Физические и химические свойства оксида фосфора 5. Оксиды фосфора. Фосфорная кислота. Тема: Оксид фосфора(V). Ортофосфорная кислота и ее соли. Минеральные удобрения

Оксид фосфора (V)

Фосфор образует несколько оксидов. Важнейшим из них является оксид фосфора (V) P 4 O 10 (Рис.4). Часто его формулу пишут в упрощенном виде - P 2 O 5 . В структуре этого оксида сохраняется тетраэдрическое расположение атомов фосфора.

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

Белые кристаллы, t 0 пл. = 570 0 С, t 0 кип. = 600 0 C, = 2,7 г/см 3 . Имеет несколько модификаций. В парах состоит из молекул P 4 H 10 , очень гигроскопичен (используется как осушитель газов и жидкостей).

Получение

4P + 5O 2 2P 2 O 5

Химические свойства

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

1) P 2 O 5 + H 2 O 2HPO 3 (метафосфорная кислота)

P 2 O 5 + 2H 2 O H 4 P 2 O 7 (пирофосфорная кислота)

P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (ортофосфорная кислота)

2) P 2 O 5 + 3BaO Ba 3 (PO 4 ) 2

В зависимости от избытка щелочи образует средние и кислые соли:

гидрофосфат натрия

дигидрофосфат натрия

Благодаря исключительной гигроскопичности оксид фосфора (V) используется в лабораторной и промышленной технике в качестве осушающего и дегидратирующего средства. По своему осушающему действию он превосходит все остальные вещества. От безводной хлорной кислоты отнимает химически связанную воду с образованием ее ангидрида:

Ортофосфорная кислота. Известно несколько кислот, содержащих фосфор. Важнейшая из них -- ортофосфорная кислота Н 3 РО 4 (Рис.5).

Безводная ортофосфорная кислота представляет собой светлые прозрачные кристаллы, при комнатной температуре расплывающиеся на воздухе. Температура плавления 42,350 С. С водой фосфорная кислота образует растворы любых концентраций.

Ортофосфорной кислоте соответствует следующая структурная формула:

В лаборатории ортофосфорную кислоту получают окислением фосфора 30%-ной азотной кислотой:

В промышленности ортофосфорную кислоту получают двумя способами: экстракционным и термическим.

1. В основе экстракционного метода лежит обработка измельченных природных фосфатов серной кислотой:

Ортофосфорная кислота затем отфильтровывается и концентрируется упариванием.

2. Термический метод состоит в восстановлении природных фосфатов до свободного фосфора с последующим его сжиганием до Р4О10 и растворением последнего в воде. Производимая по данному методу ортофосфорная кислота характеризуется более высокой чистотой и повышенной концентрацией (до 80% массовых).

Физические свойства. Ортофосфорная кислота -- твердое, бесцветное, кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде.

Химические свойства ортофосфорной кислоты представлены в табл.2:

Таблица 2

Химические свойства ортофосфорной кислоты

Общие с другими кислотами	Специфические
1. Водный раствор кислоты изменяет окраску индикаторов. Диссоциация происходит ступенчато: Легче всего идет диссоциация по первой ступени и труднее всего - по третьей 2. Реагирует с металлами, расположенными в вытеснительном ряду до водорода: 3. Реагирует с основными оксидами : 4. Реагирует с основаниями и аммиаком; если кислота взята в избытке, то образуются кислые соли : гидрофосфат натрия дигидрофосфат натрия 5. Реагирует с солями слабых кислот:	1. При нагревании постепенно превращается в метафосфорную кислоту: двуфосфорная кислота 2. При действии раствора нитрата серебра (I) появляется желтый осадок: желтый осадок 3. Ортофосфорная кислота играет большую роль в жизнедеятельности животных и растений. Ее остатки входят в состав аденозинтрифосфорной кислоты АТФ. При разложении АТФ выделяется большое количество энергии.

Ортофосфаты. Ортофосфорная кислота образует три ряда солей. Если обозначить атомы металлов буквами Me, то можно изобразить в общем виде состав ее солей (табл.3).

