ПОДГРУППА АЗОТА

ФОСФОР И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

Фосфор (P) - открыт алхимиком Х. Брандом в 1669 году. В свободном состоянии в природе не встречается.

Электронная конфигурация 1S²2S²2P⁶3S²3P³

Важнейшие аллотропные модификации

Белый фосфор. Получается при конденсации паров. Состоит из молекул P₄. Мягкое, бесцветное вещество, ядовит, имеет чесночный запах, t°пл.= 44С, tкип.= 280С, растворим в сероуглероде (CS₂), летуч. Очень реакционноспособен, окисляется на воздухе (при этом самовоспламеняется), в темноте светится.

Красный фосфор. Без запаха, цвет красно-бурый, не ядовит. Атомная кристаллическая решётка очень сложная, обычно аморфен. Нерастворим в воде и в органических растворителях. Устойчив. В темноте не светится. Физические свойства зависят от способа получения.

Чёрный фосфор - полимерное вещество с металлическим блеском, похож на графит, без запаха, жирный на ощупь. Нерастворим в воде и в органических растворителях. Атомная кристаллическая решётка, полупроводник. t°кип.= 453С (возгонка), t°пл.= 1000C (при p=1,8 • 10⁹ Па), устойчив.

Получение

Красный и черный фосфор получают из белого. Белый фосфор получают восстановлением фосфата кальция (сплавление в электрической печи):

Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ + 5C –^t°® 3CaSiO₃ + 5CO­ + 2P­

Химические свойства.

1. Реакции с кислородом:

4P⁰ + 5O₂ –^t°® 2P₂⁺⁵O₅

(при недостатке кислорода: 4P⁰ + 3O₂ –^t°® 2P₂⁺³O₃)

1. С галогенами и серой:

2P + 3Cl₂ ® 2PCl₃

2P + 5Cl₂ ® 2PCl₅

2P + 5S –^t°® P₂S₅

(галогениды фосфора легко разлагаются водой, например:

PCl₃ + 3H₂O ® H₃PO₃ + 3HCl
PCl₅ + 4H₂O ® H₃PO₄ + 5HCl)

1. С азотной кислотой:

3P⁰ + 5HN⁺⁵O₃ + 2H₂O ® 3H₃P⁺⁵O₄ + 5N⁺²O­

1. С металлами образует фосфиды, в которых фосфор проявляет степень окисления - 3:

2P⁰ + 3Mg ® Mg₃P₂^-3

(фосфид магния легко разлагается водой

Mg₃P₂ + 6H₂O ® 3Mg(OH)₂ + 2PH₃­(фосфин))

3Li + P ® Li₃P^-3

1. Со щелочью:

4P + 3NaOH + 3H₂O ® PH₃­ + 3NaH₂PO₂

В реакциях (1,2,3) - фосфор выступает как восстановитель, в реакции (4) - как окислитель; реакция (5) - пример реакции диспропорционирования.

Соединения фосфора

P^-3H₃ Фосфин – газ, с неприятным запахом тухлой рыбы, бесцветный, малорастворим в воде, нестоек, ядовит; t°пл.= -87,5°С, t°кип.= -134С.

Получение

Фосфиды щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются водой и кислотами с образованием фосфина:

Ca₃P₂ + 6HCl ® 3CaCl₂ + 2PH₃­

Ca₃P₂^-3 + 6H₂O ® 3Ca(OH)₂+ 2P^-3H₃­

Химические свойства.

1. Разлагается при нагревании:

2PH₃ –^t°® 2P + 3H₂

1. Проявляет слабые основные свойства:

PH₃ + HI ® [PH₄]⁺I^-

йодистый фосфоний менее устойчивый, чем соли аммония.

1. Сильный восстановитель. На воздухе самовоспламеняется.

P₂⁺³ O₃ Фосфористый ангидрид (оксид фосфора (III)).

Белые кристаллы, t°пл.= 24°С; t°кип.= 175°C. Существует в виде нескольких модификаций. В парах состоит из молекул P₄O₆. P₂O₃ соответствует фосфористая кислота H₃PO₃.

Получение

Окисление фосфора при недостатке кислорода

4P + 3O₂ ® 2P₂O₃

Химические свойства

1. Все свойства кислотных оксидов.

P₂O₃ + 3H₂O ® 2H₃PO₃

1. Сильный восстановитель

O₂+ P₂⁺³O₃ ® P₂⁺⁵O₅

P₂⁺⁵O₅ Фосфорный ангидрид (оксид фосфора (V)).

Белые кристаллы, t°пл.= 570°С, t°кип.= 600°C, r = 2,7 г/см³. Имеет несколько модификаций. В парах состоит из молекул P₄H₁₀, очень гигроскопичен (используется как осушитель газов и жидкостей).

