Τομείς εφαρμογής του φωσφόρου. Φώσφορος: ατομική δομή, χημικές και φυσικές ιδιότητες

Ο φώσφορος είναι ένα χημικό στοιχείο με ατομικό αριθμό 15. Βρίσκεται στην ομάδα V του Δ.Ι. Μεντελέεφ. Ο χημικός τύπος του φωσφόρου R.

Ο φώσφορος πήρε το όνομά του από το ελληνικό phosphoros, που σημαίνει «φωτοφόρος».

Ο φώσφορος είναι αρκετά κοινός στον φλοιό της γης. Η περιεκτικότητά του είναι 0,08-0,09% της συνολικής μάζας του φλοιού της γης. Και στο θαλασσινό νερό, ο φώσφορος περιέχει 0,07 mg / l.

Ο φώσφορος έχει υψηλή χημική δραστηριότητα, επομένως, δεν εμφανίζεται σε ελεύθερη κατάσταση. Αλλά από την άλλη, σχηματίζει σχεδόν 190 ορυκτά. Φώσφορος ονομάζεται το στοιχείο της ζωής. Βρίσκεται σε πράσινα φυτά, ζωικούς ιστούς, πρωτεΐνες και άλλες βασικές χημικές ενώσεις.

Τροποποιήσεις φωσφόρου

Είναι γνωστό ότι ορισμένα χημικά στοιχεία μπορεί να υπάρχουν με τη μορφή δύο ή περισσότερων απλών ουσιών που διαφέρουν ως προς τη δομή και τις ιδιότητές τους. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αλλοτροπία. Έτσι, ο φώσφορος έχει αρκετές αλλοτροπικές τροποποιήσεις. Όλες αυτές οι τροποποιήσεις είναι διαφορετικές ως προς τις ιδιότητες τους. Τα πιο συνηθισμένα είναι ο λευκός φώσφορος, ο κίτρινος φώσφορος, ο κόκκινος φώσφορος, ο μαύρος φώσφορος.

Λευκός φώσφορος - μια απλή λευκή ουσία. Ο μοριακός του τύπος είναι P 4 . Στην εμφάνιση, ο λευκός φώσφορος είναι παρόμοιος με την παραφίνη. Παραμορφώνεται ακόμα και με λίγη προσπάθεια και κόβεται εύκολα με μαχαίρι. Στο σκοτάδι, είναι αισθητή μια απαλή πράσινη λάμψη που προέρχεται από τον φώσφορο. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται χημειοφωταύγεια.

Ο λευκός φώσφορος είναι μια χημικά δραστική ουσία. Οξειδώνεται εύκολα από το οξυγόνο και ευδιάλυτο σε οργανικούς διαλύτες. Επομένως, αποθηκεύεται σε ειδικά αδρανή μέσα που δεν εισέρχονται σε χημικές αντιδράσεις. Ο λευκός φώσφορος τήκεται στους +44,1 °C. Ο λευκός φώσφορος είναι μια πολύ τοξική ουσία.

κίτρινο φώσφορο - πρόκειται για ακατέργαστο λευκό φώσφορο ή λευκό φώσφορο με ακαθαρσίες. Σημείο τήξεως +34 °C, σημείο βρασμού +280 °C. Όπως ο λευκός, ο κίτρινος φώσφορος είναι αδιάλυτος στο νερό. Οξειδώνεται στον αέρα και είναι εύφλεκτο. Έχει και το φαινόμενο της χημειοφωταύγειας.

κόκκινος φώσφορος που λαμβάνεται με θέρμανση του λευκού φωσφόρου σε υψηλές θερμοκρασίες. Τύπος κόκκινου φωσφόρου Р n . Είναι ένα σύνθετο πολυμερές. Ανάλογα με τις συνθήκες παραγωγής, το χρώμα του κόκκινου φωσφόρου μπορεί να ποικίλλει από ανοιχτό κόκκινο έως σκούρο καφέ. Χημικά, ο κόκκινος φώσφορος είναι πολύ λιγότερο ενεργός από τον λευκό. Διαλύεται μόνο σε λιωμένο μόλυβδο και βισμούθιο. Δεν αναφλέγεται στον αέρα. Αυτό μπορεί να συμβεί μόνο όταν θερμανθεί στους 240-250 o C όταν εξαχνωθεί στη λευκή μορφή του φωσφόρου. Αλλά μπορεί να αναφλεγεί αυθόρμητα σε κρούση ή τριβή. Το φαινόμενο της χημειοφωταύγειας στον κόκκινο φώσφορο δεν παρατηρείται. Είναι αδιάλυτο σε νερό, βενζόλιο, δισουλφίδιο του άνθρακα. Διαλυτό μόνο σε τριβρωμιούχο φώσφορο. Όταν αποθηκεύεται στον αέρα, οξειδώνεται σταδιακά. Επομένως, αποθηκεύστε το σε κλειστό σφραγισμένο δοχείο.

Ο κόκκινος φώσφορος είναι σχεδόν μη τοξικός. Επομένως, είναι αυτός που χρησιμοποιείται στην παραγωγή σπίρτων.

μαύρος φώσφορος μοιάζει με γραφίτη. Για πρώτη φορά, ο μαύρος φώσφορος ελήφθη το 1914 από λευκό φώσφορο σε πίεση 20 χιλιάδων ατμοσφαιρών (2 10 9 Pa) και θερμοκρασία 200 o C. Ο μαύρος φώσφορος λιώνει σε θερμοκρασία 1000 o C και πίεση 18 10 5 Pa. Ο μαύρος φώσφορος δεν διαλύεται στο νερό ή σε οργανικούς διαλύτες. Αρχίζει να καίγεται μόνο εάν θερμανθεί σε θερμοκρασία +400 ° C σε καθαρό οξυγόνο. Ο μαύρος φώσφορος έχει τις ιδιότητες ημιαγωγών υλικών.