Таблица 3

Химические формулы ортофосфатов, содержащих металлы

Вместо одновалентного металла в состав молекул ортофосфатов может входить группа аммония: (NH 4) 3 PO 4 - ортофосфат аммония;

(NH 4) 2 HPO 4 --гидроортофосфат аммония; NH 4 H 2 PO 4 - дигидро-ортофосфат аммония.

Ортофосфаты и гидроортофосфаты кальция и аммония широко используют в качестве удобрений, ортофосфат и гидроортофосфат натрия -- для осаждения из воды солей кальция.

Фосфор открыт гамбургским алхимиком Хеннингом Брандом в 1669 году, хотя существуют данные, что фосфор умели получать еще арабские алхимики в XII в. Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать эликсир жизни или философский камень. При нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи он получил светящееся в темноте вещество, названное сначала "холодным огнём". Вторичное название "фосфор" происходит от греческих слов "фос" - свет и "феро" - несу. То, что фосфор - простое вещество, доказал Лавуазье.

Нахождение в природе, получение:

Фосфор - один из самых распространённых элементов земной коры, его содержание составляет 0,08-0,09 % её массы. В свободном состоянии не встречается из-за высокой химической активности. Образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca 5 (PO 4) 3 F, фосфорит Ca 3 (PO 4) 2 и другие. Фосфор содержится во всех частях зелёных растений, ещё больше его в плодах и семенах. Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ), является элементом жизни.
Фосфор получают из апатитов или фосфоритов в результате взаимодействия с коксом и песком при температуре 1500°С:
2Ca 3 (PO 4) 2 + 10C + 6SiO 2 = 4P + 10CO + 6CaSiO 3
Образующиеся пары белого фосфора конденсируются в приёмнике под водой. Вместо фосфоритов восстановлению можно подвергнуть и другие соединения, например, метафосфорную кислоту:
4HPO 3 + 12C = 4P + 2H 2 + 12CO

Физические свойства:

Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропных модификаций; вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решён. Обычно выделяют четыре модификации простого вещества - белую, красную (см. рис.), черную и металлический фосфор. Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные являются разновидностью указанных четырёх. В обычных условиях существует только три аллотропных модификации фосфора.
Белый фосфор , фосфор в жидком и растворенном состоянии, а также в парах до 800°С состоит из молекул P 4 . При нагревании выше 800 °С молекулы диссоциируют: P 4 = 2P 2 . При температуре выше 2000°С молекулы распадаются на атомы.
Красный фосфор имеет формулу (Р 4) n и представляет собой полимер со сложной структурой, имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, растворим в расплавленных металлах (Bi, Pb).
Чёрный фосфор - это наиболее стабильная форма, вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и весьма похожее на графит, нерастворимое в воде или органических растворителях, полупроводник.

Химические свойства:

Химические свойства фосфора во многом определяются его аллотропной модификацией. Белый фосфор очень активен, в процессе перехода к красному и чёрному фосфору химическая активность резко снижается. Белый фосфор на воздухе светится в темноте, свечение обусловлено окислением паров фосфора до низших оксидов.
При горении белого фосфора образуется фосфорный ангидрид. Фосфор взаимодействует с галогенами и серой, азотной кислотой, со щелочами. Может быть как восстановителем, так и окислителем

Важнейшие соединения:

