероуглерода температура воспламенения фосфора 87°С, скипидара - 18°; фосфор может быть нагрет без воспламенения до 205°С, если он находится в покое; самое легкое помешивание вызывает воспламенение уже при 45°С. Обычный фосфор воспламеняется в течение 20 сек., будучи приведен в соприкосновение с чистым амальгамированным алюминием. Азот поглощается фосфором, но не реагирует с ним. Белый фосфор светится в темноте при соприкосновении с кислородом воздуха. Интенсивность свечения зависит от концентрации кислорода. В чистом кислороде ниже 27°С фосфор не светится и не окисляется. Белый фосфор ядовит и доза в 0,15 г смертельна. В виду способности фосфора растворяться в жирах, при отравлении им совершенно недопустимы жирная пища и молоко как способствующие лучшему всасыванию фосфора в организм.

Красный фосфор - модификация, резко отличающаяся по своим физическим и химическим свойствам от белого фосфора. Красный фосфор образуется из обыкновенного при пропускании электрического разряда через пары последнего. Нагревая раствор белого фосфора в трехбромистом фосфоре при температуре 170-190°С, можно выделить т. н. малиновую разновидность фосфора. Эта разновидность имеет коллоидное строение и является переходной между обыкновенным и красным фосфором; присутствие трехйодистого фосфора ускоряет (в 3 раза) реакцию. Нагревая обыкновенный фосфор с серой или сульфидом, а затем обрабатывая полученную смесь водным раствором щелочи или аммиака, можно также получить красный фосфор. Красный фосфор в технике получается нагреванием обычного фосфора без доступа воздуха при температуре 240-250°С; реакция сопровождается выделением тепла. Цвет красного фосфора изменяется в зависимости от температуры получения. При низких температурах он имеет малиновый оттенок, при высоких - фиолетовый или же пурпурный. Селен ускоряет переход белого фосфора в красный. Отделение примеси обыкновенного фосфора от красного производится обработкой сероуглеродом в течение 50 ч. при 250-260°С или 10%-ным раствором натровой щелочи в течение 2 ч.; возможна также промывка фосфора смесью сероуглерода и раствора хлористого кальция удельным весом 1,349-1,384. Обыкновенный фосфор при этом растворяется в сероуглероде, а красный оседает в раствор хлористого кальция. Существует предположение, что белая и красная модификации фосфора химически различны; доказательством этого положения служит то, что при смешении расплавленного желтого и красного фосфора не наблюдается перехода первого во второй. При нагревании в пределах 280-400°С пары красного фосфора частично сгущаются в т. н. металлический фосфор . При быстром охлаждении паров образуется частично красный фосфор, причем тем в большем количестве, чем выше была температура перед застыванием. Поверхность приемника действует каталитически на образование красного фосфора. Продолжительность нагревания не сказывается на процессе, но охлаждение должно происходить быстро. Существует мнение (А. Шток), что красный фосфор образуется в результате соединения диссоциированных молекул фосфора между собою или с недиссоциированными молекулами и что образование молекул Р 4 желтого фосфора относительно медленнее, чем образование молекул красного фосфора. Конденсация красного фосфора из парообразного состояния не зависит от присутствия жидкого желтого фосфора. Красный фосфор, полученный при охлаждении паров, имевших температуру 1200°С, и при давлении в 5 мм, содержит не более 1% желтого фосфора; отсюда следует, что молекулы Р 2 и Р 4 принимают участие в образовании красного фосфора. Возможно, что это образование идет по уравнению mР 2 + nP 4 = P 2 m+4 n . Имеются предположения, что расплавленный фосфор содержит молекулы Р 4 желтого фосфора и молекулы Р n красного в равновесии:

Выше температуры плавления красного фосфора (592,5°С, по другим данным 589,5°С) большинство молекул находится в виде Р 4 , так что при быстром охлаждении образуется белая разновидность, но медленное охлаждение позволяет произвести сдвиг равновесия в правую сторону, и при затвердевании выделяется красный фосфор. Удельный вес красного фосфора колеблется от 2,05 до 2,3, что заставляет рассматривать его как смесь двух модификаций. Есть предположение, что красный фосфор по кристаллическому строению моноклиничен. Сжимаемость красного фосфора (между 100-500 atm) равна 0,0000092 см 2 /кг; температура плавления красного фосфора зависит от скорости нагревания и колеблется в пределах ±0,5°С. Давление паров красного фосфора при 230°С - 0 мм, при 360°С - 0,1 мм, при 500°С - 9 atm. Красный фосфор нерастворим в сероуглероде. Полученный с выделением тепла красный фосфор содержит меньше энергии и значительно меньше активен, чем белый. Красный фосфор не ядовит, он не воспламеняется на воздухе, почему хранение его не так опасно. Красный фосфор воспламеняется от удара. Гитторф утверждает, что переход красного фосфора в желтый не наблюдается при температуре в 320°С, но последний образуется при 358°С. В запаянной трубке красный фосфор прочен при температуре от 450 до 610°С.

Кристаллический, или фиолетовый, фосфор имеет кристаллическое строение, кристаллы тригональны с осевым отношением а:с = 1:1,1308. Получается кристаллизацией из расплавленного свинца или висмута, а также нагреванием белого фосфора под давлением в 500 кг/см 2 в присутствии натрия. Нерастворим в сероуглероде; удельный вес фиолетового фосфора 2,34; он возгоняется при 690,9°С; температура плавления 589,5°С при давлении 43,1 atm.

Черный фосфор (Р. Bridgeman) получается из обыкновенного фосфора при нагревании до 216°С под давлением 89 atm. Он нерастворим в сероуглероде; воспламеняется при температуре 400°С и не воспламеняется от удара; температура перехода красного фосфора в черный 575°С; красный фосфор переходит в черный при нагревании в атмосфере водорода при 200°С и давлении 90 atm (В. Ипатьев). Техническое значение имеют только 2 модификации: белый (желтый) и красный фосфор.

Получение фосфора . Обычно приготовляют белый фосфор, который, если нужно, переводят в дальнейшем в красную модификацию. Исходным материалом для получения фосфора служат фосфориты - естественный трикальцийфосфат, лучше всего костная зола. Процесс состоит в восстановлении фосфата углем или действии алюминия на метафосфат натрия, смешанный с кремнеземом:

6NaPO 3 +3SiO 2 +10Al=3Na 2 SiO 3 +5Al 2 O 3 +6Р.

Известны 2 способа фабричного получения фосфора: 1) старый способ Пеллетье, состоящий в обработке фосфата (костная мука) разбавленной серной кислотой, причем трикальцийфосфат переходит в монокальцийфосфат:

Ca 3 (PО 4) 2 +2H 2 SО 4 =2CaSО 4 +Ca(H 2 PО 4) 2 .

Раствор последнего отделяют от гипса (CaSO·2Н 2 О), выпаривают, прокаливают с углем и получают метафосфат кальция:

Са(Н 2 РО 4) 2 =2Н 2 О+Са(РО 3) 2 ,

который после сильного прокаливания дает фосфор, трикальцийфосфат и окись углерода:

ЗСа(РО 3) 2 +10С=Са 3 (РО 4) 2 +4Р+10СО.

По способу Велера исходят непосредственно из трикальцийфосфата:

2Ca 3 (PO 4) 2 +6SiO 2 +10C=6CaSiO 3 +10CO+4P.

Этот процесс требует высокой температуры и стал применяться лишь с введением в практику электрических печей. Существует также способ получения фосфора из свободной фосфорной кислоты, смешанной с углем, с помощью электрического тока. В СССР академик. Э. В. Брицке разработан способ получения фосфора в печах типа домны.

Торговый продукт всегда содержит следы мышьяка, соединения кремния и уголь. Механические загрязнения удаляют фильтрованием, а еще лучше повторной перегонкой. Превращение белого фосфора в красный производится при температуре 260°С; уменьшение давления замедляет течение реакции; освещение ускоряет процесс; так же влияют катализаторы (йод, селен).

Аналитическое определение фосфора . Пары фосфора действуют на влажную бумагу, пропитанную азотнокислым серебром, вызывая ее почернение. Чернота обусловливается образованием фосфористого и металлического серебра . Реакция протекает в 2 стадии. Реагируя с водой, фосфор образует фосфористый водород и фосфорноватистую кислоту:

Р 4 +6Н 2 О=ЗН 3 РО 2 +РН 3 .