Χημικές ιδιότητες του στοιχειακού φωσφόρου

1. Ο στοιχειακός φώσφορος οξειδώνεται από το οξυγόνο

Σε περιβάλλον με περίσσιο οξυγόνο

4P + 5O 2 → 2P 2 O 5

Με έλλειψη οξυγόνου

4P + 3O 2 → 2P 2 O 3

2. Αντιδρά με μέταλλα, σχηματίζοντας φωσφίδια όταν θερμαίνεται

3Mg + 2P → Mg 3 P 2

3. Αντιδρά με αμέταλλα

2P + 5Cl 2 → 2PCl 5

4. Σε θερμοκρασία +500 ° C αλληλεπιδρά με τους υδρατμούς

8P + 12H 2 O → 5RN 3 + 3H 3 RO 4

Η χρήση του φωσφόρου

Ο κύριος καταναλωτής φωσφόρου είναι η γεωργία. Μεγάλη ποσότητα όλου του φωσφόρου που λαμβάνεται χρησιμοποιείται για την παραγωγή φωσφορικών λιπασμάτων: φωσφορικά πετρώματα, απλά και διπλά υπερφωσφορικά άλατα, σύνθετα λιπάσματα αζώτου-φωσφόρου. Ο φώσφορος χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή συνθετικών απορρυπαντικών, φωσφορικών γυαλιών, για την επεξεργασία και τη βαφή φυσικών και συνθετικών ινών. Στην ιατρική, τα σκευάσματα φωσφόρου χρησιμοποιούνται ως φάρμακα.

Γενικές Πληροφορίες και Μέθοδοι Απόκτησης

Ο φώσφορος (P) είναι αμέταλλο. Ανακαλύφθηκε το 1669 από τον Brand (Γερμανία), ο οποίος έλαβε μια ουσία που λάμπει στο σκοτάδι. Το αρχικό όνομα είναι "κρύο φωτιά", αργότερα - φώσφορος, από το ελληνικό "phosph6ros" - φωτεινό.

Ο Λαβουαζιέ καθιέρωσε τη στοιχειακή φύση του φωσφόρου. Το 1771, ο Schee-le πρότεινε μια μέθοδο για τη λήψη φωσφόρου από τέφρα των οστών με φρύξη του με άνθρακα.

Στο δεύτερο μισό του XIX αιώνα. οργανώθηκε η βιομηχανική παραγωγή φωσφόρου από φωσφορικά άλατα σε κλιβάνους αποστακτήρα. στις αρχές του 20ου αιώνα. αντικαταστάθηκαν από ηλεκτρικούς φούρνους.

Τα σημαντικότερα ορυκτά που περιέχουν φώσφορο είναι οι απατίτες και οι φωσφορίτες. Η περιεκτικότητα σε φώσφορο (σε όρους P2O5) στους απατίτες κυμαίνεται από 20 έως 41%.

Οι φωσφορίτες είναι ορυκτά ιζηματογενούς προέλευσης, το κύριο συστατικό των οποίων είναι το φωσφορικό ασβέστιο. Επιπλέον, περιέχουν πολυάριθμα εγκλείσματα χαλαζία, ασβεστίτη, γλαυκονίτη κ.λπ., καθώς και οργανικές ουσίες. Η περιεκτικότητα σε φώσφορο (σε όρους Р2Ο5) σε φωσφορίτες είναι 5-36%.

Επί του παρόντος, ο φώσφορος λαμβάνεται με φρύξη φωσφοριτών ή απατιτών σε ηλεκτρικούς κλιβάνους με άμμο (Si0 2) και άνθρακα (C) χωρίς πρόσβαση αέρα. Οι απελευθερωμένοι ατμοί φωσφόρου συμπυκνώνονται στον δέκτη κάτω από το νερό.

Φυσικές ιδιότητες

Ατομικά χαρακτηριστικά. Ατομικός αριθμός 15, ατομική μάζα 30,973 amu. τρώω. ατομικός όγκος 13,93-10 _ σε m 3 / mol. Ατομική ακτίνα 0,134 nm, ιοντικές ακτίνες P 6 +, P 3 +, P 3 - 0,035; 0,044; 0,186 nm, αντίστοιχα. Ηλεκτραρνητικότητα 2.1. Διαμόρφωση εξωτερικών κελυφών ηλεκτρονίων 3s 2 3p 3 . Τιμές δυναμικού ιονισμού / (eV): 10,55; 19,65; 30.16.

Ο κόκκινος φώσφορος είναι μια άμορφη ουσία. χρώμα - από καφέ έως μοβ. σχηματίζεται όταν ο λευκός φώσφορος θερμαίνεται χωρίς πρόσβαση αέρα στους 250-300 °C για αρκετές ώρες. Με παρατεταμένη θέρμανση του κόκκινου φωσφόρου πάνω από 450 ° C, υπάρχουν διάφορες κρυσταλλικές μορφές του: τρικλινική, κυβική, τετραγωνική κ.λπ.

Ο μαύρος φώσφορος σχηματίζεται με θέρμανση του λευκού φωσφόρου στους 200-220°C και πίεση 1,2-1,7 GPa. Αυτός ο μετασχηματισμός παρουσία υδραργύρου και μικρής ποσότητας κρυστάλλων μαύρου φωσφόρου πραγματοποιείται σε κανονική πίεση και θερμοκρασία 370°C για 8 ημέρες.

Υπάρχουν άμορφες και κρυσταλλικές μορφές μαύρου φωσφόρου. Οι μαύροι κρύσταλλοι φωσφόρου έχουν ρομβικό πλέγμα με παραμέτρους: l = 0,331 nm, 6 = 0,438 nm, c = 1,050 nm. Υπάρχουν 8 άτομα σε ένα κελί μονάδας.

