Fosfor i njegovi spojevi. Praktična primjena spojeva fosfora

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 05:28

Među biogenim elementima posebno mjesto treba dati fosforu. Doista, bez toga je nemoguće postojanje takvih vitalnih spojeva kao što su, na primjer, ATP ili fosfolipidi, kao i mnoge druge organske tvari. Istodobno, anorganska tvar ovog elementa vrlo je bogata raznim molekulama. Fosfor i njegovi spojevi imaju široku primjenu u industriji, važni su sudionici bioloških procesa i koriste se u raznim granama ljudske djelatnosti. Stoga razmislite što je ovaj element, koja je njegova jednostavna tvar i najvažniji spojevi.

fosfor: opće karakteristike elementa

Pozicija u periodnom sustavu može se opisati u nekoliko točaka.

1. Peta grupa, glavna podskupina.
2. Treća mala točka.
3. Redni broj - 15.
4. Atomska masa je 30, 974.
5. Elektronska konfiguracija atoma 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Moguća oksidacijska stanja od-3 do +5.
7. Kemijski simbol - P, izgovor u formulama "pe". Naziv elementa je fosfor. Latinski naziv Phosphorus.

Povijest otkrića ovog atoma seže u daleko XII stoljeće. Čak iu zapisima alkemičara bilo je informacija koje su upućivale na primitak nepoznate "svjetleće" tvari. Međutim, službeni datum za sintezu i otkriće fosfora bio je 1669. Bankrotirani trgovac Brand, u potrazi za kamenom filozofa, slučajno je sintetizirao tvar sposobnu emitirati sjaj i gorjeti jarkim zasljepljujućim plamenom. To je učinio tako što je više puta kalcinirao ljudski urin.

Nakon njega, neovisno jedan o drugom, ovaj element je primljen na približno iste načine:

• I. Kunkel;
• R. Boyle;
• A. markgrof;
• K. Scheele;
• A. Lavoisier.

Danas, jedna od najpopularnijih metoda za sintezu ove tvari je redukcija iz odgovarajućih minerala koji sadrže fosfor na visokim temperaturama pod utjecajem ugljičnog monoksida i silicija. Proces se provodi u posebnim pećima. Fosfor i njegovi spojevi vrlo su važne tvari kako za živa bića tako i za mnoge sinteze u kemijskoj industriji. Stoga treba razmotriti što je ovaj element kao jednostavna tvar i gdje se nalazi u prirodi.

Jednostavna tvar fosfor

Teško je imenovati konkretan spoj kada je u pitanju fosfor. To je zbog brojnihalotropske modifikacije koje ovaj element ima. Postoje četiri glavne vrste jednostavne tvari fosfora.

1. Bijelo. Ovo je spoj čija je formula R₄. To je bijela hlapljiva tvar s oštrim neugodnim mirisom češnjaka. Spontano se pali na zraku pri normalnim temperaturama. Gori blistavim blijedozelenim svjetlom. Vrlo otrovno i opasno po život. Kemijska aktivnost je izuzetno visoka, pa se dobiva i pohranjuje pod slojem pročišćene vode. To je moguće zbog slabe topljivosti u polarnim otapalima. Za ovaj bijeli fosfor najprikladniji su ugljični disulfid i organske tvari. Kada se zagrije, može se transformirati u sljedeći alotropni oblik - crveni fosfor. Prilikom kondenzacije i hlađenja para može stvarati slojeve. Masna na dodir, mekana, lako se reže nožem, bijela (blago žućkasta). Talište 44⁰C. Zbog svoje kemijske aktivnosti koristi se u sintezama. Ali zbog svoje toksičnosti, nema široku industrijsku primjenu.
2. Žuta. To je slabo pročišćeni oblik bijelog fosfora. Još je otrovniji, neugodno miriše i na češnjak. Pali i gori blistavim svijetlećim zelenim plamenom. Ovi žuti ili smeđi kristali se uopće ne otapaju u vodi; kada su potpuno oksidirani, ispuštaju oblačiće bijelog dima sastava P₄O₁₀.
3. Crveni fosfor i njegovi spojevi najčešća su i najčešće korištena modifikacija ove tvari u industriji. Pastozna crvena masa, koja pod povećanim pritiskom možeda prijeđe u oblik ljubičastih kristala, kemijski je neaktivan. To je polimer koji se može otopiti samo u određenim metalima i ništa drugo. Na temperaturi od 250⁰S sublimira, pretvarajući se u bijelu modifikaciju. Nije tako otrovan kao prethodni oblici. Međutim, dugotrajna izloženost tijelu je otrovna. Koristi se za nanošenje zapaljivog premaza na kutije šibica. To se objašnjava činjenicom da se ne može spontano zapaliti, ali eksplodira (zapali se) tijekom denotacije i trenja.
4. Crna. Prema vanjskim podacima vrlo je sličan grafitu, također je mastan na dodir. To je električni poluvodič. Tamni kristali, sjajni, koji se uopće ne mogu otopiti ni u jednom otapalu. Da bi se zapalio potrebne su vrlo visoke temperature i prethodno zagrijavanje.

