Фосфор и његова једињења: оксидациона стања, формуле

Фосфор и његова једињења су широко распрострањена у кори и морској води. Као хемијски елемент, припада групи пництида, што значи да припада 15. групи Периодног система. Активност елемента је веома висока, формира скоро 200 природних минерала, садржана је у животињским ткивима, дио је протеина, масти, молекула који размјењују енергију и чувају насљедне информације у тијелу.

Аллотропиц формс

Фосфор (П) је неметални, постоји у 11 алотропних модификација, које се разликују по боји, густини, хемијским својствима. Главни су 4:

• зеленкастобела (жута);
• црвена;
• црна;
• метал.

Преостали облици још нису у потпуности схваћени, али се вјерује да су они мјешавина четири главна. Велике модификације могу ићи једна у другу, јер су нестабилне. На пример, бели фосфор под дејством светлости претвара се у црвену боју, која се затим претвара у црну, а затим у металик. Ова друга форма је стабилна, али са сваком трансформацијом хемијска активност супстанце се смањује.

Вхите пхоспхорус

Ова алотропна модификација је представљена П4 молекулима. Метастабилан је, омекшава се до собног воска на собној температури, постаје хладан на хладном. Топљење и кључање одвијају се без распадања, зрак оксидира супстанцу и чини је сјајном. Може се дестиловати са паром, слабо загревање доводи до испаравања, а присуство кисеоника истовремено омогућава паљење чак и под водом.

Растворити бели облик у органским једињењима: дисулфид, хлориди и бромиди тровалентног фосфора, амонијак, кисели гас, дитиодихлорид. Тешко је растворити у тетраклориду, није осетљив на дејство воде, добро је сачуван под слојем.

Супстанца се може добити реакцијом калцијум ортофосфата са коксом и силицијум оксид на 1000 степени Целзијуса. Други метод је разлагање фосфоровог тријодида на температури од 100-120 степени Целзијуса.

Активност белог фосфора је веома висока: обнавља племените метале из њихових соли, оксидише се киселинама, водоник пероксидом, перманганатом, халогенима и халкогенима. Обнављање водоником и металима. Интеракција са алкалијама доводи до диспропорционације реакције. Супстанце којима је бели фосфор инертан су угљеник и азот.

Висока хемијска активност чини опасност за модификацију. Спонтано се пали при контакту са кожом, што доводи до тешких опекотина. Поред тога, тровање белим фосфором доводи до пораза костију, све до њихове смрти, а акумулација у телу од 50-150 мг доводи до смрти.

Жути фосфор

Необрађен бели фосфор се назива жути. Боја варира од светло до тамно браон. Супстанца се може складиштити и транспортовати само под слојем воде или раствора калцијум хлорида, јер је запаљива и отровна, оксидована у ваздуху, што доводи до запаљења, праћено паљењем светло зеленог пламена и ослобађањем дебелог белог дима.

За гашење пожара потребна вам је врло велика количина ледене воде, али је боље користити раствор бакар сулфата. Да би се избегло поновно паљење, огњиште које се већ гаси треба додатно напунити влажним песком.

Црвени фосфор

Таква модификација се састоји од полимерних молекула П _н различитих величина. Метастабилан је и рендгенски аморфан, сублимира се при загревању. Његова хемијска активност је слаба. Попут белог фосфора, ова форма се оксидира у ваздуху, али процес је много спорији и ауто-паљење се не посматра све док температура не достигне 240 степени, или је супстанца подвргнута трењу. У присуству влаге, црвени облик се претвара у оксид, а затим у фосфорна киселина. Због тога се складишти у херметички затвореној посуди, али ако дође до конверзије, испере се водом из остатака хемијских једињења фосфора и осуши.

Дисулфид угљика, као и вода, не може растопити црвену модификацију, али то може учинити фосфор трибромид и талина бизмута или олова, из којих се кристализира П ₈ љубичаста.

Црвени фосфор се добија загревањем беле боје у атмосфери угљен моноксида на температури од 500 степени Целзијуса. У зависности од степена дробљења може доћи до варијација боје од љубичасто-црвене до тамно-љубичасте са металним сјајем. Процес може ићи у супротном смеру: ако преведете црвену модификацију у пару, а затим се охладите, она ће се претворити у белу.

Употреба црвеног фосфора и његових једињења је широка. Прије свега, то је због чињенице да су знатно мање токсични од оних бијеле форме. Користе се у производњи шибица, јер се запаљују од трења.

