Фізичні і хімічні властивості фосфору

Реферат з хімії.

Фізичні і хімічні властивості фосфору Фосфор уперше добули у вільному стані у вигляді схожої на віск маси, що світиться в темряві. Звідси й походить назва цього елемента («фосфор» у перекладі з грецької - «світлоносний»).

У вільному стані фосфор утворює кілька алотропних видозмін. Атом фосфору, як і атом азоту, може утворювати три ковалент­них зв’язки. Але в молекулі азоту обидва атоми витрачають всі три зв’язки на зв’язування одного з одним, а в усіх алотроп­них видозмінах фосфору атоми зв’язані попарно тільки одним зв’язком. Якщо один атом фосфору приєднує до себе таким чином три інших, то утворюється проста молекула з чотирьох атомів, кожний з яких зв’язаний ковалентним зв’язком з трьома іншими. Форма молекули — тетраедр.

З таких молекул складається білий фосфор. Його кристалічна решітка молекулярна, складається з молекул, слабо зв’язаних міжмолекулярними силами. Тому білий фосфор, як і інші речови­ни з молекулярною решіткою, легко плавиться і леткий. У воді він майже не розчиняється, але добре розчиняється в багатьох органічних розчинниках. Білий фосфор отруйний.

Від помірного нагрівання при дуже високому тиску (що пе­ревищує більш як у 1200 раз атмосферний) білий фосфор пере­ходить у чорний, який має атомну шарувату кристалічну решітку. Чорний фосфор характеризується найменшою реак­ційною здатністю порівняно з іншими видозмінами фосфору.

На світлі чи від слабкого нагрівання без доступу повітря білий фосфор перетворюється в порошок червоно-бурого кольору (червоний фосфор). Червоний фосфор нелеткий і не розчиняється у воді та органічних розчинниках. Він не отруйний. Від сильного нагрівання без доступу повітря червоний фосфор знову перетво­рюється в білий фосфор. Це перетворення можна спостерігати, ледь тернувши в темряві сірником об коробку, щоб він не за­палився. На мить головка сірника залишить на коробці світлий слід — це світиться білий фосфор.

Фосфор відповідно до місця в періодичній таблиці більш електронегативний, ніж метали та водень, і менш електронега­тивний, ніж неметали, розмі­щені в періодичній таблиці далі справа і вище від нього. З металами фосфор спо­лучається, утворюючи фосфіди, наприклад фосфід магнію Mg3P2. У цій та аналогічній сполуках фосфор проявляє ступінь окислення -3.

Радіус атома фосфору більший за радіус атома азоту. Тому атом фосфору гірше удержує свої валентні електрони і слабше притягує електрони, яких йому не вистачає для завершення зовнішнього шару. Внаслідок цього кисневі сполуки фосфору міцніші від кисневих сполук азоту, а сполука з воднем навпаки, не така міцна, як сполука азоту — аміак.

Фосфороводень (фосфін) РН3 настільки неміцна сполука, що, на відміну від аміаку, її не можна добути прямим сполученням фосфору з воднем. Леткі сполуки фосфору з воднем, що утво­рюються від гниття органічних решток, здатні самозайматися на повітрі. Це є причиною рідкісного природного явища — «блу­каючих вогнів», що породило марновірство про душі померлих, які виходять з могил.

Найхарактернішими для фосфору є сполуки, в яких він про­являє ступінь окислення +5. Взаємодіючи з киснем, фосфор горить сліпучим полум’ям і утворює твердий вищий оксид Р2О5 у ви­гляді білого диму:

$$4\stackrel{0}{P}+5{\stackrel{0}{O}}_2=\stackrel{+}{2}\stackrel{5}{P}{}_2{\stackrel{-2}{O}}_5$$.

Червоний фосфор займається тільки від підпалювання. Білий фосфор окислюється на повітрі вже при звичайній температурі, при цьому він світиться. Світіння білого фосфору під час повіль­ного окислення — приклад прямого перетворення частини енергії окислення у світлове випромінювання.

Суміш червоного фосфору з бертолетовою сіллю КСl03 за­ймається з вибухом навіть від найменшого тертя або натискання:

$$\stackrel{0}{P}+K\stackrel{+}{C}\stackrel{5}{l}{O}_3->{\stackrel{+}{P}}_2^5{O}_5+K\stackrel{-}{C}\stackrel{1}{l}$$.

(Розставте коефіцієнти).

Цю хімічну реакцію ви здійснюєте щоразу, коли запалюєте сірник. Бертолетова сіль у суміші, наприклад, із сіркою як паль­ним є в головці сірника, а червоний фосфор — на бічній стінці коробки, об яку чиркають сірником. Так за допомогою червоного фосфору вдалося розв’язати проблему виготовлення безпечних і зручних у користуванні сірників.

