Фосфор –
P (phosphorus), неметаллический химический элемент, член семейства азота (N, P, As, Sb, Bi) - VA подгруппы периодической системы элементов. Соединения фосфора используют как удобрения, моющие средства, фармацевтические препараты, безопасные спички, опреснители воды. Открыт в 1669 Х.Брандом, гамбургским алхимиком и лавочником в процессе поиска философского камня. При нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи он получил белое твердое вещество, светящееся в темноте и самопроизвольно воспламеняющееся на воздухе. В 1771 К.Шееле получил это вещество в большом количестве при нагревании костной золы (фосфат кальция), смешанной с углем и песком.
Распространенность в природе. Фосфор широко распространен в природе и составляет 0,12% земной коры. Он входит в состав белков растительного и животного происхождения. Человеческий скелет содержит примерно 1400 г фосфора, мышцы - 130 г, мозг и нервы - 12 г. Фосфор составляет существенную долю в химическом составе растений и поэтому является важным удобрением. Основным сырьем для производства удобрений служат апатит CaF2?3Ca3(PO4)2 и фосфориты, основой которых являются фосфат кальция Ca3(PO4)2. Элементный фосфор получают электротермическим восстановлением при 1400-1600. С из фосфоритов и апатитов в присутствии SiO2. Апатит добывают в России, Бразилии, Финляндии и Швеции. Крупным источником фосфора является фосфоритовая руда, в больших количествах добываемая в США, Марокко, Тунисе, Алжире, Египте, Израиле. Гуано, другой источник фосфора, добывают на Филиппинах, Сейшельских островах, в Кении и Намибии.
Свойства. Фосфор имеет три аллотропические модификации. Белый в чистом виде (или желтый - товарный продукт) фосфор октаэдрической структуры очень реакционноспособен, фосфоресцирует, на холоду хрупкий, но при температуре выше 15. С настолько мягок, что режется ножом. Он нерастворим в воде, и его хранят в воде, так как на воздухе он самовоспламеняется. Фосфор растворяется в сероуглероде, эфире и скипидаре. Белый фосфор сильно ядовит, даже в малых дозах смертелен. Красный пластинчатый фосфор (плотность 2,3 г/см3) менее реакционноспособен. Он не загорается до 240. С, не плавится при нагревании и не растворяется в воде и сероуглероде. Красный фосфор относительно нетоксичен, и поэтому его используют в производстве спичек. Ниже 1500. С фосфор имеет состав P4, а выше 1700. C - P2. Белая модификация может переходить в красную при нагревании в отсутствие воздуха. Белый фосфор, находящийся в горячей воде, энергично окисляется при пропускании кислорода. При этом образуются фосфорные кислоты. Еще одна модификация фосфора - черный фосфор - чешуйчатое кристаллическое вещество, напоминающее графит. Он получается нагреванием белого фосфора под давлением. Его плотность 2,25-2,69 г/см3. Черный фосфор - полупроводник.
Соединения фосфора.
Фосфин PH3 - бесцветный газ с запахом чеснока. Очень ядовит. Сгорает с образованием фосфорного ангидрида P2O5. С наиболее сильными кислотами (HClO4, HCl) образует соли фосфония PH4+ - очень непрочные соединения, которые при действии воды разлагаются на фосфин и HCl.
Хлорид фосфора(III) PCl3 - жидкость, кипящая при 75. С. Под действием воды полностью разлагается на HCl и фосфорную кислоту H3PO3.
Хлорид фосфора(V) PCl5 - твердое белое вещество. Получается при пропускании хлора в PCl3. Водой разлагается на HCl и фосфорную кислоту H3PO4.
Аналогичные соединения образуются с бромом, иодом и фтором, но соединение PI5 неизвестно.
Оксид фосфора(III) P2O3 (устар. фосфористый ангидрид) - белое кристаллическое вещество, плавящееся при 23,8. С. Образуется при медленном окислении или горении фосфора при ограниченном доступе кислорода. Молекулярная формула при низких температурах - P4O6. Медленно реагирует с холодной водой с образованием фосфористой кислоты H3PO3. И P2O3, и H3PO3 - сильные восстановители.
Оксид фосфора(V) P2O5 (устар. фосфорный ангидрид) - белое снегообразное вещество, образуется при горении фосфора на воздухе. Молекулярная формула в парах P4O10. Возгорается при 35. С, плавится при 420. С. Очень гигроскопичен; на воздухе, поглощая влагу, расплывается, образуя метафосфорную кислоту. Применяется как осушитель газов и жидкостей, не взаимодействующих с ним, как агент конденсации и дегидрации в химических реакциях синтеза, катализатор полимеризации изобутилена, компонент фосфатных стекол.
Фосфорная (ортофосфорная) кислота H3PO4 - бесцветное прозрачное кристаллическое вещество, плавится при 42,35. С, хорошо растворима в воде. Трехосновная кислота, образует средние (фосфаты) и кислые (гидрофосфаты) соли. Дигидрофосфаты растворимы в воде; гидрофосфаты и фосфаты растворимы лишь в случае солей щелочных металлов и аммония. Соли фосфорной кислоты входят в состав простых фосфорных удобрений - суперфосфата Ca(H2PO4)2, преципитата CaHPO4 - и сложных минеральных удобрений - аммофоса, нитрофоски и др.
Органические соединения фосфора содержат связь P-C. Имеют широкий спектр применения в качестве лекарственных препаратов, экстрагентов, пластификаторов, гидравлических жидкостей, теплоносителей, инсектицидов. См. также ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ; МОЮЩИЕ СРЕДСТВА; СПИЧКИ.
