În sistemul periodic, fosforul, ca și azotul, este în grupul VA, dar în perioada III. Configurația sa electronică este ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3. Prezența a trei electroni nepartiți în stratul de valență conduce la formarea a trei legături. Cu toate acestea, spre deosebire de elementele perioadei II, fosforul are în stratul de valență orbite 3d libere. Prin urmare, atunci când atomul de fosfor este excitat, o stare cu cinci electroni nepermani este ușor de atins, ceea ce îi permite să formeze cinci legături. Astfel, fosforul din compușii săi prezintă o valență de 3 și 5. Gradul de oxidare a atomului de fosfor în compuși poate varia de la -3 la +5:
În natură, fosforul se găsește numai în forme care conțin anionul fosfat PO4 3-. Acest lucru se datorează faptului că fosforul formează legături mai puternice cu oxigenul decât cu alte elemente. În organism, fosforul se găsește numai sub formă de fosfați, anorganici și organici. Toți au o structură tetraedrică în care atomul de fosfor este localizat în centrul tetraedrului, iar atomii de oxigen sunt la vârfurile sale.
Să se familiarizeze cu proprietățile chimice ale substanțelor simple și ale compușilor fosforului.
DISPOZIȚII TEORETICE DE BAZĂ
În tranziția de la azot la fosfor, precum și în tranziția de la oxigen la sulf, rezistența legăturilor pp-p scade într-o măsură mai mare decât - conexiunile, prin urmare, în condiții obișnuite într-o stare solidă, minimul de energie corespunde formării a trei # 963; și nu o legătură multiplă între doi atomi, ca în cazul azotului. trei - conexiunile fac posibilă obținerea unor planuri infinite, iar o astfel de configurație se realizează în fosfor negru. Dar, în plus, ca și în cazul sulfului, este posibil să se formeze mici molecule închise. Peste 1200 ° C, cele mai stabile molecule sunt P4. în care atomii de fosfor sunt localizați la vârfurile tetraedrului și fiecare atom formează trei # 963; - conexiune (Figura 1). Când vaporii de fosfor sunt răciți sub 287 ° C, ei se condensează într-un lichid incolor sau galben pal, care se solidifică la 44 ° C pentru a forma o masă moale asemănătoare cu ceara, fosfor alb. Este o substanță solidă construită din moleculele P4. Așa cum se poate vedea din fig. 1, unghiurile dintre legăturile din moleculă sunt de 60 °, care este substanțial mai mică decât unghiul normal între p-orbitale, egală cu 90 °. Prin urmare, molecula P4 este tensionată în mod inutil și, ca o consecință, foarte reactivă. Fosforul alb se aprinde în aer chiar la 50 ° C, așa că îl stochează sub apă în întuneric.
În lumină sau când este încălzit fără acces la aer, fosforul alb trece într-o modificare a polimerului mai stabilă, având o structură stratificată cu legături mai puțin tensionate. În funcție de condiții, modificările polimerului au culori diferite și proprietăți ușor diferite. Fosforul roșu este mult mai puțin activ decât albul, nu se dizolvă în CS2. se topește sub presiune la
580 ° C și se aprinde numai când este încălzit
250 ° C Spre deosebire de fosforul alb, roșu nu este otrăvitor.
Modificarea cea mai stabilă în condiții standard este fosforul negru, care poate fi obținut prin încălzirea prelungită a albului la o temperatură de 200 ° C cu o presiune de 12,105 kPa.
Fig. 1. Structura moleculei tetraedrice P4
Fața tetraedrului este un triunghi echilateral, astfel încât unghiul dintre legături este de 60 °
Când toate modificările de fosfor sunt încălzite, se formează o pereche de molecule P4. condensarea cărora dă fosfor alb. Moleculele cu patru atomi sunt stabile până la 1200 ° C și, cu încălzire ulterioară, se disociază în molecule diatomice:
Trebuie subliniat faptul că molecula P2. precum și N2. este extrem de stabilă - decăderea sa în atomi începe de peste 3000 ° C.
În condiții normale, fosforul, atât alb cât și roșu, reacționează puternic cu halogeni.
Fosforul alb este oxidat la temperatura camerei cu oxigen de aer, iar acest proces exotermic este însoțit de chemiluminescență - eliberarea energiei doar sub formă de lumină. Prin urmare, fosforul alb în contact cu aerul strălucește în întuneric, care era baza pentru numele elementului - "purtător de lumină". Oxidarea are loc printr-un mecanism de lanț, iar rata sa este maximă la o presiune parțială optimă a oxigenului. În oxigen pur, oxidarea este lentă și fosforul nu strălucește.
Când este încălzit, fosforul reacționează cu multe metale, acționând ca oxidant și formând fosfizi:
Cu nonmetal, reacționează ca agent reducător:
Cea mai mare parte a fosforului produs în industrie este transformată în îngrășăminte cu acid fosforic și fosfor. O parte semnificativă a acesteia este utilizată în fabricarea de confecții, precum și în metalurgie.