Кисневмісні сполуки фосфору

Від згоряння фосфору утворюється густий білий дим, що осідає на стінках посудини у вигляді білого порошку. Це оксид фосфору (V) P2О5. Уливши в посудину води і збовтавши її, дістанемо спочатку каламутну рідину. Але незабаром каламуть зникає і утворюється прозорий розчин, що забарвлює фіолето­вий лакмус у червоний колір. Реакція приєднання води до оксиду фосфору (V) відбувається в кілька стадій.

Спочатку до молекул оксиду вмить приєднуються молекули води й утворюється метафосфорна кислота. Спрощене рівняння реакції має такий вигляд:

P2O5+H2O=2HPO3.

З часом до метафосфорної кислоти ще приєднуються моле­кули води, в результаті чого утворюється ортофосфорна кислота, яку часто називають просто фосфорною. Дістанемо таке спро­щене рівняння реакції:

HPO3+H2O=H3PO4.

Оксид фосфору (V) енергійно приєднує не тільки рідку воду, а й її пару. Тому в лабораторії його застосовують для осу­шування газів.

Фосфорна кислота Н3РO4 — тверда речовина, яка добре розчи­няється у воді. На відміну від азотної фосфорна кислота нелетка.

Під час дисоціації за першим ступенем (з утворенням дигідрофосфатіонів Н3РО4-) фосфорна кислота поводиться як кис­лота середньої сили. При дисоціації багатоосновних кислот кож­ний наступний іон водню відщеплюється гірше, ніж попередній, бо збільшується заряд аніона, притягання якого іонові водню доводиться переборювати. Тому розчини трьохосновної фосфор­ної кислоти поряд з нерозщепленими молекулами Н3РO4 містять багато дигідрофосфат-іонів Н3РО4-, мало моногідрофосфат-іонів НРО $${}_4^{2-}$$

і дуже мало фосфат-іонів РО.

$${}_4^{3-}$$

.

.

Фосфорна кислота взаємодіє тільки з металами, розміщеними в електрохімічному ряді напруг металів уліво від водню, її серед­ні солі називаються фосфатами. Залежно від кількості основи, добавленої до розчину фосфорної кислоти, в її молекулах, можуть заміститися металом один, два або всі три атоми водню:

H3PO4+NaOH=NaH2PO4+H2O

H3PO4+2NaOH=Na2HPO4+2H2O.

H3PO4+3NaOH=Na3PO4+3H2O.

Тому з тим самим металом фосфорна кислота може утво­рювати три різні щодо складу і властивостей солі. Якщо в моле­кулах фосфорної кислоти замістився металом тільки один атом водню, а кислотний залишок — одновалентний аніон Н2РО $${}_4^{-}$$, то сіль називається дигідрофосфатом («ди» — два, що показує кількість незаміщених атомів водню). Якщо в молекулах кислоти замістились металом два атоми водню й кислотний залишок — двовалентний аніон НРО $${}_4^{2-}$$, то сіль називається гідрофосфатом. А якщо три атоми водню заміщені металом, то сіль називається просто фосфатом. Наведемо приклади таких солей:

дигідрофосфати: NaH2PO4, Ca (H2PO4)2, NH4H2PO4;

гідрофосфати: Na2HPO4, CaHPO4, (NH4)2HPO4;

фосфати: Na3PO4, Ca3(PO4)2.

Дигідрофосфати металів добре розчиняються у воді. Фос­фати не розчиняються у воді, за винятком фосфатів натрію, калію і важчих лужних металів. Гідрофосфати щодо розчинності займають проміжне місце між дигідрофосфатами і фосфатами. Усі нерозчинні у воді фосфати розчиняються, якщо долити силь­них кислот, оскільки вони переходять у кислі солі - дигідрофосфати, наприклад:

Ca3(PO4)2+4HNO3=Ca (H2PO4)2+2Ca (NO3)2.

або в скороченій формі:

Ca3(PO4)2+4H+=3Ca2++2H2PO $${}_4^{-}$$.

Реактивом на іони PO $${}_4^{3-}$$ є нітрат срібла. Коли добавити його до розчину, в якому є ці іони, утворюється осад фосфату срібла:

PO $${}_4^{3-}$$ +3Ag+=Ag3PO4 $$V$$.

Фосфат срібла жовтого кольору і, як усі фосфати, розчи­няється, коли добавити розчину кислоти.

Фосфати, що виробляє промисловість, використовують як фос­форні добрива, кормові добавки, застосовують для виробництва миючих засобів тощо.