Η ενέργεια του κρυσταλλικού πλέγματος είναι 315 μJ/kmol. Η συγγένεια των ατόμων για ένα ηλεκτρόνιο είναι 0,8-0,9 eV. η ενέργεια διάστασης των μορίων είναι 5,0 eV. Η αποτελεσματική διατομή για τη σύλληψη θερμικών νετρονίων είναι 19-10 -30 m g.

Πυκνότητα. Λευκός φώσφορος: η α-τροποποίηση έχει πυκνότητα p \u003d 1,828 Mg / m 3, 6-τροποποίηση 1,880 Mg / m 3. Πυκνότητα κίτρινο 2.223 Mg/m 3, κρυσταλλικό μαύρο 2.702 Mg/m 3, άμορφο μαύρο 2.250 Mg/m 3, κόκκινο 2.000 έως 2.400 Mg/m 3.

Χημικές ιδιότητες

Ο φώσφορος εμφανίζει καταστάσεις οξείδωσης +5, 4-3, -3. Το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο του φωσφόρου με κατάσταση οξείδωσης +5 είναι 0,06421 mg / C.

Διάφορες τροποποιήσεις του φωσφόρου διαφέρουν έντονα ως προς τη χημική δραστηριότητα: λευκό, κόκκινο, μαύρο (με φθίνουσα σειρά δραστηριότητας).

Ο λεπτοαλεσμένος λευκός φώσφορος αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα· σε συμπαγή μορφή αναφλέγεται όταν θερμαίνεται πάνω από 50 °C.

Ο κόκκινος φώσφορος σε κανονική θερμοκρασία και υγρασία αντιδρά αργά με τους υδρατμούς και το οξυγόνο, αλλά μεγάλες ποσότητες αναφλέγονται όταν αποθηκεύονται στον αέρα.

Ο μαύρος φώσφορος είναι πιο σταθερός: μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια στον αέρα.

Υπό κανονικές συνθήκες, ο φώσφορος δεν αλληλεπιδρά με το υδρογόνο, επομένως οι ενώσεις αυτών των στοιχείων λαμβάνονται έμμεσα, δηλαδή: η δράση οξέος ή νερού σε φωσφίδια μετάλλων, βρασμός λευκού φωσφόρου με διάλυμα καυστικής ποτάσας, θερμική αποσύνθεση οξέων κατώτερου φωσφόρου κ.λπ. .

Οι ακόλουθες ενώσεις υδρογόνου του φωσφόρου είναι γνωστές: φωσφίνη RN3, διφωσφίνη P 2 H 4 και στερεά υδρίδια κατώτερου φωσφόρου που αντιστοιχούν στον γενικό τύπο PgpHn. Η φωσφίνη είναι ένας ισχυρός αναγωγικός παράγοντας.

Τα στερεά κατώτερα υδρίδια του φωσφόρου (PrnHn) είναι πολυμερή και από πολλές απόψεις μοιάζουν με οργανικά πλαστικά και φωσφορικά γυαλιά.

Ο φώσφορος σχηματίζει μια σειρά από οξείδια με το οξυγόνο.

Το οξείδιο του φωσφόρου (V) P 2 0 5, ή ο φωσφορικός ανυδρίτης, είναι μια λευκή, υγροσκοπική σκόνη που εξαχνώνεται στους 360 ° C και στην ατμοσφαιρική πίεση. Όταν εκτίθεται στο φως, το P2O5 λάμπει πράσινο.

Ο φωσφορικός ανυδρίτης αντιδρά με μέταλλα, σχηματίζοντας ένα μείγμα φωσφορικών και φωσφιδίων. με αλογονίδια, εκτός από το φθόριο, δεν αντιδρά. αφυδατώνει πολλές οργανικές ουσίες. αντιδρά με αλκοόλες, φαινόλες, αιθέρες, φωσφορικά αλκυλεστέρα κ.λπ. όταν συντήκεται με βασικά οξείδια, σχηματίζει στερεά φωσφορικά άλατα.

Το οξείδιο του φωσφόρου (III) P 2 0 3, ή ανυδρίτης του φωσφόρου, είναι ένας πτητικός λευκός κρύσταλλος, δηλητηριώδης, εύκολα διαλυτός σε οργανικούς διαλύτες, αποσυντίθεται αυθόρμητα κατά την παρατεταμένη αποθήκευση. Έχει ισχυρές αναγωγικές ιδιότητες, αντιδρά με χλώριο και βρώμιο, σχηματίζοντας οξυαλογονίδια.

Το οξείδιο του φωσφόρου (IV) ή το τετροξείδιο του φωσφόρου P0 2 (P20 4), είναι ένα πολυμερές (P0 2) ", είναι ένας γυαλιστερός διαφανής κρύσταλλος που εξαχνώνεται πάνω από 780 ° C, απλώνεται στον αέρα, απορροφά την υγρασία, διαλύεται καλά στο νερό.

Ο φώσφορος αντιδρά εκρηκτικά με το φθόριο. Σε μια ατμόσφαιρα χλωρίου και βρωμίου, ο λευκός φώσφορος αναφλέγεται στο κρύο. με κόκκινο φώσφορο, η αντίδραση προχωρά ήρεμα. Ο λευκός φώσφορος αλληλεπιδρά με το ιώδιο όταν ψύχεται, ο κόκκινος φώσφορος - όταν θερμαίνεται. Τα αλογονίδια του φωσφόρου είναι εξαιρετικά δραστικά. Η χημική δραστηριότητα μειώνεται από φθοριούχα σε ιωδίδια και η ισχύς μειώνεται ομοίως.

Όταν ο φώσφορος συντήκεται με θείο κάτω από 100 °C, σχηματίζονται στερεά διαλύματα. πάνω από 100 ° C - κρυσταλλικά σουλφίδια P 4 S 3, P 4 S 5, P4S7, P 4 S, 0.

