Fosforas ir jo junginiai. Praktinis fosforo junginių pritaikymas

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Tarp biogeninių elementų ypatinga vieta turėtų būti skiriama fosforui. Iš tiesų, be jo neįmanoma egzistuoti tokių gyvybiškai svarbių junginių kaip, pavyzdžiui, ATP ar fosfolipidų, taip pat daugelio kitų organinių medžiagų. Tuo pačiu metu šio elemento neorganinėje medžiagoje yra labai daug įvairių molekulių. Fosforas ir jo junginiai plačiai naudojami pramonėje, yra svarbūs biologinių procesų dalyviai, naudojami įvairiose žmogaus veiklos srityse. Todėl apsvarstykite, kas tai yra elementas, kokia jo paprasta medžiaga ir svarbiausi junginiai.

Fosforas: bendrosios elemento charakteristikos

Padėtį periodinėje lentelėje galima apibūdinti keliais punktais.

1. Penktoji grupė, pagrindinis pogrupis.
2. Trečias mažas laikotarpis.
3. Eilinis skaičius – 15.
4. Atominė masė yra 30 974.
5. Elektroninė atomo konfigūracija 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Galimos oksidacijos būsenos nuo-3 iki +5.
7. Cheminis simbolis – P, tarimas formulėse „pe“. Elemento pavadinimas yra fosforas. Lotyniškas pavadinimas Fosforas.

Šio atomo atradimo istorija siekia tolimą XII amžių. Netgi alchemikų įrašuose buvo informacijos, rodančios nežinomos „šviečiančios“medžiagos gavimą. Tačiau oficiali fosforo sintezės ir atradimo data buvo 1669 m. Bankrutavęs pirklys Brandas, ieškodamas filosofinio akmens, atsitiktinai susintetino medžiagą, galinčią skleisti švytėjimą ir degti ryškia akinama liepsna. Jis tai padarė pakartotinai kalcinuodamas žmogaus šlapimą.

Po to, nepriklausomai vienas nuo kito, šis elementas buvo gautas maždaug tokiais pat būdais:

• Aš. Kunkel;
• R. Boyle;
• A. Markgrafas;
• K. Scheele;
• A. Lavoisier.

Šiandien vienas populiariausių šios medžiagos sintezės būdų yra redukcija iš atitinkamų fosforo turinčių mineralų aukštoje temperatūroje, veikiant anglies monoksidui ir silicio dioksidui. Procesas atliekamas specialiose krosnyse. Fosforas ir jo junginiai yra labai svarbios medžiagos tiek gyvoms būtybėms, tiek daugeliui sintezės chemijos pramonėje. Todėl reikėtų pagalvoti, kas yra šis elementas kaip paprasta medžiaga ir kur jis randamas gamtoje.

Paprasta medžiaga fosforas

Sunku įvardyti konkretų junginį, kai kalbama apie fosforą. Taip yra dėl daugybėsšio elemento turimos alotropinės modifikacijos. Yra keturios pagrindinės paprastosios medžiagos fosforo atmainos.

