Istnieją trzy klasy złożonych związków nieorganicznych: tlenki, wodorotlenki (w tym kwasy i zasady) oraz sole. Wiele metali i niemetali może tworzyć tlenki, wodorotlenki, a także być częścią reszt kwasowych. Tak więc fosfor jest zawarty w reszcie kwasowej PO4. Istnieje kilka odmian tlenku fosforu. W związku z tym istnieją różne wodorotlenki, które powstają z tych tlenków. Najwyższym wodorotlenkiem fosforu jest kwas fosforowy. W tym artykule rozważymy właściwości fizyczne i chemiczne tego pierwiastka i jego związków, a także porozmawiamy o jego występowaniu w przyrodzie i innych interesujących faktach.
Właściwości fizyczne fosforu
Może istnieć w różnych odmianach. Fosfor to substancja składająca się z jednego pierwiastka chemicznego. Jego atomy nie łączą się w cząsteczki. Wzór na fosfor to P. Jednak w zależności od struktury sieci krystalicznej pierwiastek ten może występować w postaci trzech substancji.
Najczęstszym jest fosfor biały – ma woskową strukturę i wysoką toksyczność. Temperatura topnienia tej substancji wynosi czterdzieści cztery stopnie Celsjusza, a temperatura wrzenia to dwieście osiemdziesiąt stopni. Z podanym tarciemmateriału, bardzo szybko się zapala, więc przecinają go tylko umieszczając go w środowisku wodnym. Jeśli długo go ogrzewasz w temperaturze dwustu pięćdziesięciu stopni Celsjusza, zamienia się w czerwony fosfor. Substancja ta występuje w postaci brązowo-czerwonego proszku. Czerwony fosfor w przeciwieństwie do białego nie jest trujący.
Najbardziej stabilną formę istnienia tego pierwiastka można nazwać czarnym fosforem, który pod pewnymi cechami zewnętrznymi jest podobny do metalu: ma specyficzny połysk, ma wysoką twardość, przewodność elektryczną i cieplną.
Z punktu widzenia chemii
Fosfor to pierwiastek chemiczny, który znajduje się w piątej grupie i trzecim okresie w układzie okresowym. Z tego możemy wywnioskować, że jego wartościowość wynosi pięć. Ponadto z układu okresowego pierwiastków widać, że pierwiastek fosfor ma masę atomową trzydziestu jeden gramów na mol. Oznacza to, że 1 mol substancji będzie ważył 31 gramów. Biorąc pod uwagę właściwości chemiczne fosforu, porozmawiamy o jego reakcjach zarówno ze związkami prostymi, jak i złożonymi.
Interakcja z prostymi substancjami
Pierwszą rzeczą, na którą musisz zwrócić uwagę, jest utlenianie fosforu. To jego reakcja z tlenem. W efekcie mogą powstać dwie różne substancje - wszystko będzie zależeć od proporcji tych składników.
Pierwsza opcja - cztery mole fosforu i trzy mole tlenu tworzą dwa mole trójtlenku fosforu. Taką interakcję chemiczną można opisać za pomocą:równanie: 4P + 3O2=2P2O3.
Drugą opcją jest utworzenie czterech moli fosforu i pięciu moli tlenu, dwóch moli pięciotlenku fosforu. Tę reakcję można wyrazić za pomocą następującego równania:
W obu reakcjach chemicznych następuje znaczne uwolnienie światła. Ponadto fosfor może wchodzić w interakcje z tak prostymi substancjami jak metale, halogeny (fluor, jod, brom, chlor), siarka. Ten pierwiastek chemiczny może wykazywać zarówno właściwości redukujące, jak i utleniające. Przykładem interakcji z halogenami jest chlorowanie. Odbywa się w dwóch etapach. Pierwszym z nich jest utworzenie dwóch moli trichloranu fosforu z dwóch moli omawianego niemetalu i trzech moli chloru. To oddziaływanie można wyrazić za pomocą następującego równania: 2P +3Cl2=2PCl3.