Cu fosforul de hidrogen nu reacționează și compușii cu hidrogen fosfor - fosfina PH3 pot fi obținuți indirect, de exemplu prin acțiunea acizilor asupra fosfurilor de calciu sau magneziu:
sau disproporționarea fosforului alb într-un mediu alcalin cu încălzire:
Pentru a neutraliza resturile de fosfor alb, se utilizează reacția oxidării sale cu cationul Cu 2+:
în același scop, se utilizează o soluție de permanganat de potasiu:
HNO3 și H2SO4 concentrate după încălzire transferă fosfor roșu la acid ortofosforic:
Fosforul roșu reacționează și cu sare de berthollet la impact sau frecare:
Un amestec din acești reactivi este folosit pentru realizarea potrivirilor. Capul meciului conține un amestec de KClO3. K2Cr207. sticlă și lipici. În caseta de potrivire, aplicați fosfor roșu într-un amestec cu sulfură și adeziv de antimoniu (III). Când capul meciului se freacă de cutii, meciul se aprinde.
Compuși hidrogen ai fosforului
Phosphine PH3 este un gaz incolor cu miros neplăcut. Solubilitatea în apă și proprietățile de bază ale fosfinei sunt reduse drastic în comparație cu amoniacul.
Constanta de bazicitate a fosfinei Kb = 4,0 · 10-28:
Doar o ordine de mărime depășește constanta de aciditate Ka = 1,6 · 10 -29:
Fosfina este un donator mult mai slab decât amoniacul și sărurile formate de acesta, de exemplu, iodura de fosfoniu:
sunt extrem de instabile. Prezența apei oprește imediat existența sărurilor de fosfoniu:
(cationul hidroxoniu H3O + este mai stabil decât cationul fosfoniu).
În același timp, fosfina este un acid: metalele active înlocuiesc un hidrogen în el, formând fosfine MePH2. Aciditatea fosfinei este de multe ori mai mare decât aciditatea amoniacului, care este ilustrată prin interacțiunea a două hidruri:
Fosfina formează amestecuri explozive cu aerul și, când este arsă, arde spre acid metafosforic:
Deseori, PH3 se aprinde spontan, ceea ce indică prezența în ea a unei impurități de difosfină P2H4.
Lichidul hidrură de fosfor P2 P2 este un lichid cu tkip = 60 ° C, auto-aprins în aer. În lumină, apare decăderea spontană a P2H4:
P2H4 nu are proprietăți de bază din cauza capacităților slabe ale donatorilor de fosfor.
Hidrura de fosfor solidă P4H2 (sau P12H6) este un solid galben care se aprinde în aer peste 160 ° C.
În sinteza hidrurilor de fosfor, se obține de obicei un amestec al acestor compuși, vaporii lor fiind fracționați, trecând printr-un amestec de răcire.
Oxid de fosfor (V). anhidridă fosforică, pentoxid de fosfor, P2O5 este cel mai stabil oxid de fosfor. P2O5 este doar o formulă stoichiometrică, și structura ei Modificarea este descrisă de formula P4O10 - în fiecare moleculă sunt localizați patru atomi de fosfor la colțurile tetraedrului (figura 2, a).
P4 O10 în condiții normale - o substanță albă solidă. La 360 ° C sublime P4O10. mp (sub presiune) = 563 ° C Anhidrida fosforică, chiar și în vapori, nu este monomerică și este prezentă sub formă de P4O10.
P4O10 este obținut prin interacțiunea fosforului cu un exces de oxigen:
Oxidul de fosfor (V) interacționează activ cu apa și se formează diferiți acizi fosforici în funcție de condiții. Pentaoxidul reacționează cu oxizi și hidroxizi, dând săruri de compoziție diferită. Datorită afinității lor mari pentru apă, P4O10 este utilizat pe scară largă ca agent de îndepărtare a apei și de deshidratare foarte eficient.
Oxid de fosfor (III). anhidridă fosforică, trioxid de fosfor P2O3 este o substanță cristalină albă, punct de topire = 23,8 ° C, tpp = 175,4 ° C, foarte solubil în solvenți organici. Structura oxidului de fosfor (III) în stare de vapori și într-una din modificările cristaline este P4O6 dimeric și reprezintă patru piramide triunghiulare PO3. conectate prin vârfuri comune cu formarea tetraedrului P4 (figura 2, b).
Fosfor în P4O6. așa cum se vede din structură, este nesaturate coordonat, deci starea ei este instabilă. Astfel, interacțiunea dintre P4O6 și apa fierbinte conduce la disproporție:
Cu apă rece, formarea acidului fosforic începe încet:
HCI gazos descompune P4O6: