Fosfors un tā savienojumi. Fosfora savienojumu praktiskais pielietojums

2024 Autors: Angel Austin | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 05:35

Biogēno elementu vidū īpaša vieta jāatvēl fosforam. Patiešām, bez tā tādu dzīvībai svarīgu savienojumu kā, piemēram, ATP vai fosfolipīdi, kā arī daudzu citu organisko vielu pastāvēšana nav iespējama. Tajā pašā laikā šī elementa neorganiskā viela ir ļoti bagāta ar dažādām molekulām. Fosfors un tā savienojumi tiek plaši izmantoti rūpniecībā, ir nozīmīgi bioloģisko procesu dalībnieki, tiek izmantoti dažādās cilvēka darbības nozarēs. Tāpēc apsveriet, kas ir šis elements, kāda ir tā vienkāršā viela un svarīgākie savienojumi.

Fosfors: elementa vispārīgās īpašības

Pozīciju periodiskajā tabulā var aprakstīt vairākos punktos.

1. Piektā grupa, galvenā apakšgrupa.
2. Trešais mazais periods.
3. Kārtuma skaitlis - 15.
4. Atomu masa ir 30, 974.
5. Atoma elektroniskā konfigurācija 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Iespējamie oksidācijas stāvokļi no-3 līdz +5.
7. Ķīmiskais simbols - P, izruna formulās "pe". Elementa nosaukums ir fosfors. Latīņu nosaukums Phosphorus.

Šī atoma atklāšanas vēsture aizsākās tālajā XII gadsimtā. Pat alķīmiķu ierakstos bija informācija, kas liecināja par nezināmas "gaismas" vielas saņemšanu. Tomēr oficiālais fosfora sintēzes un atklāšanas datums bija 1669. gads. Bankrotējušais tirgotājs Brends, meklējot filozofu akmeni, nejauši sintezēja vielu, kas spēj izstarot mirdzumu un degt ar spilgtu, apžilbinošu liesmu. Viņš to izdarīja, atkārtoti kalcinējot cilvēka urīnu.

Pēc tam neatkarīgi viens no otra šis elements tika saņemts aptuveni vienādos veidos:

• Es. Kunkel;
• R. Boils;
• A. Markgrāfs;
• K. Šēle;
• A. Lavoisier.

Šodien viena no populārākajām šīs vielas sintēzes metodēm ir reducēšana no atbilstošajiem fosforu saturošiem minerāliem augstā temperatūrā oglekļa monoksīda un silīcija dioksīda ietekmē. Process tiek veikts īpašās krāsnīs. Fosfors un tā savienojumi ir ļoti svarīgas vielas gan dzīvām būtnēm, gan daudzām sintēzēm ķīmiskajā rūpniecībā. Tāpēc ir jāapsver, kas šis elements ir kā vienkārša viela un kur tā ir sastopama dabā.

Vienkārša viela fosfors

Ir grūti nosaukt konkrētu savienojumu, kad runa ir par fosforu. Tas ir saistīts ar daudzajiemšim elementam piemītošās allotropās modifikācijas. Ir četras galvenās vienkāršās vielas fosfora šķirnes.