Κατά την ανάμειξη πρόσφατα απεσταγμένου οξειδίου του φωσφόρου (III) P 4 0b με την υπολογισμένη ποσότητα θείου σε ατμόσφαιρα αζώτου, σχηματίζονται οξυσουλφίδια φωσφόρου: P 2 0 3 S 2, P 2 0 2 S 3, P 4 0 4 S 3, P 6 O 10 S5 . Είναι επίσης γνωστά σουλφίδια πολυμερών, η σύνθεση των οποίων αντιστοιχεί στη μοριακή αναλογία 0< Я/5 < 0,4.

Ο φώσφορος αντιδρά με τον άνθρακα στους ατμούς σε υψηλές θερμοκρασίες (πάνω από 2000 °C).

Όταν το χλωριούχο φώσφορο (III) PC1 3 αλληλεπιδρά με το ιώδιο ακετυλενομαγνήσιο (C 2 Mg 2 l2), σχηματίζεται ένα κιτρινωπό-λευκό άμορφο ίζημα καρβιδίου (PC 3), το οποίο δεν διαλύεται σε συνηθισμένους διαλύτες και δεν καταστρέφεται από οξέα και αλκά. , αλλά αναφλέγεται με την παραμικρή θέρμανση με απελευθέρωση άνθρακα

Ο ατμός του φωσφόρου αντιδρά με το άζωτο σε μια ηλεκτρική εκκένωση, σχηματίζοντας στερεά νιτρίδια. Τα καθαρά λευκά νιτρίδια είναι αδρανή σε θερμοκρασία δωματίου και δεν αντιδρούν με νερό, χλώριο, υδροχλωρικό οξύ και αραιό θειικό οξύ. Αποσυντίθενται πλήρως με βρασμό πυκνού θειικού οξέος. Πάνω από 500-700 °C, τα νιτρίδια του φωσφόρου διασπώνται με το σχηματισμό αζώτου και στοιχειακού φωσφόρου.

Με μέταλλα, καθώς και με πιο ηλεκτροθετικά στοιχεία (B, Si, As κ.λπ.), ο φώσφορος σχηματίζει φωσφίδια, τα οποία αντιδρούν βίαια με το νερό και τα μεταλλικά οξέα.

Τα φωσφίδια των μετάλλων της υποομάδας του χαλκού είναι θερμικά ασταθή, δεν διαλύονται στο νιτρικό οξύ ακόμη και όταν βράζονται και είναι ημιαγωγοί.

Τα φωσφίδια των μετάλλων της υποομάδας ψευδάργυρου αποσυντίθενται εύκολα από το νερό και τα οξέα, καίγονται εύκολα σε ένα ρεύμα οξυγόνου, το ξηρό υδρογόνο δεν δρα σε αυτά, το φθόριο δρα ήδη σε θερμοκρασία δωματίου και το χλώριο, το βρώμιο και το ιώδιο - μόνο όταν θερμαίνεται.

Τα φωσφίδια των μετάλλων μετάπτωσης, καθώς και οι λανθανίδες και οι ακτινίδες, είναι παρόμοιες σε φυσικές ιδιότητες είτε με τους ημιαγωγούς (VP, NbP, TaP, CrP, MoP, WP, MnP) είτε με μέταλλα (TiP, ZrP, HtP). Χημικά, είναι σχετικά σταθερά, η χημική τους αντοχή μειώνεται με τη μείωση της περιεκτικότητας σε φώσφορο. Τα φωσφίδια των μη μετάλλων και τα λεγόμενα ημιμετάλλα είναι ομοιοπολικές ενώσεις που είναι είτε διηλεκτρικές είτε ημιαγωγοί. Τα φωσφίδια των στοιχείων της υποομάδας του βορίου μειώνουν τη χημική δραστηριότητα από το BP στο InP, ενώ το TeP δεν σχηματίζεται καθόλου υπό κανονικές συνθήκες.

Τα φωσφίδια των στοιχείων της ομάδας IV (Si, Ge, Sn, Pb) και της ομάδας V του Περιοδικού Πίνακα (As, Sb) είναι χημικά ασταθή.

Με το πυρίτιο, ο φώσφορος σχηματίζει Si 2 P και SiP, με γερμάνιο GeP, με κασσίτερο Sn 4 P 3 και SnP 4, με μόλυβδο Pb 3 P 2, με αρσενικό AsP, με αντιμόνιο SbP. Δεν σχηματίζονται φωσφίδια βισμούθου.

Όταν ο φώσφορος θερμαίνεται σε ατμό HC! Η φωσφίνη PH 3 σχηματίζεται, στα προϊόντα της αλληλεπίδρασης του φωσφόρου με το HBr, απομονώνεται βρωμιούχο φωσφόνιο PH 4 Br, με HI - φωσφορικό dynond P 2 1 4 και ιωδιούχο φωσφόνιο PH 4 1.

Όταν ο φώσφορος θερμαίνεται με υδατικά διαλύματα ισχυρών αλκαλίων, σχηματίζεται φωσφίνη PH 3.

Ο φώσφορος δεν αλληλεπιδρά με το νερό, αλλά σε θερμοκρασίες 600-900 ° C υπό πίεση και παρουσία καταλυτών (Pt, Ti, Zr, Cu), σχηματίζεται φωσφορικό οξύ H 3 P0 4 και υδρογόνο.

Ο λευκός φώσφορος οξειδώνεται εύκολα με υδατικά διαλύματα μεταλλικών αλάτων με χαμηλό δυναμικό οξειδοαναγωγής (Cu, Ag, Au, Pb, κ.λπ.). ο κόκκινος και ο μαύρος φώσφορος δεν οξειδώνονται.