Црни и метални фосфор

Ова модификација се може заменити са графитом, јер има изглед црних сјајних кристала са металним сјајем и слојевитом структуром. На додир су дебеле. Црни фосфор се састоји од непрекидних ланаца П _н . Хемијски је пасиван, стабилан на ваздуху, и не раствара се у води или органским једињењима. Запали се може само у атмосфери чистог кисеоника. У овом случају он проводи електричну струју. Испада црни фосфор из беле када се загреје изнад 200 степени и под притиском од 13-20 хиљада атмосфера. У металу се претвара у 820 хиљада атмосфера.

Апатите

Фосфор и његова једињења формирају скоро две стотине минерала. Најпознатији од њих је апатит. У природи, може изгледати другачије. Често је сличан берилу, диопсиду или турмалину. Због тога су му дали име, које се са грчког преводи као "обмана". Можете разликовати апатит од мање тврдоће у односу на друге минерале и призматични изглед кристала.

Постоји неколико наслага овог ресурса, највеће је у Русији, а остатак је распршен у Бразилу, Мексику, Америци, Чилеу и другим земљама. Примена је у индустрији и пољопривреди. Дјелује као састојак гнојива, керамике, стакла.

Због крхкости драгуљара овај камен ријетко користи, а обично га занимају само сакупљачи. Највећи апатит добре квалитете имао је масу од 147 карата, али обично ти минерали не прелазе 5-20 карата.

Апатит се такође налази у живим организмима, где је део костију и зуба и може се депоновати у бубрежним каменцима.

Степен оксидације фосфора

У једињењима, елемент има позитиван или негативан оксидационо стање а за једноставну супстанцу П4 она је нула.

Негативни оксидативни број -3 се манифестује у фосфину и фосфидима. Фосфор показује позитивно оксидационо стање у једињењима:

• хипофосфорне киселине и њених соли фосфина (+1);
• фосфорна киселина и фосфити (+3);
• анхидрид фосфорне киселине, одређени број халогенида, ортофосфорна киселина (+5).

Ово су само примери супстанци које садрже фосфор. У ствари, формуле фосфорних једињења су много веће, а елемент може имати различите оксидационе бројеве у њима, на пример, постоје халиди у којима је његово оксидационо стање 3. Свака од ових супстанци има своје јединствене особине које одређују њихову употребу од стране људи.

Фосфин

ПХ ₃ је гасовита водонична једињења фосфора, названа фосфин или монофосфан. Слабо је растворљив у води, не реагује са алкалијама и амонијаком. То је снажно редукционо средство, у интеракцији са концентрованим киселинама, јодом, кисеоником, водоничним пероксидом, натријум хипохлоритом. У овом једињењу степен оксидације фосфора је -3.

У свом чистом облику, супстанца је отровна, инхибира нервни систем и омета метаболизам. Истовремено је безбојан и без мириса. Технички узорци емитују мирис покварене рибе. Можете их добити од различитих једињења, на пример:

• из трикалцијум дифосфида када реагује са водом (потребни су катализатори у облику водоника и дифосфина), или разблажени хлороводоничном или неконцентрисаном ортофосфорном киселином;
• од белог фосфора у реакцији са концентрисаним алкалијама и водом (реакција се одвија брже при кључању), или са водоником под притиском и на температури од 300 - 360 степени Целзијуса, или са хлороводоничном киселином на 300 степени;
• из фосфонијум јодида када се разграђује под утицајем температуре од 80 степени (обрнута реакција се дешава када се охлади на минус 20 степени), или када она реагује са водом или разблаженом лужином;
• од фосфонске киселине када се разложи у вакууму на температури од 100 степени, а затим загреје на 200 степени у присуству дифосфина, или реакцијом са атомским водоником добијеним интеракцијом цинка са разблаженом сумпорном киселином.

Природни фосфин се спонтано пали у ваздуху, што даје ефекат "лутајућих светла" у облику лопте или пламена свеће. Овај ријетки феномен понекад се може видјети у мочварама, пољима или гробљима.

Хипоцхлороус ацид

Фосфорно једињење формуле Х (ПХ202) се такође назива фосфин или хипофосфорна киселина. Претходно је означен као Х3П02, али се испоставило да је такво писање нетачно, јер је киселина монобазична. Ово је једињење у коме је степен оксидације фосфора 1.

Супстанца има белу боју, слабо се топи и разграђује се чак и при ниском гријању. Остала својства су добра растворљивост у води, неутрализација алкалијама и амонијак хидрат, и способност да дјелују као јако редукционо средство када се загревају у концентрованом раствору или слабом оксидационом средству.