1. B alts. Šis ir savienojums, kura formula ir Р₄. Tā ir b alta gaistoša viela ar asu nepatīkamu ķiploku smaku. Tas spontāni aizdegas gaisā normālā temperatūrā. Deg ar gaiši gaiši zaļu gaismu. Ļoti indīgs un dzīvībai bīstams. Ķīmiskā aktivitāte ir ārkārtīgi augsta, tāpēc to iegūst un uzglabā zem attīrīta ūdens slāņa. Tas ir iespējams sliktas šķīdības dēļ polārajos šķīdinātājos. Šim b altajam fosforam vislabāk piemērotas oglekļa disulfīds un organiskās vielas. Sildot, tas spēj pārveidoties nākamajā alotropiskajā formā - sarkanajā fosforā. Kondensējot un atdzesējot tvaikus, tas spēj veidot slāņus. Taustā eļļaina, mīksta, viegli griežama ar nazi, b alta (nedaudz dzeltenīga). Kušanas temperatūra 44⁰C. Ķīmiskās aktivitātes dēļ to izmanto sintēzēs. Bet tā toksicitātes dēļ tam nav plašas rūpnieciskas pielietošanas.
2. Dzeltens. Tā ir slikti attīrīta b altā fosfora forma. Tas ir vēl indīgāks, arī nepatīkami smaržo pēc ķiplokiem. Aizdegas un deg ar spilgti mirdzoši zaļu liesmu. Šie dzeltenie vai brūnie kristāli ūdenī nemaz nešķīst, pilnībā oksidējoties, tie izdala b altus dūmus ar sastāvu P₄O₁₀.
3. Sarkanais fosfors un tā savienojumi ir visizplatītākā un rūpniecībā visbiežāk izmantotā šīs vielas modifikācija. Pastveida sarkana masa, kas zem paaugstināta spiediena varpāriet violetu kristālu formā, ir ķīmiski neaktīvs. Tas ir polimērs, kas var izšķīst tikai noteiktos metālos un nekas cits. 250⁰С temperatūrā tas sublimējas, pārvēršoties b altā modifikācijā. Nav tik toksisks kā iepriekšējās formas. Tomēr ilgstoša iedarbība uz ķermeni ir toksiska. To izmanto, lai uzklātu sērkociņu kastēm aizdedzinošu pārklājumu. Tas izskaidrojams ar to, ka tas nevar spontāni aizdegties, bet tas uzsprāgst (aizdegas) denotācijas un berzes laikā.
4. Melns. Pēc ārējiem datiem tas ir ļoti līdzīgs grafītam, arī taustoties ir taukains. Tas ir elektrisks pusvadītājs. Tumši kristāli, spīdīgi, kas vispār nespēj izšķīdināt nekādos šķīdinātājos. Lai tas aizdegtos, ir nepieciešama ļoti augsta temperatūra un iepriekšēja apkure.

Interesants ir arī nesen atklātais fosfora veids - metālisks. Tas ir vadītājs, un tam ir kubisks kristāla režģis.

Ķīmiskās īpašības

Fosfora ķīmiskās īpašības ir atkarīgas no tā, kādā formā tas ir. Kā minēts iepriekš, visaktīvākā dzeltenb altā modifikācija. Kopumā fosfors spēj mijiedarboties ar:

• metāli, veido fosfīdus un darbojas kā oksidētājs;
• nemetāli, kas darbojas kā reducētājs un veido dažāda veida gaistošus un negaistošus savienojumus;
• spēcīgi oksidētāji, kas pārvēršas fosforskābē;
• ar koncentrētiem kodīgajiem sārmiem pēc veidanesamērība;
• ar ūdeni ļoti augstā temperatūrā;
• ar skābekli, veidojot dažādus oksīdus.

Fosfora ķīmiskās īpašības ir līdzīgas slāpekļa ķīmiskajām īpašībām. Galu galā viņš ir daļa no pnictogen grupas. Tomēr aktivitāte ir par vairākām kārtām lielāka alotropo modifikāciju daudzveidības dēļ.

Būt dabā

Kā barības viela fosfors ir ļoti bagāts. Tā procentuālais daudzums zemes garozā ir 0,09%. Tas ir diezgan liels rādītājs. Kur šis atoms ir atrodams dabā? Ir vairākas galvenās vietas, ko nosaukt:

• augu zaļā daļa, to sēklas un augļi;
• dzīvnieku audi (muskuļi, kauli, zobu emalja, daudzi svarīgi organiskie savienojumi);
• garoza;
• augsne;
• akmeņi un minerāli;
• jūras ūdens.

Šajā gadījumā mēs varam runāt tikai par radniecīgām formām, bet ne par vienkāršu vielu. Galu galā viņš ir ārkārtīgi aktīvs, un tas neļauj viņam būt brīvam. Starp ar fosforu bagātākajiem minerāliem ir:

• angļu;
• fluorapptīts;
• svanbergite;
• fosforīts un citi.

Šī elementa bioloģisko nozīmi nevar pārvērtēt. Galu galā tā ir daļa no tādiem savienojumiem kā:

• proteīni;
• fosfolipīdi;
• DNS;
• RNA;
• fosfoproteīni;
• enzīmi.

Tas ir, visas tās, kas ir vitāli svarīgas un no kurām tiek būvēts viss organisms. Dienas nauda vidēji pieaugušam cilvēkam ir aptuveni 2 grami.

