Фосфор

Аллотропные модификации фосфора.

Аллотропия – это когда у одного атома несколько простых веществ. У фосфора есть три аллотропных модификации, которые нужно знать:

1. 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.

2. Черный фосфор.

Имеет атомную кристаллическую решетку. Похож на графит (так же, как и он проводит ток), жирный на ощупь.

3. 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:

Основны́е свойства и соединения фосфора.

1. 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.

2. Взаимодействие фосфора с неметаллами.

Среди реакций с неметаллами, рассмотрим реакцию с галогеном:

Образующиеся вещества с фосфором в высшей степени окисления подвергаются гидролизу:

3. 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:

4. 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!

5. 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):