Возникшие в результате реакции соединения действуют на нитрат серебра:

H 3 PО 2 +2 H 2 О+4 AgNО 3 =4 HNО 3 + H 3 PО 4 +4 Ag;

PH 3 +3AgNО 3 =3HNО 3 +PAg 3 .

Данная реакция применима для открытия белого фосфора лишь в отсутствии H 2 S, AsH 3 , SbH 3 , a также муравьиного альдегида и муравьиной кислоты. Открытие ядовитого фосфора (по Митчерлиху) основано на способности фосфора светиться во влажном воздухе в темноте. Измельченное вещество, в котором предполагается открыть фосфор, помещают в колбу, соединенную с холодильником. В колбу приливают столько воды, чтобы получить жидкую кашицу, и содержимое колбы нейтрализуют винной кислотой до слабо кислой реакции. При нагревании колбы в темноте ничтожное количество фосфора (несколько мг) уже вызывает свечение в холодильнике. Так как явление свечения может обусловливаться также присутствием сернистого фосфора после его разложения при нагревании, рекомендуется нагревать колбу не непосредственно, а путем пропускания в нее водяного пара. Свечение фосфора не наблюдается в присутствии следов аммиака, сероуглерода, паров спирта, эфирных масел и ненасыщенных углеводородов, поэтому перегонку не следует прекращать слишком рано. Если все же не наблюдается свечения, то фильтрат окисляют хлорной водой, выпаривая на водяной бане до небольшого объема, и делают пробу на фосфорную кислоту. Свечение фосфора можно наблюдать и в колбе, нагрев жидкость сначала до кипения, затем несколько охладив и снова нагрев до кипения; 0,0171 мг фосфора светятся очень ясно, 0,0085 мг - ясно, 0,0042 мг - слабо и 0,001 мг - сомнительно. Фосфор, восстанавливаясь за счет водорода in statu nascendi, дает фосфористый водород, который в смеси с водородом при зажигании у выхода из трубки с платиновым наконечником горит изумрудно-зеленым пламенем. Органические вещества препятствуют появлению окраски, а потому д. б. отделены. Азотная кислота легко окисляет фосфор в фосфорную кислоту:

ЗР 4 +20Н NО 3 +8Н 2 О=12Н 3 РО 4 +20 NO 3 .

Количественно фосфор определяется после окисления в фосфорную кислоту и осаждения в виде MgNH 4 PО 4 .

Применение . Фосфор есть один из элементов, без которых невозможно правильное развитие растительных и животных организмов. Существует прямая зависимость между содержанием фосфора в питательной среде и ростом растения. Фосфор наряду с азотом и калием является главнейшим питательным веществом, в котором нуждаются с.-х. растения. Будучи отчужден с поля вместе с урожаем зерна, фосфор не имеет замкнутого цикла в своем круговороте, а потому без искусственного внесения его в почву извне наблюдается истощение почв. Удобрения, содержащие фосфор, составляют самую большую группу. Фосфор применяется в военном деле в качестве дымообразующего средства и для наполнения зажигательных снарядов.

Cтраница 1

Красный фосфор имеет удельный вес 2 20; плавится при давлении 43 атм при температуре 590 С.  

Красный фосфор энергично взаимодействует со щелочными металлами в жидком аммиаке с образованием фосфидов щелочного металла различной степени полимеризации в зависимости от соотношения взятых в реакцию фосфора и щелочного металла. Последующее прибавление к реакционной смеси галоидных алкилов приводит к образованию соответствующих фос-финов или полифосфинов, а при дополнительном действии на эту же реакционную смесь элементов VI группы образуются производные пятивалентного фосфора.  

Красный фосфор получают нагреванием белого при 280 - 340 без доступа воздуха. Он представляет собой порошок. Красный фосфор в отличие от белого не ядовит.  

Красный фосфор получают, долго нагревая белый фосфор при 280 - 340 С без доступа воздуха. Он представляет собой темно-малиновый порошок, не растворимый в воде и в сероуглероде. Красный фосфор химически менее активен, чем белый. Воспламеняется только при температуре около 260 С.  

Красный фосфор получают нагреванием белого без доступа кислорода при 280 - 340 С. На воздухе он воспламеняется при 240 С, нерастворим в сероуглероде, менее реакционноспособен, чем белый фосфор.  