Fosfors un tā savienojumi

Tā kā šis elements ir ļoti aktīvs, tas veido daudz dažādu vielu. Galu galā tas arī veido fosfīdus un pats darbojas kā reducētājs. Sakarā ar to ir grūti nosaukt elementu, kas būtu inerts, reaģējot ar to. Tāpēc fosfora savienojumu formulas ir ārkārtīgi dažādas. Ir vairākas vielu klases, kuru veidošanā viņš ir aktīvs dalībnieks.

1. Binārie savienojumi - oksīdi, fosfīdi, gaistošs ūdeņraža savienojums, sulfīds, nitrīds un citi. Piemēram: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{un citi.}
2. Kompleksas vielas: visu veidu sāļi (vidēji, skābi, bāziski, dubulti, kompleksi), skābes. Piemērs: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ un citi.
3. Skābekli saturoši organiskie savienojumi: olb altumvielas, fosfolipīdi, ATP, DNS, RNS un citi.

Lielākajai daļai norādīto vielu veidu ir liela rūpnieciska un bioloģiska nozīme. Fosfora un tā savienojumu izmantošana ir iespējama gan medicīniskiem nolūkiem, gan gluži parastu sadzīves priekšmetu ražošanā.

Savienojumi ar metāliem

Fosfora bināros savienojumus ar metāliem un mazāk elektronnegatīviem nemetāliem sauc par fosfīdiem. Tās ir sāļiem līdzīgas vielas, kas ir ārkārtīgi nestabilas, saskaroties ar dažādiem aģentiem. Ātra sadalīšanās (hidrolīze) izraisa pattīrs ūdens.

Turklāt nekoncentrētu skābju iedarbībā viela sadalās arī atbilstošos produktos. Piemēram, ja mēs runājam par kalcija fosfīda hidrolīzi, tad produkti būs metāla hidroksīds un fosfīns:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

Un, pakļaujot fosfīdu sadalīšanai minerālskābes iedarbībā, mēs iegūstam atbilstošo sāli un fosfīnu:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Kopumā apskatāmo savienojumu vērtība ir tieši tajā, ka rezultātā veidojas fosfora ūdeņraža savienojums, kura īpašības tiks aplūkotas turpmāk.

Gaistošas vielas, kuru pamatā ir fosfors

Ir divi galvenie:

• b altais fosfors;
• fosfīns.

Mēs jau minējām pirmo un sniedzām raksturlielumus. Viņi teica, ka tie ir biezi b alti dūmi, ļoti indīgi, slikti smaržo un parastos apstākļos pašaizdegas.

Bet kas ir fosfīns? Šī ir visizplatītākā un pazīstamākā gaistošā viela, kas ietver attiecīgo elementu. Tas ir binārs, un otrais dalībnieks ir ūdeņradis. Fosfora ūdeņraža savienojuma formula ir pH₃, nosaukums ir fosfīns.

Šīs vielas īpašības var raksturot šādi.

1. Gaistoša bezkrāsaina gāze.
2. Ļoti indīgs.
3. Tas smaržo pēc sapuvušas zivs.
4. Nesadarbojas ar ūdeni un tajā ļoti slikti šķīst. Labi šķīstorganiskās vielas.
5. Parastos apstākļos ļoti reaģējošs.
6. Paši aizdegas gaisā.
7. Ražots, sadaloties metālu fosfīdiem.

Cits vārds ir Fosfāns. Ar to saistīti stāsti no seniem laikiem. Tas viss ir par "klejojošajām gaismām", kuras cilvēki dažreiz redzēja un redz tagad kapsētās un purvos. Sfēriskas vai svecēm līdzīgas gaismas, kas parādās šur tur, radot kustības iespaidu, tika uzskatītas par sliktu zīmi, un māņticīgie cilvēki no tām ļoti baidījās. Par šīs parādības cēloni, pēc dažu zinātnieku mūsdienu uzskatiem, var uzskatīt fosfīna spontānu sadegšanu, kas dabiski veidojas, sadaloties gan augu, gan dzīvnieku organiskajām atliekām. Gāze izplūst un, saskaroties ar skābekli gaisā, aizdegas. Liesmas krāsa un izmērs var atšķirties. Visbiežāk tās ir zaļgani spilgtas gaismas.