Оксид фосфора(V) , P 2 O 5 или фосфорный ангидрид - белое кристаллическое вещество. Реальный состав молекулы оксида фосфора (V) соответствует формуле P 4 O 10 . Фосфорный ангидрид жадно поглощает воду, при этом в зависимости от соотношения числа молекул воды и оксида фосфора (V) P 2 O 5 образуется несколько типов фосфорных кислот: мета- и ортофосфорная, дифосфорная , а также большая группа полифосфорных кислот. Сила полифосфорных кислот возрастает с увеличением числа атомов фосфора.
При взаимодействии P 2 O 5 с водой при обычных условиях получается метафосфорная кислота НРO 3:
P 4 O 10 + 2H 2 O = 4НРO 3
а при нагревании водного раствора метафосфорной кислоты образуется ортофосфорная кислота H 3 PO 4:
НРO 3 + H 2 O = H 3 PO 4
Оксид фосфора(III) , P 2 O 3 - бесцветное, кристаллическое, очень ядовитое вещество с неприятным запахом, Тпл 23,8° С. По аналогии с оксидом фосфора (V) образует молекулы P 4 O 6 . С водой образует фосфористые кислоты.
Ортофосфористая кислота , H 3 PO 3 - слабая двухосновная кислота, сильный восстановитель. Ее особенность - только два атома водорода способны замещаться на металл, соли называются фосфитами. При нагревании ее в водном растворе выделяется водород:
H 3 PO 3 + H 2 O = H 3 PO 4 + H 2
Фосфиновая кислота , (устар. фосфорноватистая) H 3 PO 2 , бесцветные кристаллы, расплывающиеся на воздухе и хорошо растворимые в воде, Тпл 26,5° С. В промышленности получается при кипячении белого фосфора с водной суспензией шлама Ca(OH) 2 или Ba(OH) 2 . Образовавшийся гипофосфит кальция обрабатывают сульфатом натрия или раствором серной кислоты с целью получения гипофосфита натрия или свободной кислоты.
Трихлорид фосфора , PCl 3 - жидкость с резким неприятным запахом, дымящая на воздухе. Ткип 75,3° С, Тпл -40,5° С. В промышленности его получают пропусканием сухого хлора через суспензию красного фосфора в PCl 3 .
Пентахлорид фосфора , PCl 5 - светло-желтое с зеленоватым оттенком кристаллическое вещество с неприятным запахом. Кристаллы имеют ионное строение . Твозг 159° С. Получается при взаимодействии PCl 3 с хлором или S 2 Cl 2: 3PCl 3 + S 2 Cl 2 = PCl 5 + 2PSCl 3 .
Водородные соединения : фосфористый водород РН 3 (фосфин) бесцветный газ с характерным запахом чеснока, обычно в качестве примеси он содержит следы более активного дифосфина (P 2 H 4) и поэтому самовоспламеняется на воздухе при комнатной температуре. Получение: 4Р + 3КОН + 3Н 2 O = РН 3 + 3КН 2 РO 2
При этом способе получения кроме газообразного фосфористого водорода образуется также жидкий фосфористый водород, газообразный водород и кислый гипофосфит калия по уравнениям:
6Р+4КОН + 4Н 2 O = Р 2 Н 4 + 4КН 2 РO 2
2Р + 2КОН + 2Н 2 O = Н 2 + 2КН 2 РO 2

Применение:

В настоящее время в спичках белый фосфор не используется (хотя красный до сих пор входит в состав обмазки спичечного коробка), зато соединения фосфора имеют огромное значение в производстве удобрений, ядохимикатов и полупроводниковых соединений.
Белый фосфор ядовит, смертельная доза для человека составляет примерно 0,2 грамма.
...
...

Семенова Н.В.
ХФ ТюмГУ, 561 группа.

Фосфор и его соединения

Введение

Глава I. Фосфор как элемент и как простое вещество

1.1. Фосфор в природе

1.2. Физические свойства

1.3. Химические свойства

1.4. Получение

1.5. Применение

Глава II. Соединения фосфора

2.1. Оксиды

2.2. Кислоты и их соли

2.3. Фосфин

Глава III. Фосфорные удобрения

Заключение

Библиографический список

Введение

Фосфор (лат. Phosphorus) P – химический элемент V группы периодической системы Менделеева атомный номер 15, атомная масса 30,973762(4). Рассмотрим строение атома фосфора. На наружном энергетическом уровне атома фосфора находятся пять электронов. Графически это выглядит так:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 3d 0

В 1699 г. гамбургский алхимик X. Бранд в поисках «философского камня», якобы способного превратить неблагородные металлы в золото, при выпаривании мочи с углём и песком выделил белое воскообразное вещество, способное светиться.

Название «фосфор» происходит от греч. «phos» – свет и «phoros» – несущий. В России термин «фосфор» введён в 1746 г. М.В. Ломоносовым.

К основным соединениям фосфора относят оксиды, кислоты и их соли (фосфаты, дигидрофосфаты, гидрофосфаты, фосфиды, фосфиты).

Очень много веществ, содержащих фосфор, содержатся в удобрениях. Такие удобрения называют фосфорными.