Σύμφωνα με τη δομή τους, οι οργανοφωσφορικές ενώσεις μπορούν υπό όρους να χωριστούν σε καρβοξυλικά οξέα που περιέχουν φώσφορο και στα παράγωγά τους (εστέρες, αμίδια κ.λπ.), καθώς και σε φωσφίνες, στα παράγωγά τους και σε συναφείς ουσίες. Σε όλες αυτές τις ενώσεις υπάρχει ένας άμεσος δεσμός μεταξύ φωσφόρου και άνθρακα.

Τομείς χρήσης

Ο στοιχειακός φώσφορος χρησιμοποιείται σε στρατιωτικές υποθέσεις, στη βιομηχανία σπίρτων, για την παραγωγή θερμικού φωσφορικού οξέος, πολυφωσφορικών, χλωριδίων, σουλφιδίων, φωσφιδίων και άλλων ενώσεων.

Στη μεταλλουργία, ο φώσφορος χρησιμοποιείται για την κραματοποίηση χάλυβων (αυτόματος χάλυβας έως 0,15% P, ανοξείδωτοι χάλυβες έως 0,3% P, κ.λπ.),

χυτοσίδηρος (φωσφορώδης χυτοσίδηρος έως 0,8% P). Το κράμα χαλκού - φωσφόρου μαγνησίου (έως 1,4% P) έχει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και εξασθενεί ασθενώς όταν θερμαίνεται. ένα βιομηχανικό κράμα χαλκού με φώσφορο (7% P) χαρακτηρίζεται από υπερπλαστικότητα στην περιοχή των θερμοκρασιών παραμόρφωσης (400-600 ° C). Πολλά κράματα που περιέχουν φώσφορο χρησιμοποιούνται ως συγκολλήσεις. Συντηγμένα κράματα που περιέχουν φώσφορο κατά της τριβής (έως 2% P), τα οποία έχουν υψηλή μηχανική αντοχή, αντοχή στη φθορά, τρέξιμο, χρησιμοποιούνται αντί για σίδηρο γραφίτη, μπρούτζο-γραφίτη και μπρούτζο. Τα συντηγμένα κράματα τριβής (έως 1% P) χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μαλακών μαγνητικών υλικών, μαγνητικών κυκλωμάτων και άλλων προϊόντων. Τα κράματα που περιέχουν φώσφορο εφαρμόζονται με τη μορφή επικαλύψεων για την προστασία των υλικών από τη φθορά και τη διάβρωση. Τα φιλμ από κράματα Co-P, Ni-P, Co-Fe-P, Co-W-P είναι σιδηρομαγνητικά, χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία στοιχείων μνήμης σε υπολογιστές.

Ο φώσφορος εισάγεται στη σύνθεση ορισμένων μπρούντζων (φωσφόρος μπρούτζος - 0,5-1,2% P), αυξάνοντας τη ρευστότητα και την αντοχή τους στην τριβή.

Η επιφανειακή επεξεργασία προϊόντων χάλυβα - φωσφορίωση - παρέχει προστασία από τη διάβρωση.

Ο φώσφορος χρησιμοποιείται ως αποοξειδωτικός παράγοντας στην παραγωγή κραμάτων μη σιδηρούχων μετάλλων (έως 1% P), γεγονός που αυξάνει την αντοχή τους στη θερμότητα (fechral, ​​chromal, κ.λπ.).

Ο φώσφορος χρησιμοποιείται επίσης για τη λήψη ημιαγωγών - φωσφίδια γαλλίου και ινδίου, εισάγεται στη σύνθεση άλλων ημιαγωγών σε μικρές ποσότητες ως απαραίτητο πρόσθετο.

Το φωσφορικό οξύ χρησιμοποιείται για την παρασκευή συμπυκνωμένων φωσφορικών λιπασμάτων (διπλό υπερφωσφορικό, ίζημα, νιτροφόσκα, νιτροφώδες κ.λπ.). αντιδραστήρια.

Τα φωσφορικά αμμώνια χρησιμοποιούνται για τον εμποτισμό υφασμάτων, πλαστικών, ξύλου για να τους προσδώσουν πυρίμαχες ιδιότητες. Φωσφορικά άλατα Fe, Na, K, Ca - συστατικά υγρών γεώτρησης, οδοντόκρεμες. foefash Ca και αμμώνιο χρησιμοποιούνται για την παραγωγή σμάλτων και στη φαρμακοβιομηχανία.

Τα μεγαφωσφορικά χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία για να μαλακώσουν το νερό και να μειώσουν τη διαβρωτική του δράση, για την αφαίρεση αλάτων σε λέβητες ατμού και προστίθενται σε ορισμένα απορρυπαντικά.

Τα πολυφωσφορικά χρησιμοποιούνται στην παραγωγή συνθετικών απορρυπαντικών.

Τα φωσφίδια έχουν τις ακόλουθες εφαρμογές: Φωσφίδιο βορίου - για π.χ. αισθητήρες. ε. από την αίθουσα, συσκευές ημιαγωγών, δέκτες υπέρυθρης ακτινοβολίας, σώματα εργασίας κβαντικών γεννητριών. φωσφίδιο χαλκού - για συγκόλληση laauni· φωσφίδιο νικελίου - για τη δημιουργία ανθεκτικών στη φθορά επικαλύψεων σε εξαρτήματα μηχανών.

Το οξείδιο (V) του φωσφόρου P 2 O h χρησιμοποιείται ως ξηραντικός παράγοντας για την αφυδάτωση στην παραγωγή ρητινών metnl-μεθακρυλικού.

Τα χλωριούχα φωσφόρο χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία για την παραγωγή βαφών, εντομοκτόνων, φαρμάκων, επιφανειοδραστικών ουσιών και ως αποτελεσματικός παράγοντας χλωρίωσης.