1. B alta. Tai junginys, kurio formulė yra Р₄. Tai b alta laki medžiaga, turinti aštrų nemalonų česnako kvapą. Normalioje temperatūroje ore užsidega savaime. Dega šviečiančia šviesiai žalia šviesa. Labai nuodingas ir pavojingas gyvybei. Cheminis aktyvumas itin didelis, todėl gaunamas ir laikomas po išvalyto vandens sluoksniu. Tai įmanoma dėl prasto tirpumo poliniuose tirpikliuose. Šiam b altajam fosforui geriausiai tinka anglies disulfidas ir organinės medžiagos. Kaitinamas, jis gali virsti kita alotropine forma - raudonuoju fosforu. Kondensuodamas ir aušindamas garus gali sudaryti sluoksnius. Liečiant riebi, minkšta, lengvai pjaustoma peiliu, b alta (šiek tiek gelsva). Lydymosi temperatūra 44⁰C. Dėl savo cheminio aktyvumo jis naudojamas sintezei. Tačiau dėl savo toksiškumo jis nėra plačiai naudojamas pramonėje.
2. Geltona. Tai prastai išgryninta b altojo fosforo forma. Jis dar nuodingesnis, taip pat nemalonus česnako kvapas. Užsidega ir dega ryškiai šviečiančia žalia liepsna. Šie geltoni arba rudi kristalai vandenyje visiškai netirpsta, visiškai oksiduodami išskiria b altus dūmus, kurių sudėtis P₄O₁₀.
3. Raudonasis fosforas ir jo junginiai yra labiausiai paplitusi ir dažniausiai pramonėje naudojama šios medžiagos modifikacija. Teptinė raudona masė, kuri esant padidintam slėgiui galipereiti į violetinių kristalų formą, yra chemiškai neaktyvus. Tai polimeras, kuris gali ištirpti tik tam tikruose metaluose ir nieko daugiau. 250⁰С temperatūroje jis sublimuoja, virsdamas b alta modifikacija. Ne toks toksiškas kaip ankstesnės formos. Tačiau ilgalaikis poveikis organizmui yra toksiškas. Jis naudojamas degtukų dėžėms padengti padegamąja danga. Tai paaiškinama tuo, kad jis negali užsidegti savaime, bet sprogsta (užsidega) denotacijos ir trinties metu.
4. Juoda. Pagal išorinius duomenis jis labai panašus į grafitą, liesti taip pat yra riebus. Tai elektrinis puslaidininkis. Tamsūs kristalai, blizgūs, kurie visiškai negali ištirpti jokiuose tirpikliuose. Kad jis užsidegtų, reikalinga labai aukšta temperatūra ir išankstinis pašildymas.

Įdomi ir neseniai atrasta fosforo forma – metalinis. Jis yra laidininkas ir turi kubinę kristalinę gardelę.

Cheminės savybės

Fosforo cheminės savybės priklauso nuo jo formos. Kaip minėta aukščiau, aktyviausia geltonos ir b altos spalvos modifikacija. Apskritai fosforas gali sąveikauti su:

• metalai, formuojantys fosfidus ir veikiantys kaip oksidatorius;
• nemetalai, veikiantys kaip reduktorius ir sudaryti įvairių rūšių lakius ir nelakius junginius;
• stiprios oksiduojančios medžiagos, virstančios fosforo rūgštimi;
• su koncentruotais šarminiais šarmais pagal rūšisneproporcingumas;
• su labai aukštos temperatūros vandeniu;
• su deguonimi, kad susidarytų įvairūs oksidai.

Fosforo cheminės savybės yra panašios į azoto. Juk jis priklauso pniktogenų grupei. Tačiau aktyvumas yra keliomis eilėmis didesnis dėl alotropinių modifikacijų įvairovės.

Būti gamtoje

Fosforo, kaip maistinės medžiagos, yra labai daug. Jo procentas žemės plutoje yra 0,09%. Tai gana didelis rodiklis. Kur gamtoje yra šis atomas? Yra keletas pagrindinių vietų, kurias galima pavadinti:

• žalioji augalų dalis, jų sėklos ir vaisiai;
• gyvūnų audiniai (raumenys, kaulai, dantų emalis, daugelis svarbių organinių junginių);
• pluta;
• dirvožemis;
• uolos ir mineralai;
• jūros vanduo.

Šiuo atveju galime kalbėti tik apie susijusias formas, bet ne apie paprastą substanciją. Juk jis be galo aktyvus, ir tai jam neleidžia būti laisvam. Tarp mineralų, kuriuose gausu fosforo, yra:

• Anglų;
• fluoraaptitas;
• svanbergitas;
• fosforitas ir kt.

Šio elemento biologinės reikšmės negalima pervertinti. Galų gale, tai yra tokių junginių dalis kaip:

• b altymai;
• fosfolipidai;
• DNR;
• RNR;
• fosfoproteinai;
• fermentai.

Tai yra visi tie, kurie yra gyvybiškai svarbūs ir iš kurių susideda visas organizmas. Vidutinio suaugusiojo dienos norma yra apie 2 gramus.