Глава I Фосфор как элемент и как простое вещество

1.1 Фосфор в природе

Фосфор относится к числу распространенных элементов. Общее содержание в земной коре составляет около 0,08%. Вследствие лёгкой окисляемости фосфор в природе встречается только в виде соединений. Главными минералами фосфора являются фосфориты и апатиты, из последних наиболее распространён фторапатит 3Ca 3 (PO 4) 2 CaF 2 . Фосфориты широко распространены на Урале, в Поволжье, Сибири, Казахстане, Эстонии, Беларуси. Самые большие залежи апатитов находятся на Кольском полуострове.

Фосфор – необходимый элемент живых организмов. Он присутствует в костях, мышцах, в мозговой ткани и нервах. Из фосфора построены молекулы АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ – собиратель и носитель энергии). В организме взрослого человека содержится в среднем около 4,5 кг фосфора, в основном в соединении с кальцием.

Фосфор содержится также в растениях.

Природный фосфор состоит лишь из одного стабильного изотопа 31 Р. В наши дни известно шесть радиоактивных изотопов фосфора.

1.2 Физические свойства

Фосфор имеет несколько аллотропных модификаций – белый, красный, чёрный, коричневый, фиолетовый фосфор и др. Первые три из названных наиболее изучены.

Белый фосфор – бесцветное, с желтоватым оттенком кристаллическое вещество, светящееся в темноте. Его плотность 1,83 г/см 3 . Не растворяется в воде, хорошо растворяется в сероуглероде. Имеет характерный чесночный запах. Температура плавления 44°С, температура самовоспламенения 40°С. Чтобы защитить белый фосфор от окисления, его хранят под водой в темноте (на свету идёт превращение в красный фосфор). На холоде белый фосфор хрупок, при температурах выше 15°С становится мягким и режется ножом.

Молекулы белого фосфора имеют кристаллическую решётку, в узлах которой находятся молекулы Р 4 , имеющие форму тетраэдра.

Каждый атом фосфора связан тремя σ-связями с другими тремя атомами.

Белый фосфор ядовит и даёт труднозаживающие ожоги.

Красный фосфор – порошкообразное вещество тёмно-красного цвета без запаха, в воде и сероуглероде не растворяется, не светится. Температура воспламенения 260°С, плотность 2,3 г/см 3 . Красный фосфор представляет собой смесь нескольких аллотропных модификаций, отличающихся цветом (от алого до фиолетового). Свойства красного фосфора зависят от условий его получения. Не ядовит.

Чёрный фосфор по внешнему виду похож на графит, жирный на ощупь, обладает полупроводниковыми свойствами. Плотность 2,7 г/см 3 .

Красный и чёрный фосфоры имеют атомную кристаллическую решётку.

1.3 Химические свойства

Фосфор – неметалл. В соединениях он обычно проявляет степень окисления +5, реже – +3 и –3 (только в фосфидах).

Реакции с белым фосфором идут легче, чем с красным.

I. Взаимодействие с простыми веществами.

1. Взаимодействие с галогенами:

2P + 3Cl 2 = 2PCl 3 (хлорид фосфора (III)),

PCl 3 + Cl 2 = PCl 5 (хлорид фосфора (V)).

2. Взаимодействие с нематаллами:

2P + 3S = P 2 S 3 (сульфид фосфора (III).

3. Взаимодействие с металлами:

2P + 3Ca = Ca 3 P 2 (фосфид кальция).

4. Взаимодействие с кислородом:

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 (оксид фосфора (V), фосфорный ангидрид).

II. Взаимодействие со сложными веществами.

3P + 5HNO 3 + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO.

1.4 Получение

Фосфор получают из измельченных фосфоритов и апатитов, последние смешиваются с углем и песком и прокаливаются в печах при 1500°С:

2Ca 3 (PO 4) 2 + 10C + 6SiO 2

6CaSiO 3 + P 4 + 10CO.

Фосфор выделяется в виде паров, которые конденсируются в приёмнике под водой, при этом образуется белый фосфор.

При нагревании до 250-300°С без доступа воздуха белый фосфор превращается в красный.

Чёрный фосфор получается при длительном нагревании белого фосфора при очень большом давлении (200°С и 1200 МПа).