Τομείς εφαρμογής θειούχων φωσφόρου - παραγωγή αντιδραστηρίων επίπλευσης, αντιδιαβρωτικά πρόσθετα σε λάδια και καύσιμα, οργανοφωσφορικά εντομοκτόνα (thiophos, karbofos κ.λπ.). Οργανοφωσφορικές ενώσεις - ανθεκτικά στη θερμότητα και πυρίμαχα βερνίκια, κόλλες - για την τροποποίηση πολυμερών, για την παραγωγή ανόργανου καουτσούκ.

Η πυρηνική βιομηχανία χρησιμοποιεί σύνθετες ενώσεις φωσφόρου για την εξαγωγή σπάνιων και υπερουρανικών στοιχείων από μεταλλεύματα.

Ο φώσφορος πιστεύεται ότι είναι ένα ορυκτό που λάμπει στο σκοτάδι, δηλητηριώδες και εύφλεκτο. Αλλά αυτό είναι μόνο ένα μέρος της αλήθειας για αυτό το εκπληκτικό στοιχείο. Ο φώσφορος μπορεί επίσης να είναι διαφορετικός, με ακριβώς αντίθετες ιδιότητες.

Τι είναι ο κόκκινος φώσφορος;

Ο φώσφορος μπορεί να υπάρχει σε διάφορες παραλλαγές (αλλοτροπικές μορφές), οι οποίες διαφέρουν πολύ στις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες. Ο λόγος για αυτό είναι η διαφορά στη δομή. Για παράδειγμα, το κρυσταλλικό πλέγμα του λευκού φωσφόρου είναι μοριακό και το πλέγμα του κόκκινου φωσφόρου είναι ατομικό. Χάρη σε αυτό, αντιδρά αργά με άλλες ουσίες, είναι σταθερό στον αέρα υπό κανονικές συνθήκες (ο λευκός φώσφορος αναφλέγεται στον αέρα). Συνολικά, βρέθηκαν περισσότερες από είκοσι τροποποιήσεις στον φώσφορο, τέσσερις από τις οποίες είναι σταθερές (λευκό, κόκκινο, μαύρο και μεταλλικό φώσφορο), οι υπόλοιπες είναι ασταθείς.

Ο κόκκινος φώσφορος είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα ουσία, ένα φυσικό ανόργανο πολυμερές με τύπο (P 4) n και πολύ σύνθετη δομή πυραμιδικά συνδεδεμένων ατόμων.

Οι ιδιότητες του κόκκινου φωσφόρου σε κάποιο βαθμό εξαρτώνται από τις συνθήκες παρασκευής του. Με την αλλαγή της θερμοκρασίας, του φωτός και των καταλυτών, είναι δυνατό να δημιουργηθούν είδη κόκκινου φωσφόρου με προβλέψιμες ιδιότητες.

Ο ανακαλυπτής του κόκκινου φωσφόρου είναι ο Αυστριακός A. Schroetter, ο οποίος τον απέκτησε θερμαίνοντας μια σφραγισμένη αμπούλα με λευκό φώσφορο και μονοξείδιο του άνθρακα σε θερμοκρασία +500 °C.

Ιδιότητες του κόκκινου φωσφόρου

Ο κόκκινος φώσφορος λαμβάνεται με παρατεταμένη θέρμανση λευκού φωσφόρου σε υψηλές θερμοκρασίες (250-300 ° C) χωρίς αέρα. Το χρώμα της ουσίας ποικίλλει από μωβ-κόκκινο έως ιώδες.

Ο κόκκινος φώσφορος, σε αντίθεση με τον πιο γνωστό «αδελφό» του, τον λευκό φώσφορο, είναι στερεό, δεν φωτίζει, είναι πρακτικά αδιάλυτο σε τίποτα (ούτε στο νερό, ούτε σε οργανικούς διαλύτες, ούτε σε δισουλφίδιο του άνθρακα). Δεν είναι δηλητηριώδες, αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα μόνο σε θερμοκρασία + 240-260 ° C (στην πραγματικότητα, δεν αναφλέγεται ο ίδιος ο κόκκινος φώσφορος, αλλά οι ατμοί του, οι οποίοι, μετά την ψύξη, μετατρέπονται σε λευκό εύφλεκτο φώσφορο).

Η πυκνότητα του κόκκινου φωσφόρου είναι μεγαλύτερη από αυτή του λευκού και είναι ίση με 2,0 - 2,4 g / cm3 (ανάλογα με τη συγκεκριμένη τροποποίηση).

Στον αέρα, ο κόκκινος φώσφορος απορροφά την υγρασία, οξειδώνεται, μετατρέπεται σε οξείδιο. συνεχίζοντας να απορροφά την υγρασία, μετατρέπεται σε παχύρρευστο φωσφορικό οξύ («μουλιάζει»). Ενόψει αυτού, το αντιδραστήριο θα πρέπει να σφραγίζεται ερμητικά, στερώντας την πρόσβαση στην υγρασία του αέρα. Όταν θερμαίνεται, ο κόκκινος φώσφορος δεν λιώνει, αλλά εξαχνώνεται (εξατμίζεται). Μετά τη συμπύκνωση, οι ατμοί των ουσιών μετατρέπονται σε λευκό φώσφορο.

Η χρήση του κόκκινου φωσφόρου

Ο κόκκινος φώσφορος είναι πρακτικά μη τοξικός και πολύ πιο ασφαλής στον χειρισμό και την αποθήκευση από τον λευκό φώσφορο. Ως εκ τούτου, στη βιομηχανική παραγωγή φωσφιδίων, λιπασμάτων που περιέχουν φώσφορο και διαφόρων παραγώγων φωσφορικού οξέος, ο κόκκινος φώσφορος χρησιμοποιείται συχνότερα.

Ο ίδιος ο κόκκινος φώσφορος χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή σπίρτων. Περιλαμβάνεται στο μείγμα του «τρίφτη», που εφαρμόζεται στα κουτιά. Χρησιμοποιείται επίσης σε λιπαντικά, εμπρηστικές συνθέσεις, καύσιμα και στην παραγωγή λαμπτήρων πυρακτώσεως.

