Чёрный
фосфор
- Чёрный
фосфор — это наиболее стабильная
термодинамически и химически наименее
активная форма элементарного фосфора.
Впервые чёрный фосфор был получен
в 1914 году американским физиком П. У.
Бриджменом из белого фосфора в виде
чёрных блестящих кристаллов, имеющих
высокую (2690 кг/м³) плотность. Для проведения
синтеза чёрного фосфора Бриджмен
применил давление в 2×109 Па (20 тысяч
атмосфер) и температуру около 200
°С. Начало быстрого перехода лежит
в области 13 000 атмосфер и температуре
около 230 °С.
- Чёрный
фосфор представляет собой чёрное вещество
с металлическим блеском, жирное
на ощупь и весьма похожее на графит,
и с полностью отсутствующей
растворимостью в воде или органических
растворителях. Поджечь чёрный фосфор
можно, только предварительно сильно раскалив
в атмосфере чистого кислорода
до 400 °С. Удивительным свойством чёрного
фосфора является его способность
проводить электрический ток
и свойства полупроводника. Температура
плавления чёрного фосфора 1000 °С
под давлением 18×105 Па.
Металлический
фосфор
- При
8,3×1010 Па чёрный фосфор переходит в
новую, ещё более плотную и
инертную металлическую фазу с плотностью
3,56 г/см³, а при дальнейшем повышении
давления до 1,25×1011 Па — ещё более
уплотняется и приобретает кубическую
кристаллическую решётку, при этом
его плотность возрастает до 3,83 г/см³.
Металлический фосфор очень хорошо
проводит электрический ток.
Аллотропия
Химические
свойства
- Химическая
активность фосфора значительно
выше, чем у азота. Химические свойства
фосфора во многом определяются его
аллотропной модификацией. Белый
фосфор очень активен, в процессе
перехода к красному и чёрному
фосфору химическая активность резко
снижается. Белый фосфор на воздухе
светится в темноте, свечение обусловлено
окислением паров фосфора до низших
оксидов.
- В
жидком и растворенном состоянии, а
также в парах до 800 °С фосфор состоит
из молекул Р4. При нагревании выше
800 °С молекулы диссоциируют: Р4 = 2Р2. При
температуре выше 2000 °С молекулы распадаются
на атомы.
Взаимодействие
с простыми веществами
- Фосфор
легко окисляется кислородом:
4P + 5O2 →
2P2O5 (с избытком кислорода),
4P + 3O2 →
2P2O3 (при медленном окислении или
при недостатке кислорода).
Взаимодействует
со многими простыми веществами —
галогенами, серой, некоторыми металлами,
проявляя окислительные и восстановительные
свойства:
с металлами
— окислитель, образует фосфиды:
2P + 3Ca →
Ca3P2,
2P + 3Mg →
Mg3P2.
фосфиды
разлагаются водой и кислотами с образованием
фосфина
с неметаллами
— восстановитель:
2P + 3S →
P2S3,
2P + 3Cl2 →
2PCl3.
Не взаимодействует
с водородом.
Взаимодействие
с водой
- Взаимодействует
с водой, при этом диспропорционирует:
8Р + 12Н2О
= 5РН3 + 3Н3РО4 (фосфорная кислота).
Оксид
фосфора
Взаимодействие
со щелочами
- В
растворах щелочей диспропорционирование
происходит в большей степени:
4Р + 3KOH
+ 3Н2О → РН3 + 3KН2РО2.
Хлорид
фосфора
Восстановительные
свойства
- Сильные
окислители превращают фосфор в фосфорную
кислоту:
- 3P
+ 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO;
- 2P
+ 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O.
- Реакция
окисления также происходит при
поджигании спичек, в качестве окислителя
выступает бертолетова соль:
- 6P
+ 5KClO3 → 5KCl + 3P2O5
Применение
- Фосфор
является важнейшим биогенным элементом
и в то же время находит очень
широкое применение в промышленности.
Красный фосфор применяют в производстве
спичек. Его вместе с тонко измельчённым
стеклом и клеем наносят на
боковую поверхность коробка. При
трении спичечной головки, в состав
которой входят хлорат калия и
сера, происходит воспламенение
Применение
Элементарный
фосфор
- Пожалуй,
первое свойство фосфора, которое человек
поставил себе на службу, — это горючесть.