Drugim etapem tego procesu jest dodanie atomów chloru do już otrzymanego trichloranu fosforu. Tak więc, gdy tę samą objętość chloru dodaje się do jednego mola tego ostatniego, powstaje jeden mol pentachloranu fosforu. Piszemy równanie dla tej reakcji w następujący sposób: PCl3 + Cl2=PCl5.
W tym przykładzie można zaobserwować regularności interakcji fosforu z metalami. Jeśli weźmiemy trzy mole potasu i jeden mol fosforu, otrzymamy jeden mol fosforku potasu. Ten rodzaj procesu można zapisać za pomocą następującego równania reakcji: 3K + P=K3R.
Interakcja zzłożone substancje
Złożone związki chemiczne, z którymi fosfor może reagować, obejmują kwasy i sole. Opiszmy w kolejności cechy kontaktu rozważanego pierwiastka z tymi grupami chemikaliów.
Fosfor i kwasy
Spośród wszystkich innych wyróżnia się interakcja fosforu i kwasu azotowego. Aby przeprowadzić tego rodzaju reakcję, należy wziąć następujące składniki: fosfor w ilości trzech moli, pięć moli kwasu azotanowego, a także wodę - dwa mole. W wyniku takiego oddziaływania chemicznego otrzymujemy następujące produkty: kwas fosforowy i tlenek azotu. Równanie dla tej reakcji jest zapisane w następujący sposób: 4 + 5NO.
Fosfor i sole
Ten rodzaj oddziaływania chemicznego można rozważyć na przykładzie reakcji rozważanego niemetalu z siarczanem miedzi. Aby przeprowadzić ten proces, konieczne jest pobranie dwóch moli fosforu, pięciu moli siarczanu miedzi, ośmiu moli wody. W wyniku oddziaływania tych substancji otrzymujemy następujące związki chemiczne: kwas siarczanowy w ilości pięciu moli, czystą miedź - tyle samo, kwas fosforowy - dwa mole. Proces ten można zapisać w postaci następującego równania: SO4 + 5Cu + 2H3PO4.
Zdobywanie tego niemetalowego
W przemyśle dana substancja jest ekstrahowana ze związku chemicznego, takiego jak fosforan wapnia. Dla tegozachodzi następująca reakcja chemiczna: wymieszanie określonej soli z piaskiem (tlenkiem krzemu) i węglem w proporcjach molowych 1:3:5, w wyniku czego otrzymuje się krzemian wapnia, fosfor i gaz czadowy w stosunku molowym 3:2:5.
Związki fosforu i ich właściwości
Najczęstszym ze związków rozważanego niemetalu jest wodorotlenek fosforu. Może być kilku rodzajów w zależności od tlenku, z którego jest utworzony. Wodorotlenek fosforu można otrzymać, przeprowadzając reakcję chemiczną między jego tlenkiem a wodą. W wyniku tych reakcji powstają różnego rodzaju substancje. Tak więc wodorotlenek (3) można otrzymać z trójtlenku, a wodorotlenek fosforu (5) z pięciotlenku. Substancje te mają właściwości kwasowe i mogą z kolei reagować z metalami, solami, zasadami itp.
Najwyższym wodorotlenkiem fosforu jest kwas fosforowy. Jest dotleniony i trójzasadowy. Jego formuła to H3PO4.
Podstawowe właściwości chemiczne
Wodorotlenek fosforu, którego wzór podano powyżej, może reagować zarówno z substancjami prostymi, jak i złożonymi. Przyjrzyjmy się bliżej tym procesom.