Красный фосфор во многом отличается от белого фосфора. Он менее ядовит, чем белый фосфор, на воздухе окисляется очень медленно, в темноте не светится, в сероуглероде не растворяется. При сильном нагревании красный фосфор возгоняется, причем пары его при сгущении дают белый фосфор.  

Красный фосфор способен к тем же химическим реакциям, что и белый фосфор, но реакции с красным фосфором протекают гораздо медленнее, чем с белым фосфором.  

Красный фосфор обладает иными свойствами, чем белый и его химическая активность значительно меньше, поэтому на воздухе он не самовоспламеняется. В сероуглероде и в эфире красный фосфор не растворяется.  

Красный фосфор получают из белого длительным нагреванием без доступа воздуха при 280 - 300 С. Кристаллическая решетка его атомная, в органических растворителях не растворяется, не ядовит. Хранят его в плотно закрытой посуде.  

Красный фосфор практически на воздухе не окисляется и воспламеняется лишь при температуре выше 250 С.  

План:

Введение

• 1 История
• 2 Происхождение названия
• 3 Получение
• 4 Физические свойства
  • 4.1 Белый фосфор
  • 4.2 Жёлтый фосфор
  • 4.3 Красный фосфор
  • 4.4 Чёрный фосфор
  • 4.5 Металлический фосфор
• 5 Химические свойства
  • 5.1 Взаимодействие с простыми веществами
  • 5.2 Взаимодействие с водой
  • 5.3 Взаимодействие со щелочами
  • 5.4 Восстановительные свойства
• 6 Применение
  • 6.1 Элементарный фосфор
  • 6.2 Соединения фосфора в сельском хозяйстве
  • 6.3 Соединения фосфора в промышленности
  • 6.4 Фосфатные связующие
• 7 Биологическая роль соединений фосфора
  • 7.1 Токсикология элементарного фосфора
  • 7.2 Токсикология соединений фосфора
Примечания

Введение

Фосфор (от греч. phosphoros - светоносный; лат. Phosphorus) - один из самых распространённых элементов земной коры, его содержание составляет 0,08-0,09 % её массы. Концентрация в морской воде 0,07 мг/л . В свободном состоянии не встречается из-за высокой химической активности. Образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH) фосфорит Ca 3 (PO 4) 2 и другие. Фосфор содержится во всех частях зелёных растений, ещё больше его в плодах и семенах (см. фосфолипиды). Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ, ДНК), является элементом жизни.

1. История

Фосфор открыт гамбургским алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 году. Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать философский камень, а получил светящееся вещество. Бранд сфокусировался на опытах с человеческой мочой, так как полагал, что она, обладая золотистым цветом, может содержать золото или нечто нужное для добычи. Первоначально его способ заключался в том, что сначала моча отстаивалась в течение нескольких дней, пока не исчезнет неприятных запах, а затем кипятилась до клейкого состояния. Нагревая эту пасту до высоких температур и доводя до появления пузырьков, он надеялся, что, сконденсировавшись, они будут содержать золото. После нескольких часов интенсивных кипячений получались крупицы белого воскоподобного вещества, которое очень ярко горело и к тому же мерцало в темноте. Бранд назвал это вещество phosphorus mirabilis (лат. «чудотворный носитель света»). Открытие Брандом фосфора стало первым открытием нового элемента со времён античности.

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

Независимо от Бранда и Кункеля фосфор был получен Р. Бойлем, описавшим его в статье «Способ приготовления фосфора из человеческой мочи», датированной 14 октября 1680 года и опубликованной в 1693 году.

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

Существуют данные, что фосфор умели получать еще арабские алхимики в XII в.

То, что фосфор - простое вещество, доказал Лавуазье.

2. Происхождение названия

В 1669 году Хеннинг Бранд при нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи получил светящееся в темноте вещество, названное сначала «холодным огнём». Вторичное название «фосфор» происходит от греческих слов «φῶς» - свет и «φέρω» - несу. В древнегреческой мифологии имя Фосфор (или Эосфор, др.-греч. Φωσφόρος ) носил страж Утренней звезды.

3. Получение

Фосфор получают из апатитов или фосфоритов в результате взаимодействия с коксом и кремнезёмом при температуре 1600 °С:

• 2Ca 3 (PO 4) 2 + 10C + 6SiO 2 → P 4 + 10CO + 6CaSiO 3 .