Можете га добити на следеће начине:

• реакцијом белог фосфора са концентрованим баријум хидроксидом и водом када се загрева до 70 степени Целзијуса, након чега следи додавање разблажене хладне сумпорне киселине у добијену со;
• интеракција фосфина са водом и јодом;
• додавање катјонске воде натријум фосфинату.

Добијена супстанца омогућава стварање трајних металних премаза за стакло, керамику или пластику, а његове соли се користе у фармацеутској индустрији.

Фосфорна киселина

Друго име за фосфорно једињење у композицији Х2 (ПХО3) је фосфонска киселина. Као иу претходном случају, некоректно прављење Х ₃ ПО ₃ , али је напуштено, јер је у воденим растворима киселина дибазична.

Степен оксидације фосфора у једињењу је 3. Супстанца има белу боју, распада се при загревању, полако оксидира у ваздуху, раствара се у води. Киселина је слаба и лако се неутралише алкалијама, може да делује као слабо оксидационо средство или не јако јак редукциони агенс. Већина реакција захтева грејање.

Постоји много начина за производњу киселине, на пример:

• реакција фосфора са концентрованом сумпорном или селенском киселином (у другом случају је потребна вода);
• оксидација влажног фосфора са кисеоником (за убрзање реакције потребно је загревање на 30-40 степени);
• интеракција фосфина са концентрисаним сумпорна киселина ;
• додавање воде или гасне хлороводоничне киселине у тетрафосфорни хексаоксид (реакција ће ићи брже ако је вода врела);
• интеракција фосфор триклорида са водом на собној температури (реакција се може извести на 0 степени, али у овом случају је потребан течни угљен тетраклорид);
• реакција фосфор трииодида са водом у атмосфери азота.

У наставку се користе редукциона својства једињења.

Тетрапхоспхорус децаокиде

П4О10 се зове фосфорни анхидрид. Може бити у аморфном, стакластом или кристалном стању, а његова боја је увек бела. Кристална супстанца се сублимира када се загрева, тако да почиње да се топи, потребно је створити надпритисак, а затим ће се анхидрид претворити у високо покретну течност.

Ако се настави са температурном обрадом, доћи ће до процеса полимеризације, услед чега ће се кристални декаооксид након хлађења претворити у стакласт производ (П ₂ О ₅ ) _н . Степен оксидације фосфора у једињењу п2о5, као у П ₄ О _10, једнак је 5.

Друге могуће хемијске реакције овог једињења:

• интеракција са водом и алкалијама, која карактерише његове киселинске особине;
• халогенизација, односно замена атома кисеоника са флуором, хлором, бромом или јодом;
• опоравак фосфора;
• формирање пероксо-спојева.

Међутим, најважнија особина супстанце је њена способност раздвајања воде од молекула органских једињења (дехидрација). Због тога се фосфорни анхидрид нашироко користи као средство за сушење гасова и течности. Поред тога, користи се у органској синтези и представља интермедијер у термичкој производњи фосфорне киселине.

Супстанца се може добити на следеће начине:

• сагоревање белог фосфора у ваздуху на температури од 34-60 степени Целзијуса (можете узети црвену верзију, али у овом случају треба 240-400 степени);
• интеракција белог фосфора са хлоритом и разблаженим натријум хидроксидом на температури од 10-15 степени;
• реакцијом црвеног фосфора са калијум хлоратом на температури од 50 степени;
• оксидацијом тетрафосфор-хексаоксида са кисеоником на температури од 50 до 120 степени.

За индустријску производњу најчешће се користи први метод. Технолошки процес одвија се у посебној комори са сушеним ваздухом. Добијени децаоксид се пречисти сублимацијом.

Фосфор пентафлуорид

ПФ ₅ је безбојни гас. У једињењу, фосфор показује оксидационо стање 5, које је најкарактеристичније за елемент. Супстанца кипи без распадања, али процес може почети даљим загријавањем. Хидролизира се водом, реагује са алкалијама, водоник-флуоридом и силицијум-диоксидом. Формира флуорокомплекс.

Методе за његову припрему су следеће:

• брзо распадање црвеног фосфора на температури од минус 60 степени са флуором у сувишку аргона као катализатора;
• интеракција фосфор пентахлорида са калцијум флуоридом на 300-400 степени или са течним арсен флуоридом на собној температури.

Добијено једињење се користи у производњи флуорофосфата, као и инхибитора корозије метала.

Дакле, фосфор и његова једињења су од великог значаја у индустрији и користе се у разним индустријама.