Fosforas ir jo junginiai

Būdamas labai aktyvus, šis elementas sudaro daug įvairių medžiagų. Galų gale, jis taip pat sudaro fosfidus, o pats veikia kaip reduktorius. Dėl to sunku įvardinti elementą, kuris su juo reaguodamas būtų inertiškas. Todėl fosforo junginių formulės yra itin įvairios. Yra keletas medžiagų klasių, kurias formuojant jis aktyviai dalyvauja.

1. Dvejetainiai junginiai – oksidai, fosfidai, lakūs vandenilio junginiai, sulfidai, nitridai ir kt. Pavyzdžiui: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{ir kt.}
2. Sudėtingos medžiagos: visų rūšių druskos (vidutinės, rūgštinės, bazinės, dvigubos, kompleksinės), rūgštys. Pavyzdys: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ ir kt.
3. Organiniai junginiai, kurių sudėtyje yra deguonies: b altymai, fosfolipidai, ATP, DNR, RNR ir kiti.

Dauguma nurodytų rūšių medžiagų turi didelę pramoninę ir biologinę reikšmę. Fosforą ir jo junginius galima naudoti tiek medicinos reikmėms, tiek gaminant gana įprastus namų apyvokos daiktus.

Junginiai su metalais

Dvejetainiai fosforo junginiai su metalais ir mažiau elektronegatyviais nemetalais vadinami fosfidais. Tai į druską panašios medžiagos, kurios veikiamos įvairių veiksnių yra itin nestabilios. Greitas skilimas (hidrolizė) sukelia netpaprastas vanduo.

Be to, veikiant nekoncentruotoms rūgštims, medžiaga taip pat skyla į atitinkamus produktus. Pavyzdžiui, jei mes kalbame apie kalcio fosfido hidrolizę, tada produktai bus metalo hidroksidas ir fosfinas:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

Ir fosfidą skaidydami mineraline rūgštimi, gauname atitinkamą druską ir fosfiną:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Apskritai nagrinėjamų junginių vertė slypi būtent tame, kad dėl to susidaro vandenilio fosforo junginys, kurio savybės bus nagrinėjamos toliau.

Lakios medžiagos, kurių pagrindą sudaro fosforas

Yra du pagrindiniai:

• b altasis fosforas;
• fosfinas.

Pirmąjį jau minėjome aukščiau ir pateikėme charakteristikas. Jie sakė, kad tai tiršti b alti dūmai, labai nuodingi, nemalonaus kvapo ir įprastomis sąlygomis užsidega savaime.

Bet kas yra fosfinas? Tai yra labiausiai paplitusi ir gerai žinoma laki medžiaga, kuriai priklauso atitinkamas elementas. Jis yra dvejetainis, o antrasis dalyvis yra vandenilis. Fosforo vandenilio junginio formulė yra pH₃, pavadinimas yra fosfinas.

Šios medžiagos savybes galima apibūdinti taip.

1. Lakios bespalvės dujos.
2. Labai nuodinga.
3. Kvepia kaip supuvusi žuvis.
4. Nesąveikauja su vandeniu ir labai blogai jame tirpsta. Gerai tirpstaorganika.
5. Įprastomis sąlygomis labai reaguoja.
6. Savaime užsidega ore.
7. Gaminamas skaidant metalų fosfidus.

Kitas pavadinimas yra Fosfanas. Su juo siejami pasakojimai iš senovės. Viskas apie „klaidžiojančias šviesas“, kurias žmonės kartais matydavo ir dabar pamatydavo kapinėse ir pelkėse. Šen bei ten pasirodančios sferinės ar žvakes primenančios lemputės, sukeliančios judėjimo įspūdį, buvo laikomos blogu ženklu, o prietaringi žmonės jų labai bijojo. Šio reiškinio priežastimi, remiantis šiuolaikinėmis kai kurių mokslininkų pažiūromis, galima laikyti savaiminį fosfino, kuris susidaro natūraliai skaidant augalines ir gyvūnines organines liekanas, degimą. Dujos išeina ir, susilietus su ore esančiu deguonimi, užsidega. Liepsnos spalva ir dydis gali skirtis. Dažniausiai tai žalsvai ryškios šviesos.