Acīmredzot visi gaistošie fosfora savienojumi ir indīgas vielas, kuras ir viegli noteikt pēc asas nepatīkamas smakas. Šī zīme palīdz izvairīties no saindēšanās un nepatīkamām sekām.

Savienojumi ar nemetāliem

Ja fosfors darbojas kā reducētājs, tad jārunā par binārajiem savienojumiem ar nemetāliem. Visbiežāk tie ir vairāk elektronegatīvi. Tātad mēs varam atšķirt vairākus šāda veida vielu veidus:

• fosfora un sēra savienojums - fosfora sulfīds P₂S₃;
• fosfora hlorīds III, V;
• oksīdi un anhidrīdi;
• bromīds un jodīds unciti.

Fosfora un tā savienojumu ķīmija ir daudzveidīga, tāpēc ir grūti noteikt svarīgākos no tiem. Ja runājam konkrēti par vielām, kas veidojas no fosfora un nemetāliem, tad vislielākā nozīme ir dažāda sastāva oksīdiem un hlorīdiem. Tos izmanto ķīmiskajā sintēzē kā atūdeņotājus, kā katalizatorus un tā tālāk.

Tātad, viens no spēcīgākajiem žāvēšanas līdzekļiem ir visaugstākais fosfora oksīds - P₂O₅. Tas piesaista ūdeni tik spēcīgi, ka tiešā saskarē ar to notiek vardarbīga reakcija ar spēcīgu trokšņa pavadījumu. Pati viela ir b alta sniegam līdzīga masa, kas savā agregācijas stāvoklī ir tuvāka amorfai.

Skābekli saturoši organiski savienojumi ar fosforu

Ir zināms, ka organiskā ķīmija savienojumu skaita ziņā ievērojami pārsniedz neorganisko ķīmiju. Tas izskaidrojams ar izomērijas fenomenu un oglekļa atomu spēju veidot dažādas struktūras atomu ķēdes, kas noslēdzas viena ar otru. Protams, ir noteikta kārtība, tas ir, klasifikācija, kurai ir pakļauta visa organiskā ķīmija. Savienojuma klases ir dažādas, tomēr mūs interesē viena konkrēta, tieši saistīta ar konkrēto elementu. Tie ir skābekli saturoši savienojumi ar fosforu. Tie ietver:

• koenzīmi - NADP, ATP, FMN, piridoksāla fosfāts un citi;
• proteīni;
• nukleīnskābes, jo fosforskābes atlikums ir daļa no nukleotīda;
• fosfolipīdi un fosfoproteīni;
• enzīmi un katalizatori.

Jona veids, kurāfosfors ir iesaistīts šo savienojumu molekulas veidošanā, nākamais ir PO₄^3-, tas ir, tas ir skābes atlikums no fosforskābes. Dažos proteīnos tas atrodas kā brīvs atoms vai vienkāršs jons.

Katra dzīva organisma normālai darbībai šis elements un tā veidotie organiskie savienojumi ir ārkārtīgi svarīgi un nepieciešami. Patiešām, bez olb altumvielu molekulām nav iespējams izveidot vienu ķermeņa strukturālo daļu. Un DNS un RNS ir galvenie iedzimtās informācijas nesēji un raidītāji. Parasti visiem savienojumiem ir jābūt bez kļūmēm.

Fosfora izmantošana rūpniecībā

Fosfora un tā savienojumu izmantošanu rūpniecībā var raksturot vairākos punktos.

1. Izmanto sērkociņu, sprādzienbīstamu savienojumu, aizdedzes bumbu, dažu degvielu, smērvielu ražošanā.
2. Kā gāzes absorbētājs un kvēlspuldžu ražošanā.
3. Lai aizsargātu metālus no korozijas.
4. Lauksaimniecībā kā augsnes mēslojums.
5. Kā ūdens mīkstinātājs.
6. Ķīmiskajā sintēzē dažādu vielu ražošanā.

Dzīvos organismos loma ir samazināta līdz līdzdalībai zobu emaljas un kaulu veidošanā. Piedalīšanās ana- un katabolisma reakcijās, kā arī šūnas iekšējās vides un bioloģisko šķidrumu buferizācijas uzturēšana. Tas ir DNS, RNS, fosfolipīdu sintēzes pamatā.