Zanimljiv je i nedavno otkriveni oblik fosfora - metalik. To je provodnik i ima kubičnu kristalnu rešetku.

Kemijska svojstva

Kemijska svojstva fosfora ovise o tome u kojem se obliku nalazi. Kao što je gore spomenuto, najaktivnija žuta i bijela modifikacija. Općenito, fosfor može stupiti u interakciju s:

• metali koji tvore fosfide i djeluju kao oksidacijsko sredstvo;
• nemetali, koji djeluju kao redukcijsko sredstvo i stvaraju hlapljive i nehlapljive spojeve raznih vrsta;
• jaka oksidirajuća sredstva, koja se pretvaraju u fosfornu kiselinu;
• s koncentriranim kaustičnim lužinama po vrstinesrazmjer;
• s vodom na vrlo visokoj temperaturi;
• s kisikom za stvaranje raznih oksida.

Kemijska svojstva fosfora su slična onima dušika. Uostalom, on je dio pniktogenske skupine. Međutim, aktivnost je nekoliko redova veličine veća zbog raznih alotropskih modifikacija.

Biti u prirodi

Kao hranjiva tvar, fosfor je vrlo bogat. Njegov postotak u zemljinoj kori je 0,09%. Ovo je prilično velik pokazatelj. Gdje se ovaj atom nalazi u prirodi? Postoji nekoliko glavnih mjesta za imenovanje:

• zeleni dio biljaka, njihove sjemenke i plodovi;
• životinjska tkiva (mišići, kosti, zubna caklina, mnogi važni organski spojevi);
• kora;
• tlo;
• stijene i minerali;
• morska voda.

U ovom slučaju možemo govoriti samo o srodnim oblicima, ali ne i o jednostavnoj tvari. Uostalom, izuzetno je aktivan, a to mu ne dopušta da bude slobodan. Među mineralima najbogatijim fosforom su:

• engleski;
• fluorapaptite;
• svanbergite;
• fosforit i drugi.

Biološki značaj ovog elementa ne može se precijeniti. Uostalom, dio je spojeva kao što su:

• proteini;
• fosfolipidi;
• DNA;
• RNA;
• fosfoproteini;
• enzimi.

Odnosno, sve one koje su vitalne i od kojih je izgrađen cijeli organizam. Dnevna količina za prosječnu odraslu osobu iznosi oko 2 grama.

Fosfor i njegovi spojevi

Budući da je vrlo aktivan, ovaj element tvori mnogo različitih tvari. Uostalom, on također stvara fosfide, a sam djeluje kao redukcijski agens. Zbog toga je teško imenovati element koji bi bio inertan u reakciji s njim. Stoga su formule fosfornih spojeva iznimno raznolike. Postoji nekoliko klasa tvari u čijem je stvaranju on aktivni sudionik.

1. Binarni spojevi - oksidi, fosfidi, hlapljivi vodikovi spojevi, sulfidi, nitridi i drugi. Na primjer: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{i drugi.}
2. Složene tvari: soli svih vrsta (srednje, kisele, bazične, dvostruke, kompleksne), kiseline. Primjer: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ i drugi.
3. Organski spojevi koji sadrže kisik: proteini, fosfolipidi, ATP, DNA, RNA i drugi.

Većina označenih vrsta tvari od velike je industrijske i biološke važnosti. Upotreba fosfora i njegovih spojeva moguća je i u medicinske svrhe i za proizvodnju sasvim običnih predmeta za kućanstvo.

Spojevi s metalima

Binarni spojevi fosfora s metalima i manje elektronegativnim nemetalima nazivaju se fosfidi. Riječ je o tvarima nalik solima koje su izrazito nestabilne kada su izložene raznim agensima. Brza razgradnja (hidroliza) uzrokuje čakobična voda.

Osim toga, pod djelovanjem nekoncentriranih kiselina, tvar se također raspada na odgovarajuće proizvode. Na primjer, ako govorimo o hidrolizi kalcijevog fosfida, tada će proizvodi biti metalni hidroksid i fosfin:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

I podvrgavanjem fosfida razgradnji pod djelovanjem mineralne kiseline, dobivamo odgovarajuću sol i fosfin:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Općenito, vrijednost spojeva koji se razmatraju leži upravo u činjenici da kao rezultat nastaje vodikov spoj fosfora, čija će svojstva biti razmotrena u nastavku.

Hlapive tvari na bazi fosfora

Postoje dva glavna:

• bijeli fosfor;
• fosfin.

Prvu smo već spomenuli gore i dali karakteristike. Rekli su da je to bio gusti bijeli dim, vrlo otrovan, neugodnog mirisa i samozapaljiv u normalnim uvjetima.

Ali što je fosfin? Ovo je najčešća i dobro poznata hlapljiva tvar, koja uključuje dotični element. Binaran je, a drugi sudionik je vodik. Formula vodikovog spoja fosfora je pH₃, naziv je fosfin.