Akivaizdu, kad visi lakieji fosforo junginiai yra nuodingos medžiagos, kurias lengva aptikti iš aštraus nemalonaus kvapo. Šis ženklas padeda išvengti apsinuodijimo ir nemalonių pasekmių.

Junginiai su nemetalais

Jei fosforas veikia kaip reduktorius, turėtume kalbėti apie dvejetainius junginius su nemetalais. Dažniausiai jie yra labiau elektroneigiami. Taigi, galime išskirti keletą šios rūšies medžiagų tipų:

• fosforo ir sieros junginys - fosforo sulfidas P₂S₃;
• fosforo chloridas III, V;
• oksidai ir anhidridas;
• bromidas ir jodidas irkiti.

Fosforo ir jo junginių chemija yra įvairi, todėl sunku išskirti svarbiausius iš jų. Jei kalbėsime konkrečiai apie medžiagas, kurios susidaro iš fosforo ir nemetalų, tai didžiausią reikšmę turi įvairios sudėties oksidai ir chloridai. Jie naudojami cheminėse sintezėse kaip vandens šalinimo priemonės, katalizatoriai ir pan.

Taigi, viena iš galingiausių džiovinimo priemonių yra didžiausias fosforo oksidas – P₂O₅. Jis taip stipriai pritraukia vandenį, kad tiesioginio sąlyčio su juo metu įvyksta smarki reakcija su stipriu triukšmo lydimu. Pati medžiaga yra b alta į sniegą panaši masė, savo agregacijos būsena artimesnė amorfinei.

Deguonies prisotinti organiniai junginiai su fosforu

Žinoma, kad organinė chemija junginių skaičiumi gerokai lenkia neorganinę chemiją. Tai paaiškinama izomerijos reiškiniu ir anglies atomų gebėjimu sudaryti įvairios struktūros atomų grandines, užsidarančius viena su kita. Natūralu, kad yra tam tikra tvarka, tai yra klasifikacija, kuriai taikoma visa organinė chemija. Ryšio klasės yra skirtingos, tačiau mus domina viena konkreti, tiesiogiai susijusi su nagrinėjamu elementu. Tai deguonies turintys junginiai su fosforu. Tai apima:

• kofermentai – NADP, ATP, FMN, piridoksalio fosfatas ir kiti;
• b altymai;
• nukleorūgštys, nes fosforo rūgšties liekana yra nukleotido dalis;
• fosfolipidai ir fosfoproteinai;
• fermentai ir katalizatoriai.

Jono tipas, kuriamefosforas dalyvauja formuojant šių junginių molekulę, kita yra PO₄^3-, tai yra rūgšties liekana fosforo rūgšties. Kai kuriuose b altymuose jis yra kaip laisvas atomas arba paprastas jonas.

Normaliam kiekvieno gyvo organizmo funkcionavimui šis elementas ir jo susidarantys organiniai junginiai yra nepaprastai svarbūs ir reikalingi. Iš tiesų, be b altymų molekulių neįmanoma sukurti vienos struktūrinės kūno dalies. O DNR ir RNR yra pagrindiniai paveldimos informacijos nešėjai ir perdavėjai. Apskritai visi ryšiai turi būti be trikdžių.

Fosforo naudojimas pramonėje

Fosforo ir jo junginių naudojimą pramonėje galima apibūdinti keliais punktais.

1. Naudojamas degtukų, sprogstamųjų junginių, padegamųjų bombų, tam tikro kuro, tepalų gamyboje.
2. Kaip dujų absorberis ir kaitrinių lempų gamyboje.
3. Metalams apsaugoti nuo korozijos.
4. Žemės ūkyje kaip dirvožemio trąša.
5. Kaip vandens minkštiklis.
6. Cheminėje sintezėje gaminant įvairias medžiagas.

Gyvųjų organizmų vaidmuo yra sumažintas iki dalyvavimo formuojant dantų emalį ir kaulus. Dalyvavimas ana- ir katabolizmo reakcijose, taip pat ląstelės vidinės aplinkos ir biologinių skysčių buferio palaikymas. Tai yra DNR, RNR, fosfolipidų sintezės pagrindas.