Образующиеся пары белого фосфора конденсируются в приёмнике под водой. Вместо фосфоритов восстановлению можно подвергнуть и другие соединения, например, метафосфорную кислоту:

• 4HPO 3 + 12C → 4P + 2H 2 + 12CO.

4. 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 - белую, красную, черную и металлический фосфор. Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные являются разновидностью указанных четырёх. В обычных условиях существует только три аллотропических модификации фосфора, а в условиях сверхвысоких давлений - также металлическая форма. Все модификации различаются по цвету, плотности и другим физическим характеристикам; заметна тенденция к резкому убыванию химической активности при переходе от белого к металлическому фосфору и нарастанию металлических свойств.

Аллотропические модификации фосфора

4.1. Белый фосфор

Белый фосфор представляет собой белое вещество (из-за примесей может иметь желтоватый оттенок) с температурой плавления 44,1 °С. По внешнему виду он очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий.

Открытие Хеннигом Брандом фосфора
Джозеф Райт, 1771 год

Белый фосфор имеет молекулярное строение; формула P 4 . Отливаемый в инертной атмосфере в виде палочек (слитков), он сохраняется в отсутствии воздуха под слоем очищенной воды или в специальных инертных средах.

Легкорастворим в органических растворителях. Растворимостью белого фосфора в сероуглероде пользуются для промышленной очистки его от примесей. Плотность белого фосфора из всех его модификаций наименьшая и составляет около 1823 кг/м³. Плавится белый фосфор при 44,1 °C. В парообразном состоянии происходит диссоциация молекул фосфора.

Химически белый фосфор чрезвычайно активен. Например, он медленно окисляется кислородом воздуха уже при комнатной температуре и светится (бледно-зелёное свечение). Явление такого рода свечения вследствие химических реакций окисления называется хемилюминесценцией (иногда ошибочно фосфоресценцией).

Белый фосфор не только активен химически, но и весьма ядовит (вызывает поражение костей, костного мозга, некроз челюстей). Летальная доза белого фосфора для взрослого мужчины составляет 0,05-0,1 г.

4.2. Жёлтый фосфор

Неочищенный белый фосфор обычно называют «жёлтый фосфор». Сильно ядовитое (ПДК в атмосферном воздухе 0,0005 мг/м³), огнеопасное кристаллическое вещество от светло-жёлтого до тёмно-бурого цвета. Удельный вес 1,83 г/см³, плавится при +34 °C, кипит при +280 °C. В воде не растворяется, на воздухе легко окисляется и самовоспламеняется. Горит ослепительным ярко-зеленым пламенем с выделением густого белого дыма - мелких частичек декаоксида тетрафосфора P 4 O 10 . Несмотря на то, что в результате реакции между фосфором и водой (4Р + 6Н 2 О → РН 3 + 3Н 3 РО 2) выделяется ядовитый газ фосфин (РН 3), для тушения фосфора используют воду в больших количествах (для снижения температуры очага возгорания и перевода фосфора в твердое состояние) или раствор сульфата меди (медного купороса), после гашения фосфор засыпают влажным песком. Для предохранения от самовозгорания желтый фосфор хранится и перевозится под слоем воды (раствора хлорида кальция).

4.3. Красный фосфор

Красный фосфор

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

Красный фосфор имеет формулу Р n и представляет собой полимер со сложной структурой. В зависимости от способа получения и степени дробления красного фосфора, имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии - тёмно-фиолетовый с медным оттенком металлический блеск. Химическая активность красного фосфора значительно ниже, чем у белого; ему присуща исключительно малая растворимость. Растворить красный фосфор возможно лишь в некоторых расплавленных металлах (свинец и висмут), чем иногда пользуются для получения крупных его кристаллов. Так, например, немецкий физико-химик И. В. Гитторф в 1865 году впервые получил прекрасно построенные, но небольшие по размеру кристаллы (фосфор Гитторфа). Красный Фосфор на воздухе не самовоспламеняется, вплоть до температуры 240-250 °С (при переходе в белую форму во время возгонки), но самовоспламеняется при трении или ударе, у него полностью отсутствует явление хемолюминесценции. Нерастворим в воде, а также в бензоле, сероуглероде и других, растворим в трибромиде фосфора. При температуре возгонки красный фосфор превращается в пар, при охлаждении которого образуется в основном белый фосфор.