1.5 Применение

Красный фосфор применяется при изготовлении спичек (см. рисунок). Он входит в состав смеси, наносимой на боковую поверхность спичечного коробка. Основным компонентом состава головки спички является бертолетова соль KClO 3 . От трения головки спички о намазку коробка частицы фосфора на воздухе воспламеняются. В результате реакции окисления фосфора выделяется тепло, приводящее к разложению бертолетовой соли.

KCl + .

Образующийся кислород способствует воспламенению головки спички.

Фосфор используют в металлургии. Он применяется для получения проводников и входит в состав некоторых металлических материалов, например оловянных бронз.

Также фосфор используют при производстве фосфорной кислоты и ядохимикатов (дихлофос, хлорофос и др.).

Белый фосфор используют для создания дымовых завес, так как при его горении образуется белый дым.

Глава II . Соединения фосфора

2.1 Оксиды

Фосфор образует несколько оксидов. Важнейшими из них являются оксид фосфора (V) P 4 O 10 и оксид фосфора (III) P 4 O 6 . Часто их формулы пишут в упрощённом виде – P 2 O 5 и P 2 O 3 . В структуре этих оксидов сохраняется тетраэдрическое расположение атомов фосфора.

Оксид фосфора (III) P 4 O 6 – воскообразная кристаллическая масса, плавящаяся при 22,5°С и превращающаяся при этом в бесцветную жидкость. Ядовит.

При растворении в холодной воде образует фосфористую кислоту:

P 4 O 6 + 6H 2 O = 4H 3 PO 3 ,

а при реакции со щелочами – соответствующие соли (фосфиты).

Сильный восстановитель. При взаимодействии с кислородом окисляется до Р 4 О 10 .

Оксид фосфора (III) получается окислением белого фосфора при недостатке кислорода.

Оксид фосфора (V) P 4 O 10 – белый кристаллический порошок. Температура возгонки 36°С. Имеет несколько модификаций, одна из которых (так называемая летучая) имеет состав Р 4 О 10 . Кристаллическая решётка этой модификации слагается из молекул Р 4 О 10 , связанных между собой слабыми межмолекулярными силами, легко разрывающимися при нагревании. Отсюда и летучесть этой разновидности. Другие модификации полимерны. Они образованы бесконечными слоями тетраэдров РО 4 .

При взаимодействии Р 4 О 10 с водой образуется фосфорная кислота:

P 4 O 10 + 6H 2 O = 4H 3 PO 4 .

Будучи кислотным оксидом, Р 4 О 10 вступает в реакции с основными оксидами и гидроксидами.

Образуется при высокотемпературном окислении фосфора в избытке кислорода (сухого воздуха).

Благодаря исключительной гигроскопичности оксид фосфора (V) используется в лабораторной и промышленной технике в качестве осушающего и дегидратируюшего средства. По своему осушающему действию он превосходит все остальные вещества. От безводной хлорной кислоты отнимает химически связанную воду с образованием её ангидрида:

4HClO 4 + P 4 O 10 = (HPO 3) 4 + 2Cl 2 O 7 .

2.2 Кислоты и их соли

а) Фосфористая кислота H 3 PO 3 . Безводная фосфористая кислота Н 3 РО 3 образует кристаллы плотностью 1,65 г/см 3 , плавящиеся при 74°С.

Структурная формула:

.

При нагревании безводной Н 3 РО 3 происходит реакция диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления):

4H 3 PO 3 = PH 3 + 3H 3 PO 4 .

Соли фосфористой кислоты – фосфиты . Например, K 3 PO 3 (фосфит калия) или Mg 3 (PO 3) 2 (фосфит магния).

Фосфористую кислоту Н 3 РО 3 получают растворением в воде оксида фосфора (III) или гидролизом хлорида фосфора (III) РCl 3:

РCl 3 + 3H 2 O = H 3 PO 3 + 3HCl.

б) Фосфорная кислота (ортофосфорная кислота ) H 3 PO 4 .

Безводная фосфорная кислота представляет собой светлые прозрачные кристаллы, при комнатной температуре расплывающиеся на воздухе. Температура плавления 42,35°С. С водой фосфорная кислота образует растворы любых концентраций.