Получение

4P + 5O₂ ® 2P₂O₅

Химические свойства

Все химические свойства кислотных оксидов: реагирует с водой, основными оксидами и щелочами

P₂O₅ + H₂O ® 2HPO₃(метафосфорная кислота)

P₂O₅ + 2H₂O ® H₄P₂O₇(пирофосфорная кислота)

P₂O₅ + 3H₂O ® 2H₃PO₄(ортофосфорная кислота)

P₂O₅ + 3BaO ® Ba₃(PO₄)₂

P₂O₅ + 6KOH ® 2K₃PO₄+ 3H₂O

P₂O₅ - сильное водоотнимающее средство:

P₂O₅+ 2HNO₃ ® 2HPO₃ + N₂O₅

P₂O₅+ 2HClO₄ ® 2HPO₃+ Cl₂O₇

HP⁺⁵O₃ Метафосфорная кислота.

Получение

P₂O₅+ H₂O ® 2HPO₃

Соли метафосфорной кислоты - метафосфаты (KPO₃ – метафосфат калия)

Химические свойства

Характерны все свойства кислот.

H₃P⁺⁵O₃ Фосфористая кислота

Бесцветное кристаллическое вещество; t°пл.= 74°С, хорошо растворимое в воде.

Получение

PCl₃+ 3H₂O ® H₃PO₃+ 3HCl

Химические свойства

1. Водный раствор H₃PO₃ - двухосновная кислота средней силы (соли – фосфиты):

H₃PO₃+ 2NaOH ® Na₂HPO₃+ 2H₂O

1. При нагревании происходит превращение в ортофосфорную кислоту и фосфин:

4H₃PO₃ ® 3H₃PO₄+ PH₃

1. Восстановительные свойства:

H₃PO₃+ HgCl₂+ H₂O ® H₃PO₄+ Hg + 2HCl

H₃P⁺⁵O₄ Ортофосфорная кислота.

Белое твердое вещество, гигроскопичное, хорошо растворимое в воде; t°пл.= 42°С, r= 1,88 г/см³.

Диссоциация:

H₃PO₄ « 3H⁺ + PO₄^-3

H₃PO₄+ 3H₂O « 3H₃O⁺ + PO₄^3-

H₃PO₄ « H⁺ + H₂PO₄^-

H₂PO₄^- « H⁺ + HPO₄^2-

HPO₄^2- « H⁺ + PO₄^3-

Ортофосфорная кислота - средней силы, не является окислителем, трехосновная. Она образует средние соли - ортофосфаты (Na₃PO₄) и два типа кислых солей - дигидрофосфаты (NaH₂PO₄) и гидрофосфаты (Na₂HPO₄).

Получение

P₂O₅+ 3H₂O ® 2H₃PO₄

Промышленный способ:

Ca₃(PO₄)₂(твердый) + 3H₂SO₄(конц.) ® 2H₃PO₄+ 3CaSO₄¯

3P + 5HNO₃+ 2H₂O ® 3H₃PO₄+ 5NO­

Химические свойства

Для ортофосфорной кислоты характерны все свойства кислот – неокислителей. При нагревании она превращается в пирофосфорную кислоту.

2H₃PO₄ –^t°® H₄P₂O₇ + H₂O

Качественная реакция на обнаружение в растворе анионов PO₄^3-

3Ag⁺ + PO₄^3- ® Ag₃PO₄¯(ярко-желтый осадок)

Фосфорные удобрения

Фосфорными удобрениями являются кальциевые и аммонийные соли фосфорной кислоты.

Фосфоритная мука

Получают при тонком размоле фосфоритов. Так как она содержит нерастворимую соль Ca₃(PO₄)₂, то усваиваться растениями может только на кислых почвах.

При обработке фосфоритов или аппатитов серной или фосфорной кислотой получают растворимые в воде соединения, хорошо усваемые растениями на любых почвах:

Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ ® Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄
(Ca(H₂PO₄)₂ простой суперфосфат (обычно применяют в виде гранул Æ 2-4 мм))

Ca₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄ ®3Ca(H₂PO₄)₂(двойной суперфосфат)

Нейтрализацией гашеной извести фосфорной кислотой получают преципитат:

H₃PO₄ + Ca(OH)₂ ® CaHPO₄ • 2H₂O

Нейтрализацией фосфорной кислоты аммиаком получают аммофос – (NH₄)₂HPO₄ + NH₄H₂PO₄, содержащий N и P. Разновидности: нитроаммофос – NH₄H₂PO₄ + NH₄NO₃; аммофоска – (NH₄)₂HPO₄ + NH₄H₂PO₄ + KCl.

НАЗАД

МЕНЮ

КОНЕЦ РАЗДЕЛА