Фосфор как химический элемент.

Лекция 4 Фосфор и его соединения

План.

1. Фосфор как химический элемент.

2. Фосфор как простое вещество.

3. Соединения фосфора с отрицательной степенью окисления.

4. Оксиды фосфора.

5. Фосфорная кислота и ее соли.

6. Кругооборот фосфора в природе.

Фосфор как химический элемент.

Положение в ПС: №15, 3 период,5 группа, главная подгруппа, А_r = 31. Состав атома: 15p, 15e^-, 16n. Заряд ядра +15, три электронных слоя: 2e^-, 8е^-, 5e^-. Электронная формула 1s² 2s² 2p⁶3s²3p³

На внешнем слое 5 электронов, слой не завершён, но близок к завершению, радиус атома фосфора больше, чем у азота (два слоя) => у него достаточно высокая ЭО, но неметаллические свойства он проявляет в меньшей степени, чем азот. Фосфор типичный неметалл. На внешнем уровне фосфор имеет три e^- неспаренные, поэтому характерная валентность (III); но наличие свободных 3d-орбиталей делает возможным переход р-электрона на эти орбитали и появление пяти неспаренных e^- , и тогда у фосфора возможна валентность (V). Она для фосфора очень выгодна энергетически. Как неметалл фосфор имеет отрицательную с.о. -3, она проявляется в соединениях с металлами – фосфидах. ЭО фосфора практически равно ЭО водорода (2,1 по Полингу), поэтому говорить о степени окисления фосфора в водородном соединении сложно, большинство авторов приписывают (-) фосфору. Положительные с.о. фосфор проявляет в соединениях с кислородом и большинством неметаллов (+3, +5). Наиболее устойчивы соединения со с.о. +5.

Распространение элемента в природе: 0,1% по массе на Земле. В свободном состоянии (в виде простого вещества) не встречается, но известно множество неорганических и органических соединений фосфора. Из неорганических минералов важнейшим является фосфорит Ca₃(PO₄)₂ и апатит, который кроме фосфата кальция содержит еще CaCl₂ или CaF₂. Фосфор – макроэлемент и органоген, его содержание в организме человека - 3,1% по массе, он входит в состав белков(фосфопротеины), липидов (фосфолипиды) и нуклеотидов (ДНК, РНК, АТФ) и , кроме того, костная ткань позвоночных содержит большое количество Ca₃(PO₄)_2.

Фосфор как простое вещество. Для фосфора характерна аллотропия, т.е. существует несколько простых веществ, образованных элементов фосфора.

Белый фосфор: Р_{4 ,}твердое вещество бесцветное и прозрачное, молекулярная кристаллическая решетка_, плавится при 44,1^оС, на холоду хрупок, при 20^оС режется ножом, плотность 1,8 г/см³. На воздухе быстро окисляется и при этом светится в темноте, отсюда и название, которое означает «светоносный». Может даже самовоспламеняться при комнатной температуре, горит под водой. Поэтому белый фосфор хранят без доступа воздуха, под водой, т.к. он в воде не растворяется. Белый фосфор очень ядовит!

Черный фосфор: полимерная модификация, Р_∞ , имеет слоистую кристаллическую решетку, плотность 2,7 г/см³, внешне похож на графит, но является полупроводником. Р₄ →Р_∞ при 200^оС и 12000атм. . Самовоспламеняется при температуре больше 400^оС. Не ядовит.

Существует несколько форм красного фосфора, т.е. структура красного фосфора окончательно не установлена, предполагают полимерное строение, цепочки из молекулР₄. В зависимости от способа получения плотность от 2 до 2,4 г/см³ и температура плавления 585-600 ^оС. Самовоспламеняется при температуре больше 250^оС. Не ядовит.

Химические свойства: типичный неметалл, химически активен (белый и красный), может быть и окислителем, и восстановителем.

Как окислитель взаимодействует с металлами, с водородом практически не взаимодействует. Фосфин H₃P получают косвенным путем, при гидролизе фосфидов. Фосфин в воде растворяется, но основными свойствами (как аммиак) практически не обладает. На воздухе самовоспламеняется.

Na + P → Na₃PP⁰ +3е^- → P^-3

Как восстановитель – с активными неметаллами:

P + O₂ →P₂O₅ P⁰ – 5е^- → P⁺⁵

P + Cl₂ → PCl₃P⁰ – 3е^- → P⁺³

Получение: в электропечах при более 1000^оС

Ca₃(PO₄)₂ + С +SiO₂ → P + CaSiO₃ + CO

Применение:

1). Белый фосфор – зажигательные смеси (напалм).

2). Красный фосфор – спички, фосфорорганические вещества.