Reakcje kwasu fosforowego z metalami
Podobnie jak inne związki chemiczne tej klasy, wodorotlenek fosforu może oddziaływać z metalami. Podczas tego procesu zachodzi reakcja przemieszczenia, w której atomy metalu wypierają atomy wodoru, tworząc w ten sposób sól i wodór, który jest uwalniany do powietrza jako gaz o nieprzyjemnym zapachu. W celu tej reakcjimożna zrealizować, metal musi znajdować się na lewo od wodoru w elektrochemicznym szeregu aktywności. Oznacza to, że substancje takie jak miedź, srebro i inne im podobne nie są w stanie reagować z kwasem fosforowym, ponieważ ze względu na ich niską aktywność chemiczną nie będą w stanie wyprzeć atomów wodoru ze swoich związków.
Weźmy jako przykład aluminium. Gdy dwa mole tego pierwiastka dodamy do dwóch moli wodorotlenku fosforu, otrzymamy fosforan glinu i wodór w ilości odpowiednio 2 i 3 mole. Równanie dla tej reakcji jest zapisane w następujący sposób: 2Al + 2H3PO4=2AlPO4 + 3H 2.
Interakcja z bazami
Wodorotlenek fosforu, podobnie jak wiele innych kwasów, może wchodzić w reakcje chemiczne z zasadami. Takie procesy nazywane są reakcjami wymiany. W rezultacie powstaje nowy wodorotlenek, a także nowy kwas. Takie reakcje mogą mieć miejsce tylko wtedy, gdy jeden z powstałych produktów jest nierozpuszczalny w wodzie, to znaczy wytrąca się, odparowuje jako gaz lub jest wodą lub bardzo słabym elektrolitem.
Kwas fosforowy i sole
W tym przypadku zachodzi również reakcja wymiany. W rezultacie możesz uzyskać nowy kwas i sól. Aby taka reakcja miała miejsce, musi być też przestrzegana opisana powyżej reguła.
Zastosowanie fosforu i jego związków w przemyśle
Po pierwsze, związki tego pierwiastka chemicznego są używane dotworzenie mieszanki, która jest nakładana na boczną powierzchnię pudełek zapałek. Same główki zapałek są również traktowane mieszanką zawierającą fosfor.
Pięciotlenek rozważanego niemetalu jest szeroko stosowany jako osuszacz gazu. Znajduje również zastosowanie w przemyśle chemicznym w celu otrzymywania wodorotlenku fosforu, którego wzór i właściwości omówiono powyżej. Ponadto znajduje zastosowanie w produkcji szkła.
Wodorotlenek fosforu jest również używany w wielu gałęziach przemysłu. Przede wszystkim znajduje zastosowanie w produkcji nawozów. Wynika to z faktu, że fosfor jest po prostu niezbędny dla roślin. Dlatego istnieje wiele różnych nawozów, które są wytwarzane na bazie związku danego niemetalu. Do tych celów stosuje się substancje takie jak fosforan wapnia. Sól jest używana jako nawóz w postaci zmielonej. Ponadto stosuje się do tego zwykły i podwójny superfosfat. Ammofos i nitroammofos mogą również służyć jako nawóz. Oprócz wszystkich powyższych, jako odczynnik do oznaczania obecności związków srebra w roztworze stosuje się sole lub wodorotlenek fosforu. Do roztworu dodaje się więc substancję, która zawiera kwasową pozostałość PO4. Jeśli ten ostatni zawiera sole lub wodorotlenek srebra, powstanie bogaty żółty osad. Jest to fosforan argentu, który ma następujący wzór chemiczny: AgNO3.
Struktura atomu fosforu
Jak wiesz, wszystkie atomy składają się z jądra i obracających się elektronówDookoła niego. Jądro zawiera protony i neutrony. Elektrony mają ładunek ujemny, protony mają ładunek dodatni, a neutrony mają ładunek zerowy. Numer seryjny fosforu w układzie okresowym to piętnaście. Z tego możemy wywnioskować, że jej jądro zawiera piętnaście protonów. Jeśli atom jest obojętny, a nie jon, to jest tyle elektronów, ile jest protonów. Czyli w przypadku fosforu jest ich piętnaście.