Фосфор - жизненно важный элемент из пятой группы периодической таблицы Менделеева. Химические свойства фосфора зависят от его модификации. Наиболее активным веществом является белый фосфор, окисляющийся на воздухе. Фосфор имеет две валентности (III и V) и три степени окисления - +5, +3, -3.

Фосфор и соединения

Фосфор имеет три аллотропические модификации, отличающиеся химическими и физическими свойствами:

• белый;
• красный;
• чёрный.

Под фосфором в химических реакциях чаще всего понимают белый фосфор (P 4). Красный фосфор вступает в реакции при определённых условиях. Например, реагирует с водой при нагревании и под давлением. Чёрный фосфор практически инертен.

Рис. 1. Светящийся белый фосфор.

Фосфор реагирует с простыми и сложными веществами, образуя:

• фосфин;
• фосфорную кислоту;
• фосфиды;
• оксиды.

Фосфин (РН 3) - плохо растворимый в воде ядовитый газ, аналог аммиака. В отсутствии кислорода при нагревании разлагается на простые вещества - фосфор и водород.

Рис. 2. Фосфин.

Фосфорная или ортофосфорная кислота (H 3 PO 4) образуется при взаимодействии фосфора или оксида фосфора (V) с водой.

Фосфиды - соли, образующиеся при взаимодействии с металлами или неметаллами. Они неустойчивы и легко разлагаются под действием кислот или воды.

Фосфор может образовывать два оксида - P 2 O 3 и P 2 O 5 .

H 3 PO 4 - кислота средней силы, проявляющая амфотерные свойства при взаимодействии с сильной кислотой. Фосфорная кислота образует фосфаты.

Химические свойства

Основные химические свойства фосфора и его соединений описаны в таблице.

Вещество	Реакция	Особенности	Уравнение
		При избытке O 2 образует оксид фосфора (V)	4P + 5O 2 → 2P 2 O 5 ; 4P + 3O 2 → 2P 2 O 3
	С металлом	Является окислителем	3Mg + 2P → Mg 3 P 2
	С галогенами и неметаллами	Не реагирует с водородом	2P + 3S → P 2 S 3
			8Р + 12Н 2 О → 5РН 3 + 3Н 3 РО 2
	С кислотами		2P + 5H 2 SO 4 → 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O
	Со щелочами		P 4 + 3NaOH + 3H 2 O → PH 3 + 3NaH 2 PO 2
		Воспламеняется на воздухе	РН 3 + 2O 2 → H 3 PO 4
	С галогенами и неметаллами		РН 3 + 2I 2 + 2H 2 O → H(PH 2 O 2) + 4HI
	С кислотами	Проявляет свойства восстановителя	РН 3 + 3H 2 SO 4 → H 2 (PHO 2) + 3SO 2 + 3H 2 O
	С металлами	С активными металлами	2H 3 PO 4 + 3Ca → Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2
		Подвергается диссоциации	H 3 PO 4 + H 2 O ↔ H 3 O + + H2PO 4 –
	Со щелочами	Образует кислые или щелочные фосфаты	H 3 PO 4 + 3NaOH → Na 3 PO 4 + 3H 2 O
	С оксидами		2H 3 PO 4 + 3K 2 O → 2K 3 PO 4 + 3H 2 O
			2H 3 PO 4 + 3CaCO 3 → Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 O + 3CO 2
	С аммиаком		H 3 PO 4 + 3NH 3 → (NH 4) 3 PO 4
	С галогенами и неметаллами		2P 2 O 3 + 6Cl 2 → 4PCl 3 O + O 2 ; 2P 2 O 3 + 9S → P 4 S 6 + 3SO 2
		Медленно реагирует с холодной водой и быстро - с горячей	P 2 O 3 + 3H 2 O → 2H 3 PO 3
	Со щелочами		P 2 O 3 + 4NaOH → 2Na 2 HPO 3 + H 2 O
		Реагирует с взрывом	2P 2 O 5 + 6H 2 O → 4H 3 PO 4
	С кислотами	Реакция замещения	4HNO 3 + 2P 2 O 5 → 4HPO 3 + 2N 2 O 5
		Образуют гидроксиды металлов и фосфин	Ca 3 P 2 + 6H 2 O → 3Ca(OH) 2 + 2PH 3
	С кислотами	Реакция замещения	Ca 3 P 2 + 6HCl → 3CaCl 2 + 2PH 3

При нагревании оксид фосфора распадается. Причём P 2 O 3 образует красный фосфор, а P 2 O 5 - оксид фосфора (III) и кислород.