Δεν ξέρετε πού να αγοράσετε κόκκινο φώσφορο;

Μπορείτε να αγοράσετε κόκκινο φώσφορο και διάφορα άλλα χημικά σε ένα από τα μεγαλύτερα καταστήματα εργαστηριακού εξοπλισμού, το PrimeChemicalsGroup. Διαθέτουμε προσιτές τιμές και βολική παράδοση στη Μόσχα και την περιοχή, και καταρτισμένοι διαχειριστές θα σας βοηθήσουν να κάνετε μια επιλογή.

ΟΡΙΣΜΟΣ

κόκκινος φώσφοροςείναι η πιο σταθερή θερμοδυναμικά αλλοτροπική τροποποίηση του στοιχειακού φωσφόρου. Υπό κανονικές συνθήκες, είναι σκόνη διαφόρων αποχρώσεων (από μωβ-κόκκινο έως βιολετί) (Εικ. 1).

Το χρώμα καθορίζεται από τη μέθοδο λήψης και τον βαθμό σύνθλιψης της ουσίας. Έχει μεταλλική γυαλάδα. Όταν θερμαίνεται, εξαχνώνεται. Οξειδώνεται στον αέρα. Αδιάλυτο σε νερό και δισουλφίδιο του άνθρακα. Η χημική δραστηριότητα του κόκκινου φωσφόρου είναι πολύ μικρότερη από τον λευκό και τον μαύρο. Διαλύεται σε τήγμα μολύβδου, από το οποίο κρυσταλλώνεται ο ιώδης φώσφορος (φώσφορος του Gittorf).

Ρύζι. 1. Κόκκινος φώσφορος. Εμφάνιση.

Χημικός τύπος κόκκινου φωσφόρου

Ο κόκκινος φώσφορος έχει τον τύπο P n και είναι ένα πολυμερές με πολύπλοκη δομή.

Γραφικός (δομικός) τύπος κόκκινου φωσφόρου

Ο δομικός (γραφικός) τύπος του κόκκινου πολυμερούς φωσφόρου είναι πιο οπτικός. Δείχνει πώς συνδέονται τα άτομα μεταξύ τους μέσα σε ένα μόριο:

Ηλεκτρονική φόρμουλα

Ένας ηλεκτρονικός τύπος που δείχνει την κατανομή των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο σε υποεπίπεδα ενέργειας φαίνεται παρακάτω:

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

Δείχνει επίσης ότι ο φώσφορος ανήκει στα στοιχεία της οικογένειας p, καθώς και στον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους - υπάρχουν 5 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας (3s 2 3p 3).

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

Ασκηση	Οι δύο υδρογονάνθρακες έχουν διαφορετικά σχετικά μοριακά βάρη: 26 και 78, αλλά την ίδια σύνθεση: 92,3% άνθρακας και 7,7% υδρογόνο. Να βρείτε τους μοριακούς τύπους των υδρογονανθράκων.
Λύση	Ας υποδηλώσουμε τον αριθμό των γραμμομορίων στοιχείων που αποτελούν την ένωση με «x» (άνθρακας) και «y» (υδρογόνο). Στη συνέχεια, η μοριακή αναλογία θα μοιάζει με αυτό (οι τιμές των σχετικών ατομικών μαζών που λαμβάνονται από τον Περιοδικό Πίνακα του D.I. Mendeleev θα στρογγυλοποιηθούν σε ακέραιους αριθμούς): x:y = ω(C)/Ar(C) : ω(H)/Ar(H); x:y= 92,3/12: 7,7/1; x:y= 7,69: 7,7 = 1: 1 Αυτό σημαίνει ότι ο απλούστερος τύπος ενός υδρογονάνθρακα έχει τη μορφή CH και μοριακή μάζα 13 g / mol. Για να βρούμε τον αληθινό τύπο μιας ένωσης, βρίσκουμε την αναλογία των μοριακών μαζών της: M ουσία (1) / M(CH) = 26 / 13 = 2 Αυτό σημαίνει ότι οι δείκτες των ατόμων άνθρακα και υδρογόνου θα πρέπει να είναι 2 φορές υψηλότεροι, δηλ. ο τύπος της ουσίας θα μοιάζει με C 2 H 2. Είναι ασετυλίνη. M ουσία (2) / M(CH) = 78 / 13 = 6 Αυτό σημαίνει ότι οι δείκτες των ατόμων άνθρακα και υδρογόνου θα πρέπει να είναι 6 φορές υψηλότεροι, δηλ. ο τύπος της ουσίας θα μοιάζει με C 6 H 6. Είναι βενζίνη.
Απάντηση	C 2 H 2 και C 6 H 6

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2

Ασκηση	Να γράψετε τον τύπο της ένωσης του νατρίου, του φωσφόρου και του οξυγόνου, αν τα κλάσματα μάζας των στοιχείων σε αυτήν είναι: ω(Na) = 34,6%, ω(P) = 23,3%, ω(O) = 42,1%.
Λύση	Το κλάσμα μάζας του στοιχείου Χ στο μόριο της σύνθεσης ΗΧ υπολογίζεται με τον ακόλουθο τύπο: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% Ας υποδηλώσουμε τον αριθμό των γραμμομορίων στοιχείων που συνθέτουν την ένωση ως "x" (νάτριο), "y" (φώσφορος), "z" (οξυγόνο). Στη συνέχεια, η μοριακή αναλογία θα μοιάζει με αυτό (οι τιμές των σχετικών ατομικών μαζών που λαμβάνονται από τον Περιοδικό Πίνακα του D.I. Mendeleev θα στρογγυλοποιηθούν σε ακέραιους αριθμούς): x:y:z = ω(Na)/Ar(Na) : ω(P)/Ar(P) : ω(O)/Ar(O); x:y:z= 34,6/23: 23,3/31: 42,1/16; x:y:z= 1,5: 0,75: 2,63 = 2: 1: 3 Έτσι ο τύπος για την ένωση νατρίου, φωσφόρου και οξυγόνου θα μοιάζει με Na 2 PO 3.
Απάντηση	Na2PO3