Jeśli jeden z elektronów opuści swoją orbitę, atom zamieni się w dodatnio naładowany jon, czyli kation. Jeśli jeden elektron się połączy, powstaje ujemnie naładowany jon - anion.
W układzie okresowym pierwiastków chemicznych widać, że fosfor należy do trzeciego okresu. Z tego jasno wynika, że wokół jądra znajdują się trzy orbity, na których elektrony są równomiernie rozmieszczone. Pierwsza ma dwa, druga osiem, a trzecia pięć.
Rozpowszechnienie w przyrodzie
Ułamek masowy fosforu w skorupie ziemskiej wynosi 0,08%. Nie jest to bardzo powszechny pierwiastek chemiczny w przyrodzie. Istnieje jednak cała grupa minerałów zawierających fosfor. Są to apatyty, a także fosforyty. Najpopularniejszą z pierwszej grupy jest fluorapatyt. Jego wzór chemiczny jest następujący: 3Ca3(PO4)2•CaF2. Występuje w odcieniach transparentnych, zielonych i turkusowych. Wśród fosforytów najbardziej rozpowszechniony jest fosforan wapnia o następującym wzorze chemicznym: Ca3(PO4)2. Ponadto związki fosforuznajdują się w tkankach różnych organizmów żywych.
Rola fosforu i jego związków w przyrodzie i organizmie
Ten pierwiastek chemiczny jest bardzo ważny dla normalnego funkcjonowania prawie wszystkich narządów i ich układów. Przede wszystkim bez tego sprawne funkcjonowanie nerek jest niemożliwe. Pierwiastek ten bierze udział w procesach metabolicznych organizmu. Wspomaga również szybką regenerację tkanek. Bez niej niektórych witamin po prostu nie da się aktywować z korzyścią dla organizmu - dlatego fosfor jest często dodawany do prawie wszystkich preparatów witaminowych jako dodatkowy składnik. Ponadto jest jednym z pierwiastków chemicznych zapewniających normalne funkcjonowanie serca. On, oprócz wszystkich powyższych, bierze udział w procesie podziału komórek, więc życie na Ziemi jest niemożliwe bez tego mikroelementu.
Regulacja równowagi wodno-solnej to kolejna funkcja, jaką związki niemetali omówione w tym artykule pełnią w organizmie. Ponadto jest jednym z głównych składników tkanki kostnej i mięśniowej. Duży procent znajduje się również w zębach. Między innymi warto również zauważyć, że fosfor bierze udział w zapewnieniu prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego. Objawy niedoboru w organizmie omawianego pierwiastka śladowego są następujące: zwiększone zmęczenie, niska wydolność, zaburzenia w funkcjonowaniu układu nerwowego (nerwica, histeria itp.), zbyt częste przeziębienia, wyczerpanie mięśnia sercowego, bóle kości i mięśni, bardzo słaby apetyt. Aby uniknąć takiego zjawiska, jak brak fosforu w organizmie, musisz wiedziećjakie pokarmy to zawierają.
Przede wszystkim należy wyróżnić ryby wśród pokarmów bogatych w rozważany pierwiastek chemiczny. Szczególnie wysokie stężenie fosforu obserwuje się w takich gatunkach jak jesiotr, makrela, ostrobok, tuńczyk, sardynka, gromadnik, mintaj, stynka. Ponadto pierwiastek śladowy omówiony w tym artykule znajduje się w mięsie kraba, krewetkach, a także w produktach mlecznych, takich jak twarożek, ser topiony i ser.
Wnioski
Fosfor, choć nie jest bardzo powszechnym pierwiastkiem chemicznym na planecie, ma ogromne znaczenie zarówno z przemysłowego, jak i biologicznego punktu widzenia. On i jego związki, w szczególności wodorotlenek fosforu, są wykorzystywane do wytwarzania różnego rodzaju produktów. W artykule opisano również właściwości wodorotlenku fosforu (kwasu fosforowego) oraz cechy jego oddziaływania z metalami, zasadami i solami.