Горючесть фосфора очень велика
и зависит от аллотропической
модификации.
- Наиболее
активен химически, токсичен и горюч
белый («жёлтый») фосфор, потому он очень
часто применяется (в зажигательных
бомбах и пр.).
- Красный
фосфор — основная модификация, производимая
и потребляемая промышленностью. Он
применяется в производстве спичек,
взрывчатых веществ, зажигательных
составов, топлив, а также противозадирных
смазочных материалов, в качестве
газопоглотителя в производстве
ламп накаливания.
Использование
фосфора в спичках
Соединения
фосфора в сельском
хозяйстве
- Фосфор
(в виде фосфатов) — один из трёх
важнейших биогенных элементов (NPK),
участвует в синтезе АТФ. Большая
часть производимой фосфорной кислоты
идёт на получение фосфорных удобрений
— суперфосфата, преципитата, аммофоски
и др
Соединения
фосфора в промышленности
- Фосфаты
широко используются:
- в
качестве комплексообразователей (средства
для умягчения воды),
- в
составе пассиваторов поверхности металлов
(защита от коррозии, например, т. н. состав
«мажеф»).
Фосфатные
связующие
- Способность
фосфатов формировать прочную трёхмерную
полимерную сетку используется для
изготовления фосфатных и алюмофосфатных
связок.
Биологическая
роль соединений фосфора
- Фосфор
присутствует в живых клетках
в виде орто- и пирофосфорной кислот,
входит в состав нуклеотидов, нуклеиновых
кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов,
коферментов, ферментов. Кости человека
состоят из гидроксилапатита 3Са3(РО4)3·Ca(OH)2.
В состав зубной эмали входит фторапатит.
Основную роль в превращениях соединений
фосфора в организме человека и животных
играет печень. Обмен фосфорных соединений
регулируется гормонами и витамином D.
Суточная потребность человека в фосфоре
800—1500 мг. При недостатке фосфора в организме
развиваются различные заболевания костей.
-
Токсикология
элементарного фосфора
- Красный
фосфор практически нетоксичен. Пыль
красного фосфора, попадая в легкие,
вызывает пневмонию при хроническом
действии.
- Белый
фосфор очень ядовит, растворим в липидах.
Смертельная доза белого фосфора — 50—150
мг. Попадая на кожу, белый фосфор дает
тяжелые ожоги.
- Острые
отравления фосфором проявляются жжением
во рту и желудке, головной болью,
слабостью, рвотой. Через 2—3 суток развивается
желтуха. Для хронических форм характерны
нарушение кальциевого обмена, поражение
сердечно-сосудистой и нервной систем.
Первая помощь при остром отравлении
— промывание желудка, слабительное,
очистительные клизмы, внутривенно
растворы глюкозы. При ожогах кожи обработать
пораженные участки растворами медного
купороса или соды. ПДК паров фосфора
в воздухе производственных помещений
— 0,03 мг/м³, временно допустимая концентрация
в атмосферном воздухе — 0,0005 мг/м³,
ПДК в питьевой воде — 0,0001 мг/дм³.
Токсикология
соединений фосфора
- Некоторые
соединения фосфора (фосфин) очень токсичны.
Боевые отравляющие вещества зарин,
зоман, табун, V-газы являются соединениями
фосфора.
Чудеса
фосфора
Церковь
не раз пользовалась белым фосфором для
одурачивания верующих. Известны, как
минимум, два вида «чудес», к которым причастно
это вещество. Чудо первое: свеча, загорающаяся
сама. Делается это так: на фитиль наносят
раствор фосфора в сероуглероде, растворитель
довольно быстро испаряется, а оставшиеся
на фитиле крупинки фосфора окисляются
кислородом воздуха и самовоспламеняются.
Чудо второе: «божественные» надписи,
вспыхивающие на стенах. Тот же раствор,
те же реакции. Если раствор достаточно
насыщен, то надписи сначала светятся,
а затем вспыхивают и исчезают.
Фосфор