Аллотропные модификации фосфора
Аллотропия – это когда у одного атома несколько простых веществ. У фосфора есть три аллотропных модификации, которые нужно знать:
- Белый фосфор.
Имеет молекулярную кристаллическую решетку (молекулы Р4). Поэтому химически очень активен, и поэтому токсичен.
Представляет собой белое мягкое вещество, похожее внешне и по консистенции на воск.
- Черный фосфор.
Имеет атомную кристаллическую решетку. Похож на графит (так же, как и он проводит ток), жирный на ощупь.
- Красный фосфор.
У него тоже атомная кристаллическая решетка. Эту аллотропную модификацию фосфора используют в производстве спичечных коробков.
Аллотропные модификации фосфора с атомной решеткой гораздо более стабильные и менее токсичные, чем белый фосфор.
Есть еще желтый фосфор, но это всего лишь грязный белый.
Производство фосфора
В качестве сырья для производства фосфора используют минералы, содержащие фосфат кальция (Ca3(PO4)2).
Фосфат кальция сплавляют с коксом (это очень чистый уголь) с добавлением песка (главный компонент – SiO2) без доступа кислорода.
При этом протекает одновременно несколько процессов.
Во-первых, фосфат кальция при нагревании разлагается:
Песок (SiO2 – кислотный оксид) нужен, чтобы связать образующийся оксид кальция (CaO – основный оксид).
А кокс (С) – хороший восстановитель:
Вот и получен фосфор. Он при такой высокой температуре испаряется и покидает реакционную смесь – его собирают и конденсируют.
Обратите внимание: образуется именно СО, а не СО2! Это происходит потому, что нет достаточного количества кислорода, чтобы окислить углерод до более высокой степени окисления. И потому, что в смеси много угля – хорошего восстановителя. Даже если небольшая часть СО2 и образуется – она тут же восстанавливается углем:
Суммарное уравнение получения фосфора:
Основные свойства и соединения фосфора
- Оксид фосфора.
Оксиды фосфора образуются при взаимодействии фосфора с кислородом:
Белый фосфор, кстати на воздухе медленно реагирует с кислорода по приведенным выше уравнениям, поэтому он и светится (фосфор с греческого переводится «светоносный»).
Оксид фосфора (V) – кислотный оксид, он с большой охотой реагирует с водой.
Реакция протекает с промежуточным образованием метафосфорной кислоты (P2O5 + H2O → 2HPO3). Но она быстро реагирует с водой и превращается в ортофосфорную кислоту (HPO3 + H2O → H3PO4). Поэтому образование метафосфорной кислоты опускают и пишут сразу в продуктах ортофосфорную.
- Взаимодействие фосфора с неметаллами.
Среди реакций с неметаллами, рассмотрим реакцию с галогеном:
Образующиеся вещества с фосфором в высшей степени окисления подвергаются гидролизу:
- Фосфиды.
Фосфиды – это соединения фосфора, где он проявляется низшую степень окисления (-3).
Фосфор реагирует с металлами (нужны довольно активные металлы), при этом проявляя окислительные свойства – образуются фосфиды:
Фосфиды металлов – солеподобные вещества, они подвергаются необратимому гидролизу:
Образуется газ – фосфин (РН3). Как аммиак, но вместо азота фосфор (фосфор стоит в периодической системе под азотом – вот и копирует его свойства).
Фосфин, как и аммиак, реагирует с кислотами:
Фосфин гораздо более реакционноспособен и менее стабилен, чем его собрат – аммиак. Хорошо горит, иначе, чем аммиак:
- Диспропорционирование фосфора.
Фосфор – один из тех неметаллов (на ряду с хлором и серой.), который диспропорционирует при взаимодействии с водой (если быть точнее с горячим водяным паром):
Немного иначе фосфор диспропорционирует в концентрированном растворе щелочи:
KH2PO2 – это гипофосфит калия – соль фосфорноватистой кислоты. Несмотря на то, что в формуле есть водород – это средняя соль!
- Главное соединение фосфора – это фосфорная кислота (H3PO4).
Кислота средне силы, трехосновная, диссоциирует в три ступени:
Поэтому образует три вида солей (в зависимости от соотношения между кислотой и щелочью):