Рис. 3. Красный фосфор.

Использование

Широкое применение имеют соединения фосфора:

• из фосфатов получают удобрения и моющие средства;
• фосфорная кислота используется для окрашивания ткани;
• оксид фосфора (V) осушает жидкости и газы.

Красный фосфор используется в производстве спичек и взрывчатых веществ.

Что мы узнали?

Фосфор - активный неметалл, реагирующий с простыми и сложными веществами. В результате реакций образует оксиды (III) и (V), фосфин, фосфорную кислоту и фосфиды. Соединения фосфора вступают в реакцию с металлами, неметаллами, кислотами, щелочами, водой. Фосфор и его соединения используются в промышленности и сельском хозяйстве.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.8 . Всего получено оценок: 88.

Оксид фосфора и кислоты, возникающие при его растворении в воде, — ценное сырье для химической промышленности. Простое вещество горит в кислороде с образованием белого дыма — так получают оксид в лаборатории. Продукт реакции используется в современных отраслях производственной деятельности как сырье для получения термическим методом различных фосфорных кислот. Затем эти вещества используются при выпуске комплексных и сложных минеральных удобрений (туков).

Элемент № 15

Фосфор — элемент 15-й группы длинного варианта периодической таблицы. Прежняя классификация отводила ему место в главной подгруппе пятой группы. Химический знак — Р — это первая буква латинского названия Phosphorus. Другие важные характеристики:

• относительная атомная масса — 31;
• заряд ядра — +15;
• электронов — 15;
• валентных электронов — 5;
• неметаллический элемент.

Фосфору требуется 3 электрона для завершения внешней электронной оболочки, ее октета. В химических реакциях с металлами элемент принимает электроны и достраивает свой валентный слой. В этом случае он восстанавливается, является окислителем. При взаимодействии с более сильными неметаллами фосфор отдает несколько или все валентные электроны, тоже получая завершенное строение внешнего уровня. Эти изменения связаны с активными восстановительно-окислительными свойствами элемента. Например, атомы в составе простого вещества окисляются при горении на воздухе или в кислороде. Могут получиться два рода соединений — оксид фосфора трех- или пятивалентного. Какой продукт будет преобладать, зависит от условий проведения реакции. Типичная валентность, проявляемая фосфором в его соединениях, составляет III(-), III(+), V(+).

«Элемент жизни и мысли»

Выдающийся российский геохимик Е. Ферсман одним из первых обратил внимание на богатое содержание в организме человека атомов фосфора. Они входят в состав важнейших органов, клеточных структур и веществ: костной системы, зубов, нервной ткани, белков и аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Признанием «заслуг» в живой природе стала знаменитая фраза академика Ферсмана, что Phosphorus — «элемент жизни и мысли».

Фосфор также широко распространен в составе земной коры. В свободном виде атомы Р не встречаются, ведь они легко окисляются — вступают во взаимодействие с кислородом, в результате чего получается оксид фосфора (Р 2 О 5). Существует несколько аллотропных видоизменений элемента, которые объединяются в три группы — белый, красный и черный. Кристаллическая решетка белого фосфора образована молекулами Р 4 . Лабораторные опыты в образовательных учреждениях обычно проводят с красной модификацией. Она неядовитая, в отличие от белой разновидности.

Получение и свойства трехвалентного оксида фосфора

Если сжигание простого вещества производится при недостатке воздуха, то получается фосфористый ангидрид (Р 2 О 3 — его формула). Оксид фосфора (III) — так звучит современное название вещества. Это белый кристаллический порошок, который плавится уже при 24 °С, то есть является неустойчивым при нагревании. При низких температурах составу трехвалентного оксида соответствует формула Р 4 О 6 . Соединение медленно растворяется в воде с образованием фосфористой кислоты Н 3 РО 3 . Она тоже является менее стойкой, чем соединения пятивалентного фосфора.

