Свойства фосфора и его соединений

Фосфор - составная часть растительных и животных белков. У растений фосфор сосредоточен в семенах, у животных - в нервной ткани, мышцах, скелете. Организм человека содержит около 1,5 кг фосфора: 1,4 кг - в костях, 130 г - в мышцах и 13 г в нервной ткани. В природе фосфор находится в связанном виде. Важнейшие минералы: апатит Ca₅(PO₄)₃F и фосфорит Ca₃(PO₄)₂. Фосфор может быть получен нагреванием смеси фосфорита, угля и песка в специальной печи:

Ca₃(PO₄)₂ + 5C + 3SiO₂ 2P + 3CaSiO₃ + 5CO

Фосфор образует несколько аллотропных модификаций: белый, красный и черный фосфор. Наиболее активен белый фосфор, молекулярная кристаллическая решетка которого построена из тетраэдрических молекул Р₄. Фосфор используется при производстве фосфорорганических пестицидов (тиофоса, карбофоса, хлорофоса и др.). Красный фосфор, имеющий атомную решетку, используется в спичечном производстве.

Фосфор в степени окисления -3 образует водородное соединение фосфин PH₃, аналогичное аммиаку. Эта степень окисления менее характерна для фосфора, чем для азота. Фосфин - ядовитый газ с чесночным запахом, может быть получен из фосфида цинка действием кислот или воды:

Zn₃P₂ + 6HCl ® 2PH₃ + 3ZnCl₂

Основные свойства фосфина слабее, чем у аммиака:

PH₃ + HCl ® PH₄Cl

Соли фосфония в водных растворах неустойчивы:

PH₄⁺ + H₂O ® PH₃ + H₃O⁺

Фосфин имеет восстановительные свойства (низшая степень окисления фосфора), горит на воздухе:

2PH₃ + 4O₂ ® P₂O₅ + 3H₂O

Фосфид цинка используется в качестве зооцида для борьбы с грызунами.

Оксид фосфора(III) P₂O₃ (или Р₄О₆) образуется при окислении фосфора в недостатке кислорода и представляет собой белое кристаллическое вещество, плавящееся при 23,8^оС. Этот кислотный оксид взаимодействует с водой, образуя фосфористую кислоту:

Р₂О₃ + 3Н₂О ® Н₃РО₃

Фосфористая кислота в водных растворах существует в виде двух равновесных таутомерных формах:

Н¾O O H¾O

P H¾O P

H¾O H H¾O

Под действием щелочей равновесие сдвигается влево, при действии спиртов ROH - вправо. Поэтому фосфористая кислота является слабой двухосновной кислотой, образующей при действии щелочей, например NaOH, кислую соль NaH₂PO₃ и среднюю соль NaHPO₃.

Трех замещенные фосфиты не известны.

Оксид фосфора(V) P₂O₅ (или P₄O₁₀) образуется при горении фосфора на воздухе.

4Р + 5О₂ ® 2Р₂О₅

Твердое кристаллическое вещество Р₂О₅ гигроскопично и используется как водо-отнимающее средство. При взаимодействии с водой оксид фосфора(V) образует на холоду метафосфорную кислоту НРО₃, имеющую полимерное строение, или при нагревании ортофосфорную кислоту Н₃РО₄.

P₂O₅ + H₂O ® 2HPO₃

P₂O₅ + 3H₂O 2H₃PO₄

Осадок метафосфата серебра AgPO₃ - белого цвета, осадок ортофосфата серебра Ag₃PO₄ - желтого цвета. В промышленности фосфорную кислоту получают действием серной кислоты на фосфорит:

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ ® 3CaSO₄ + 2H₃PO₄

Ортофосфорная кислота представляет собой кристаллическое вещество (t_пл = 42^оС), растворимое в воде. Как трехосновная кислота средней силы диссоциирует ступенчато. Различают средние соли - фосфаты (Na₃PO₄) и кислые соли - гидрофосфаты (Na₂HPO₄) и дигидрофосфаты (NaH₂PO₄). Растворимы в воде фосфаты и гидрофосфаты щелочных металлов и аммония. Все дигидрофосфаты растворимы в воде.

Многие фосфаты используются в качестве удобрений: фосфоритная мука Ca₃(PO₄)₂ и преципитат CaHPO₄ (на кислых почвах), суперфосфат Ca(H₂PO₄)₂´2CaSO₄, двойной суперфосфат Ca(H₂PO₄)₂.