Svojstva ove tvari mogu se opisati na sljedeći način.

1. Hlapljivi bezbojni plin.
2. Vrlo otrovno.
3. Miriše na pokvarenu ribu.
4. Ne komunicira s vodom i vrlo se slabo otapa u njoj. Dobro topiv uorganski.
5. U normalnim uvjetima, vrlo reaktivan.
6. Samozapali se u zraku.
7. Proizveden razgradnjom metalnih fosfida.

Drugo ime je Phosphane. Uz nju su povezane priče iz davnih vremena. Sve se radi o "lutajućim svjetlima" koje su ljudi ponekad viđali i sada vide na grobljima i močvarama. Sferna svjetla ili svjetla nalik svijećama koja se tu i tamo pojavljuju, ostavljajući dojam kretanja, smatrala su se lošim predznakom i praznovjerni su ih se ljudi jako bojali. Uzrok ove pojave, prema suvremenim stajalištima nekih znanstvenika, može se smatrati spontanim izgaranjem fosfina, koji nastaje prirodnim putem tijekom razgradnje organskih ostataka, kako biljnih tako i životinjskih. Plin izlazi van i u dodiru s kisikom u zraku se zapali. Boja i veličina plamena mogu varirati. Najčešće su to zelenkasta jarka svjetla.

Očito, svi hlapljivi spojevi fosfora su otrovne tvari koje je lako otkriti oštrim neugodnim mirisom. Ovaj znak pomaže u izbjegavanju trovanja i neugodnih posljedica.

Spojevi s nemetalima

Ako se fosfor ponaša kao redukcijsko sredstvo, onda bismo trebali govoriti o binarnim spojevima s nemetalima. Najčešće su elektronegativniji. Dakle, možemo razlikovati nekoliko vrsta supstanci ove vrste:

• spoj fosfora i sumpora - fosfor sulfid P₂S₃;
• fosfor klorid III, V;
• oksidi i anhidrid;
• bromid i jodid iostali.

Kemija fosfora i njegovih spojeva je raznolika, pa je teško identificirati najvažnije od njih. Ako govorimo konkretno o tvarima koje nastaju iz fosfora i nemetala, tada su od najveće važnosti oksidi i kloridi različitih sastava. Koriste se u kemijskoj sintezi kao sredstva za odvodnjavanje, kao katalizatori i tako dalje.

Dakle, jedno od najmoćnijih sredstava za sušenje je najviši fosfor-oksid - P₂O₅. Toliko snažno privlači vodu da pri izravnom dodiru s njom dolazi do burne reakcije uz jaku pratnju buke. Sama tvar je bijela masa nalik snijegu, bliža amorfnoj u svom stanju agregacije.

Oksigenirani organski spojevi s fosforom

Poznato je da organska kemija daleko nadmašuje anorgansku kemiju u smislu broja spojeva. To se objašnjava fenomenom izomerizma i sposobnošću atoma ugljika da tvore lance atoma različitih struktura, međusobno se zatvarajući. Naravno, postoji određeni red, odnosno klasifikacija, kojoj podliježe sva organska kemija. Klase povezivanja su različite, međutim, zanima nas jedna specifična, izravno povezana s predmetnim elementom. To su spojevi koji sadrže kisik s fosforom. To uključuje:

• koenzimi - NADP, ATP, FMN, piridoksal fosfat i drugi;
• proteini;
• nukleinske kiseline, budući da je ostatak fosforne kiseline dio nukleotida;
• fosfolipidi i fosfoproteini;
• enzimi i katalizatori.

Vrsta iona u kojojfosfor sudjeluje u stvaranju molekule ovih spojeva, sljedeći je PO₄^3-, odnosno kiselinski je ostatak fosforne kiseline. Prisutan je u nekim proteinima kao slobodni atom ili jednostavni ion.

Za normalno funkcioniranje svakog živog organizma, ovaj element i organski spojevi koji nastaju iz njega iznimno su važni i neophodni. Doista, bez proteinskih molekula nemoguće je izgraditi jedan strukturni dio tijela. A DNK i RNA su glavni nositelji i prenositelji nasljednih informacija. Općenito, sve veze moraju biti prisutne bez greške.

Upotreba fosfora u industriji

Upotreba fosfora i njegovih spojeva u industriji može se okarakterizirati u nekoliko točaka.

1. Koristi se u proizvodnji šibica, eksplozivnih smjesa, zapaljivih bombi, nekih goriva, maziva.
2. Kao apsorber plina i u proizvodnji žarulja sa žarnom niti.
3. Za zaštitu metala od korozije.
4. U poljoprivredi kao gnojivo za tlo.
5. Kao omekšivač vode.
6. U kemijskoj sintezi u proizvodnji raznih tvari.

Uloga u živim organizmima svodi se na sudjelovanje u formiranju zubne cakline i kostiju. Sudjelovanje u reakcijama ana- i katabolizma, kao i održavanje puferiranja unutarnjeg okoliša stanice i bioloških tekućina. On je osnova u sintezi DNA, RNA, fosfolipida.