Ядовитость его в тысячи раз меньше, чем у белого, поэтому он применяется гораздо шире, например, в производстве спичек (составом на основе красного фосфора покрыта тёрочная поверхность коробков). Плотность красного фосфора также выше, и достигает 2400 кг/м³ в литом виде. При хранении на воздухе красный фосфор в присутствии влаги постепенно окисляется, образуя гигроскопичный оксид, поглощает воду и отсыревает («отмокает»), образуя вязкую фосфорную кислоту; поэтому его хранят в герметичной таре. При «отмокании» - промывают водой от остатков фосфорных кислот, высушивают и используют по назначению.

4.4. Чёрный фосфор

Чёрный фосфор - это наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора. Впервые чёрный фосфор был получен в 1914 году американским физиком П. У. Бриджменом из белого фосфора в виде чёрных блестящих кристаллов, имеющих высокую (2690 кг/м³) плотность. Для проведения синтеза чёрного фосфора Бриджмен применил давление в 2×10 9 Па (20 тысяч атмосфер) и температуру около 200 °С. Начало быстрого перехода лежит в области 13 000 атмосфер и температуре около 230 °С.

Чёрный фосфор представляет собой чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и весьма похожее на графит, и с полностью отсутствующей растворимостью в воде или органических растворителях. Поджечь чёрный фосфор можно, только предварительно сильно раскалив в атмосфере чистого кислорода до 400 °С. Чёрный фосфор проводит электрический ток и имеет свойства полупроводника. Температура плавления чёрного фосфора 1000 °С под давлением 18×10 5 Па.

4.5. Металлический фосфор

При 8,3×10 10 Па чёрный фосфор переходит в новую, ещё более плотную и инертную металлическую фазу с плотностью 3,56 г/см³, а при дальнейшем повышении давления до 1,25×10 11 Па - ещё более уплотняется и приобретает кубическую кристаллическую решётку, при этом его плотность возрастает до 3,83 г/см³. Металлический фосфор очень хорошо проводит электрический ток.

5. Химические свойства

Химическая активность фосфора значительно выше, чем у азота. Химические свойства фосфора во многом определяются его аллотропной модификацией. Белый фосфор очень активен, в процессе перехода к красному и чёрному фосфору химическая активность резко снижается. Белый фосфор на воздухе светится в темноте, свечение обусловлено окислением паров фосфора до низших оксидов.

В жидком и растворенном состоянии, а также в парах до 800 °С фосфор состоит из молекул Р 4 . При нагревании выше 800 °С молекулы диссоциируют: Р 4 = 2Р 2 . При температуре выше 2000 °С молекулы распадаются на атомы.

5.1. Взаимодействие с простыми веществами

Фосфор легко окисляется кислородом:

• 4P + 5O 2 → 2P 2 O 5 (с избытком кислорода),
• 4P + 3O 2 → 2P 2 O 3 (при медленном окислении или при недостатке кислорода).

Взаимодействует со многими простыми веществами - галогенами, серой, некоторыми металлами, проявляя окислительные и восстановительные свойства:

с металлами - окислитель, образует фосфиды:

• 2P + 3Ca → Ca 3 P 2 ,
• 2P + 3Mg → Mg 3 P 2 .

фосфиды разлагаются водой и кислотами с образованием фосфина

с неметаллами - восстановитель:

• 2P + 3S → P 2 S 3 ,
• 2P + 3Cl 2 → 2PCl 3 .

Не взаимодействует с водородом.

5.2. Взаимодействие с водой

Взаимодействует с водой, при этом диспропорционирует:

• 8Р + 12Н 2 О = 5РН 3 + 3Н 3 РО 4 (фосфорная кислота).

5.3. Взаимодействие со щелочами

В растворах щелочей диспропорционирование происходит в большей степени:

• 4Р + 3KOH + 3Н 2 О → РН 3 + 3KН 2 РО 2 .

5.4. Восстановительные свойства

Сильные окислители превращают фосфор в фосфорную кислоту:

• 3P + 5HNO 3 + 2H 2 O → 3H 3 PO 4 + 5NO;

• 2P + 5H 2 SO 4 → 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O.

