Фосфор

Один из наиболее распространённых простых веществ в земной коре – фосфор. В чистом виде не встречается, т.к. имеет высокую активность и быстро вступает в реакции. Входит в состав живых организмов.

Строение

Фосфор находится в V группе, в третьем периоде таблицы Менделеева. Располагается под 15 номером. Известно шесть изотопов фосфора, полученных искусственным путём.

Фосфор – элемент р-семейства. Атом фосфора состоит из положительно заряженного ядра +15 и 15 отрицательно заряженных электронов, располагающихся на трёх электронных оболочках. Пять валентных электронов располагаются на внешнем энергетическом уровне: 2 – на s-орбитали, 3 – на p-орбитали. В обычном состоянии p-орбиталь остаётся незавершённой, и фосфор проявляет III валентность. В возбуждённом состоянии электроны с s-орбитали переходят на p-орбиталь, и фосфор приобретает высшую валентность – V.

Строение атома фосфора

Рис. 1. Строение атома фосфора.

Электронная формула фосфора – 1s22s22p63s23p3.

Физические свойства

Фосфор при нормальных условиях постоянно находится в одном агрегатном состоянии. Это твёрдое кристаллическое вещество, нерастворимое в воде. Относительная атомная масса – 31 а.е.м., молярная масса – 30,9738 г/моль.

Фосфору свойственна аллотропия – способность модифицироваться. Модификации отличаются физическими свойствами фосфора. Особенности видов описаны в таблице.

Тип

tпл., °С

tкип., °С

ρ, г/см3

Характеристика

Белый

44

280

1,823

Из-за примесей может иметь жёлтый цвет. Наиболее мягкая модификация, режущаяся ножом, со специфическим запахом. Молекула состоит из четырёх атомов (Р4), расположенных в виде тетраэдра. Окисляется на воздухе со свечением, воспламеняется при 40°С. Токсичен, имеет небольшие смертельные дозы (0,05-0,15 г)

Красный

593 под давлением 4,36 МПа

2,4

Получается при нагревании белого фосфора в отсутствии воздуха и под ионизирующим излучением. Представляет собой полимер (Pn), состоящий из нескольких молекул Р4. Не ядовитый, не светится. Воспламеняется при 210°С. Не плавится в обычных условиях, а сразу улетучивается. Из паров образуется белый фосфор

Чёрный

1000 под давлением 18·105 Па

2,69

Получается при длительном нагревании белого фосфора при 230°С под высоким давлением. Имеет металлический блеск. Похож на графит, жирный на ощупь. Не растворяется даже в органических растворителях. Имеет свойства полупроводника. Можно поджечь при предварительном прокаливании до 500°С

Модификации фосфора

Рис. 2. Модификации фосфора.

При обычных условиях фосфор имеет только три модификации. Однако под высоким давлением из чёрного фосфора можно получить металлический фосфор. Это самая плотная модификация (3,83 г/см3), проводящая электрический ток.

Химические свойства

Активность снижается при переходе от одной модификации к другой. Поэтому активным является белый фосфор, инертным – металлический.

Фосфор вступает в реакции со многими простыми и сложными веществами. Особенности химических свойств описаны в таблице.

Реакция

Особенности

Уравнение

С кислородом

В избытке кислорода образуется оксид фосфора (V). При медленном окислении получается оксид фосфора (III)

– 4P + 5O2 → 2P2O5;

– 4P + 3O2 → 2P2O3

С галогенами и неметаллами

Восстанавливает

– 2P + 3Cl2 → 2PCl3;

– B + P → BP

С металлами

Окисляет. Образует фосфиды

3Mg + 2P → Mg3P2

С водой

Реагирует с водяным паром, образуя фосфин и фосфорную кислоту. Красный фосфор реагирует при нагревании и катализаторе, образуя фосфорную кислоту

– 8Р + 12Н2О → 5РН3 + 3Н3РО2;

– 2Р + 8Н2О → 2Н3РО2 + 5Н2

С кислотой

Связывается с водородом, замещая неметаллы

2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O

Со щелочами

Образует фосфин

4Р + 3KOH + 3Н2О → РН3 + 3KH2PO2

Фосфор не взаимодействует со свободным водородом.

Значение

В природе фосфор встречается в виде солей и минералов. В частности входит в состав апатита.

В организме животных и человека фосфор выполняет структурную функцию. Его содержат:

  • белки;
  • ДНК;
  • АТФ;
  • фосфолипиды;
  • костная, нервная, мышечная ткани.

Фосфор участвует в постройке клеточной мембраны, в метаболизме, в механизме сокращения мышц. Вместе с кальцием в виде фосфата кальция Са3(PO4)2 придаёт прочность скелету.

Фосфор участвует в круговороте веществ. Основной источник фосфора – растения, получающие его из почвы. В грунт фосфор попадает в результате гниения. Специальные бактерии перерабатывают органические вещества, содержащие фосфор, в фосфаты – неорганические соединения, усвояемые растениями.

Рис. 3. Круговорот фосфора.

Что мы узнали?

Фосфор – один из важнейших элементов неорганической химии, входящий в состав живых организмов. Электронная конфигурация – 1s22s22p63s23p3. Имеет переменную валентность – III и V.Это твёрдый неметалл, образующий три аллотропические формы – белый, красный и чёрный фосфор. Формы отличаются физическими и химическими свойствами. Самый активный – белый фосфор, окисляющийся на воздухе. Элемент реагирует с кислородом, металлами, неметаллами, галогенами, кислотами, водой и щелочами. Фосфор не реагирует с водородом.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 279.

Предметы