Название «ангидрид фосфористой кислоты» отражает химическое свойство — способность оксида при гидратации давать начало молекулам кислоты. Теряя электроны, атомы Р в составе трехвалентных соединений окисляются до устойчивого пятивалентного состояния. Фосфористый ангидрид и соответствующая ему кислота являются сильными восстановителями (отдают валентные электроны).

Оксид фосфора (V). Лабораторный способ получения

Образование фосфорного ангидрида происходит при сгорании (окислении) красного или белого фосфора. Реакцию можно проводить в чистом кислороде либо сжигать реагент в воздухе. После прекращения процесса горения, проходящего с выделением белого дыма, в осадке получаем рыхлую белую массу. Это оксид фосфора. Получение его следует проводить под вытяжкой, потому что частички раздражают слизистые покровы органов дыхания.

Можно набрать красный фосфор в ложечку для сжигания веществ, закрепленную в резиновой пробке с отверстием. Вещество следует зажечь, а когда начнется горение — опустить в стекляную термостойкую колбу. Емкость, закрытая пробкой, наполнится клубами дыма, состоящими из молекул димера фосфорного ангидрида (Р 4 О 10 — его формула). Оксид фосфора (V) — название этого вещества. Когда весь кислород в емкости израсходуется, горение прекратится, и белый дым осядет.

Взаимодействие оксида фосфора с водой. Получение фосфорных кислот

Обычно состав пентаоксида фосфора записывают в таком виде: Р 2 О 5 . Можно при его получении налить в колбу немного воды и взболтать. Белый дым растворится с образованием кислоты. Для того чтобы доказать ее присутствие, надо опустить в раствор бумажную полоску универсального индикатора, ее цвет изменится с желтого на красный, что характерно для кислых жидкостей. В колбе взаимодействуют вода и оксид фосфора. Реакции получения кислот сопровождаются их диссоциацией в водном растворе на кислотные остатки, а также ионы водорода, точнее, гидроксония.

• При сгорании фосфора идет реакция соединения: 4Р + 5О 2 = Р 4 О 10.
• Растворение полученного ангидрида в холодной воде происходит с образованием метафосфорной кислоты: Р 2 О 5 + Н 2 О = 2НРО 3.
• Кипячение раствора приводит к появлению в нем ортофосфорной кислоты: НРО 3 + Н 2 О = Н 3 РО 4 .

Диссоциация кислоты идет в водном растворе ступенчато: легче всего отрывается один протон, и возникает дегидрофосфат-анион Н 2 РО 4 - . Фосфорному ангидриду соответствует не одна только ортофосфорная кислота. Оксид фосфора (V) при растворении в воде дает смесь кислот.

Реакции с оксидами металлов

С веществом Р 2 О 5 вступает в реакцию оксид натрия. Оксид фосфора также взаимодействует с аналогичными соединениями при нагревании (сплавлении). Состав получаемых фосфатов зависит от реагентов и условий протекания реакции.
3Na 2 O + Р 2 О 5 = 2Na 3 PO 4 — ортофосфат натрия (средняя соль). Взаимодействие исследуемого вещества со щелочами идет с образованием соли и воды.

Промышленный способ получения фосфорного ангидрида

Производят Р 2 О 5 при сжигании технического фосфора. Это гигроскопичное вещество, поэтому предварительно его осушают. В специальной камере при высокой температуре происходит реакция окисления фосфора до разных форм Р 4 О 10 . Эту белую парообразную массу очищают и применяют как водоотнимающее вещество для осушения различных промышленных газов. Из фосфорного ангидрида получают ортофосфорную кислоту. Метод заключается в восстановлении природного сырья до молекулярного фосфора, его сжигании и растворении в воде продукта горения.

Фосфорные удобрения

«Элемент жизни» играет важную роль в образовании АТФ и белков в клетках, энергетическом обмене в организме растений. Но ежегодно с урожаем из почвы выносится значительная часть элементов питания. Для их восполнения вносят минеральные и органические удобрения. Фосфор — один из трех макроэлементов, кроме него к этой группе относятся азот и калий.

Фосфорные удобрения — суперфосфаты — получают из горных пород и минералов при обработке их кислотами. В последние годы основные усилия туковой отрасли направлены на выпуск сложных и комплексных удобрений. Они содержат несколько элементов питания, что делает их применение экономически более выгодным.