Реакция окисления также происходит при поджигании спичек, в качестве окислителя выступает бертолетова соль:

• 6P + 5KClO 3 → 5KCl + 3P 2 O 5

6. Применение

Фосфор является важнейшим биогенным элементом и в то же время находит очень широкое применение в промышленности. Красный фосфор применяют в производстве спичек. Его вместе с тонко измельчённым стеклом и клеем наносят на боковую поверхность коробка. При трении спичечной головки, в состав которой входят хлорат калия и сера, происходит воспламенение.

6.1. Элементарный фосфор

Пожалуй, первое свойство фосфора, которое человек поставил себе на службу, - это горючесть. Горючесть фосфора очень велика и зависит от аллотропической модификации.

Наиболее активен химически, токсичен и горюч белый («жёлтый») фосфор, потому он очень часто применяется (в зажигательных бомбах и пр.).

Красный фосфор - основная модификация, производимая и потребляемая промышленностью. Он применяется в производстве спичек, взрывчатых веществ, зажигательных составов, различных типов топлива, а также противозадирных смазочных материалов, в качестве газопоглотителя в производстве ламп накаливания.

6.2. Соединения фосфора в сельском хозяйстве

Фосфор (в виде фосфатов) - один из трёх важнейших биогенных элементов (NPK), участвует в синтезе АТФ. Большая часть производимой фосфорной кислоты идёт на получение фосфорных удобрений - суперфосфата, преципитата, аммофоски и др.

6.3. Соединения фосфора в промышленности

Фосфаты широко используются:

• в качестве комплексообразователей (средства для умягчения воды),
• в составе пассиваторов поверхности металлов (защита от коррозии, например, т. н. состав «мажеф»).

6.4. Фосфатные связующие

Способность фосфатов формировать прочную трёхмерную полимерную сетку используется для изготовления фосфатных и алюмофосфатных связок

7. Биологическая роль соединений фосфора

Фосфор присутствует в живых клетках в виде орто- и пирофосфорной кислот, входит в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов, коферментов, ферментов. Кости человека состоят из гидроксилапатита 3Са 3 (РО 4) 3 ·Ca(OH) 2 . В состав зубной эмали входит фторапатит. Основную роль в превращениях соединений фосфора в организме человека и животных играет печень. Обмен фосфорных соединений регулируется гормонами и витамином D. Суточная потребность человека в фосфоре 800-1500 мг. При недостатке фосфора в организме развиваются различные заболевания костей.

7.1. Токсикология элементарного фосфора

• Красный фосфор практически нетоксичен. Пыль красного фосфора, попадая в легкие, вызывает пневмонию при хроническом действии.
• Белый фосфор очень ядовит, растворим в липидах. Смертельная доза белого фосфора - 50-150 мг. Попадая на кожу, белый фосфор дает тяжелые ожоги.

Острые отравления фосфором проявляются жжением во рту и желудке, головной болью, слабостью, рвотой. Через 2-3 суток развивается желтуха. Для хронических форм характерны нарушение кальциевого обмена, поражение сердечно-сосудистой и нервной систем. Первая помощь при остром отравлении - промывание желудка, слабительное, очистительные клизмы, внутривенно растворы глюкозы. При ожогах кожи обработать пораженные участки растворами медного купороса или соды. ПДК паров фосфора в воздухе производственных помещений - 0,03 мг/м³, временно допустимая концентрация в атмосферном воздухе - 0,0005 мг/м³, ПДК в питьевой воде - 0,0001 мг/дм³.

7.2. Токсикология соединений фосфора

Некоторые соединения фосфора (фосфин) очень токсичны. Боевые отравляющие вещества зарин, зоман, табун, V-газы являются соединениями фосфора.

Примечания

1. Phosphorus: electronegativities - www.webelements.com/phosphorus/electronegativity.html (англ.) . WebElements.
2. Sulfur and Phosphorus Compounds - www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/special2.htm (англ.) .
3. Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. - Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. - Т. 5. - С. 145.
4. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
5. В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др. Химия = Chemie. - М .: Химия, 1989. - С. 351. - ISBN 5-7245-0360-3
6. УНИАН - здоровье - Что происходит с фосфором? - health.unian.net/rus/detail/185459

Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии . Синхронизация выполнена 09.07.11 21:43:39
Похожие рефераты: Фосфор (мифология) , Алхимик открывающий фосфор , Красный Рог , Красный май , Красный чай , Красный Лес .