Фосфор і його
з'єднання
Екзаменаційний реферат з хімії
виконала Буточкіна Оля, учениця 9 «д»
класу
Развілковская середня школа з
поглибленим вивченням окремих предметів
Москва, 2002 р.
Вступ
П'ята група періодичної системи включає два типових
елемента
азот і фосфор - і підгрупи
миш'яку і ванадію. Між першим і другим типовими елементами спостерігається значне розходження у властивостях.
У стані простих речовин азот - газ, а фосфор - тверде
речовина. Ці дві речовини отримали
велику область застосування,
хоча коли азот вперше був виділений з
повітря його вважали
шкідливим газом, а на
продажу фосфору було заробити велику кількість грошей (у фосфорі цінували
його здатність світиться в темряві).
Історія
відкриття фосфору
За іронією долі фосфор
відкривався кілька разів. Причому щоразу отримували його з ... сечі. Є
згадки про те, що арабський алхімік Альхільд Бехіль (XII століття) відкрив фосфор при перегоні сечі в суміші з глиною,
вапном і вугіллям. Проте датою відкриття фосфору вважається 1669. Гамбурзький
алхімік-любитель Хеннінг Бранд, що розорився купець, який мріяв за допомогою алхімії
поправити свої справи, піддавав обробці найрізноманітніші продукти.
Припускаючи, що фізіологічні продукти можуть містити «первинну матерію»,
вважалася основою філософського каменю,
Бранд зацікавився людської сечею.
Він зібрав близько тонни сечі з
солдатських казарм і випарювали її до утворення сиропоподібну рідини. Цю
рідина він знову дистильованої та отримав важке червоне «урині масло», перегнана з утворенням
твердого залишку. Нагріваючи останній, без доступу повітря, він зауважив освіта
білого диму, осідає на стінках посудини і яскраво світитися в темряві. Бранд
назвав отримане ним речовина фосфором, що в перекладі з грецького означає
«Светоносец».
Кілька років «рецепт
приготування »фосфору зберігався в таємниці і був відомий лише
декільком алхімікам. Втретє фосфор відкрив Р. Бойль в 1680 році.
У дещо модифікованому
вигляді старовинний метод отримання фосфору використовували і в XVIII сторіччі: нагрівання піддавали суміш сечі з оксидом
свинцю (PbO), кухонною сіллю (NaCl),
поташем (K2CO3) та вугіллям (C).
Лише 1777 К. В. Шеєле заробив спосіб отримання фосфору з рогу та кісток
тварин.
Природні
з'єднання та отримання фосфору
За поширеністю в земній
корі фосфор випереджає азот, сірку і хлор. На відміну від азоту фосфор, через
великої хімічної активності зустрічається в природі тільки у вигляді сполук.
Найбільш важливі мінерали фосфору - апатит Са5Х (РО4) 3 (Х - фтор, хлор і рідше
гідрооксільная група) і фосфорити основою якого є Са3 (РО4) 2.
Найбільше родовище апатитів знаходиться на Кольському півострові, у районі
Хібінського гір. Поклади фосфоритів знаходяться в районі гір Каратау, в Московській,
Калузької, Брянської областях та в інших місцях. Фосфор входить до складу
деяких білкових речовин, що містяться в генеративних органах рослин, у нервових
і кісткових тканинах організмів тварин і людини. Особливо багаті фосфором
мозкові клітини.
У наші дні фосфор виробляють у
електричних печах, відновлюючи апатит вугіллям у присутності кремнезему:
Ca3 (PO4) 2 +3 SiO2 +5 C ® 3CaSiO3 5 CO + P2.
Пари фосфору при цій
температурі майже повністю складаються з молекул Р2, які при охолодженні
конденсуються в молекули Р4.
Хімічні
властивості
Електронна конфігурація атома
фосфору
1S22S22P63S23P33d0
зовнішній електронний шар
містить 5 електронів. Наявністю трьох неспарених електронів на зовнішньому
енергетичному рівні пояснює те, що
в нормальному, не збудженому стані валентність фосфору дорівнює 3.
Але на третьому енергетичному рівні
є вакантні осередку d-орбіталей, тому при переході в
збуджений стан 3S-електрони будуть відокремлюватися,
переходити на d підрівень, що призводить до
утворення 5-ти неспарених елементів.
Таким чином, валентність
фосфору у збудженому стані дорівнює 5.
У сполуках фосфор зазвичай
проявляє ступінь окислення +5, рідше 3, -3.
1. Реакції з киснем:
4P0 + 5O2 
2P2 5 O5
(при нестачі кисню: 4P0 +
3O2 
2P2 3 O3)
2. З галогенами і сіркою:
2P0 + 3Cl2 ® 2P 3 Cl3
P0 + 5S 
P2 5 S5
(галогеніди фосфору легко
розкладаються водою, наприклад:
PCl3 + 3H2O ® H3PO3 + 3HCl
PCl5 + 4H2O ® H3PO4 + 5HCl)
3. З азотною кислотою:
3P0 + 5HN +5 O3 + 2H2O ® 3H3P 5 O4 + 5N 2 O
4. З металами утворює Фосфіди,
в яких фосфор проявляє ступінь окислення - 3:
2P0 + 3Mg ® Mg3P2-3
(фосфід магнію легко розкладається
водою Mg3P2 + 6H2O ®
3Mg (OH) 2 + 2PH3 (фосфін))
3Li + P ® Li3P-3
5. Зі лугом:
4P + 3NaOH + 3H2O ® PH3 + 3NaH2PO2
У реакціях (1,2,3) - фосфор
виступає як відновник, в реакції (4) - як окислювач; реакція (5) --
приклад реакції диспропорціонування.
Фосфор може бути як
відновлювачем, так і окислювачем.
Аллотропние
зміни
У вільному стані фосфор
утворює кілька аллотропних видозмін. Це пояснюється тим, що атоми
фосфору здатні, взаємно з'єднуючись, утворювати кристалічні решітки
різного типу.
Таблиця 1
Фізичні властивості фосфору
Аллотропная модифікація
Щільність,
г/см3
tпл,
0C
Tкіп,
0C
Зовнішній вигляд і характерні ознаки
Білий
1,73
44,1
280,5
Білий кристалічний порошок, отруйний, самозаймається на
повітрі. При 280-300 ° С переходить в червоний
Червоний
2,3
590
Возгоняется близько 400 ° С
Червоний кристалічний або аморфний порошок, неядовіт.
При 220 ° С і 12