Ο κόκκινος φώσφορος, που ονομάζεται επίσης ιώδες φώσφορος, είναι μια πιο θερμοδυναμικά σταθερή τροποποίηση του στοιχειακού φωσφόρου. Παραλήφθηκε για πρώτη φορά το 1847 στη Σουηδία από τον Αυστριακό χημικό A. Schrötter με θέρμανση λευκού φωσφόρου στους 500 ° C σε ατμόσφαιρα μονοξειδίου του άνθρακα (CO) σε σφραγισμένη γυάλινη αμπούλα.

Ο κόκκινος φώσφορος έχει τον τύπο P n και είναι ένα πολυμερές με πολύπλοκη δομή. Ανάλογα με τη μέθοδο παραγωγής και τον βαθμό σύνθλιψης του κόκκινου φωσφόρου, έχει αποχρώσεις από μωβ-κόκκινο έως βιολετί και στη χυτή κατάσταση έχει σκούρα μοβ μεταλλική λάμψη με χάλκινη απόχρωση. Η χημική δραστηριότητα του κόκκινου φωσφόρου είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή του λευκού. έχει εξαιρετικά χαμηλή διαλυτότητα. Είναι δυνατή η διάλυση του κόκκινου φωσφόρου μόνο σε ορισμένα λιωμένα μέταλλα (μόλυβδος και βισμούθιο), το οποίο μερικές φορές χρησιμοποιείται για τη λήψη μεγάλων κρυστάλλων του. Έτσι, για παράδειγμα, ο Γερμανός φυσικοχημικός I. V. Gittorf το 1865 έλαβε για πρώτη φορά τέλεια κατασκευασμένους, αλλά μικρούς κρυστάλλους (φώσφορο του Gittorf). Ο κόκκινος φώσφορος δεν αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα, σε θερμοκρασία 240–250 °C (όταν αλλάζει σε λευκή μορφή κατά την εξάχνωση), αλλά αναφλέγεται αυθόρμητα κατά την τριβή ή την πρόσκρουση· στερείται παντελώς το φαινόμενο της χημειοφωταύγειας. Αδιάλυτο στο νερό, καθώς και σε βενζόλιο, δισουλφίδιο του άνθρακα και άλλα, διαλυτό στο τριβρωμιούχο φώσφορο. Στη θερμοκρασία εξάχνωσης, ο κόκκινος φώσφορος μετατρέπεται σε ατμό, κατά την ψύξη του οποίου σχηματίζεται κυρίως λευκός φώσφορος.

Η δηλητηριότητά του είναι χιλιάδες φορές μικρότερη από αυτή του λευκού, επομένως χρησιμοποιείται πολύ ευρύτερα, για παράδειγμα, στην παραγωγή σπίρτων (η επιφάνεια τριψίματος των κουτιών είναι επικαλυμμένη με μια σύνθεση με βάση τον κόκκινο φώσφορο). Η πυκνότητα του κόκκινου φωσφόρου είναι επίσης υψηλότερη, φτάνοντας τα 2400 kg/m³ κατά τη χύτευση. Όταν αποθηκεύεται στον αέρα, ο κόκκινος φώσφορος παρουσία υγρασίας οξειδώνεται σταδιακά, σχηματίζοντας ένα υγροσκοπικό οξείδιο, απορροφά νερό και γίνεται υγρό ("εμποτισμένο"), σχηματίζοντας παχύρρευστο φωσφορικό οξύ. Επομένως, αποθηκεύεται σε αεροστεγές δοχείο. Όταν "εμποτίζεται" - πλένεται με νερό από τα υπολείμματα φωσφορικών οξέων, στεγνώνει και χρησιμοποιείται για τον προορισμό του.

μαύρος φώσφορος

Ο μαύρος φώσφορος είναι η πιο θερμοδυναμικά και χημικά λιγότερο ενεργή μορφή στοιχειακού φωσφόρου. Για πρώτη φορά, ο μαύρος φώσφορος ελήφθη το 1914 από τον Αμερικανό φυσικό P. W. Bridgman από λευκό φώσφορο με τη μορφή μαύρων γυαλιστερών κρυστάλλων με υψηλή πυκνότητα (2690 kg / m³). Για να πραγματοποιήσει τη σύνθεση του μαύρου φωσφόρου, ο Bridgman εφάρμοσε πίεση 2 × 10 9 Pa (20 χιλιάδες ατμόσφαιρες) και θερμοκρασία περίπου 200 ° C. Η αρχή της γρήγορης μετάβασης βρίσκεται στην περιοχή των 13.000 ατμοσφαιρών και σε θερμοκρασία περίπου 230 °C.

Ο μαύρος φώσφορος είναι μια μαύρη ουσία με μεταλλική λάμψη, λιπαρή στην αφή και πολύ παρόμοια με τον γραφίτη και χωρίς διαλυτότητα στο νερό ή σε οργανικούς διαλύτες. Είναι δυνατό να βάλετε φωτιά σε μαύρο φώσφορο μόνο εάν πρώτα τον θερμάνετε έντονα σε ατμόσφαιρα καθαρού οξυγόνου έως και 400 ° C. Ο μαύρος φώσφορος άγει τον ηλεκτρισμό και έχει τις ιδιότητες του ημιαγωγού. Το σημείο τήξης του μαύρου φωσφόρου είναι 1000 ° C υπό πίεση 18 × 10 5 Pa.