Фосфор и его соединения

Фосфор — один из распространенных элементов в земной коре. Известен его единственный стабильный изотоп . В свободном состоянии в природе фосфор не встречается из-за высокой химической активности. В связанном виде он входит в состав многих минералов, главным образом апатитов и фосфатов .

Фосфор образует целый ряд аллотропных модификаций. Главные из них — белый, красный и черный фосфор. Известно также несколько его аморфных аллотропных форм.

Обычно белый фосфор получают из фосфата кальция при нагревании его в смеси с леском и углем в электрической печи без доступа воздуха:

Красный фосфор можно получить при нагревании жидкого белого фосфора без доступа воздуха при температуре около 300 °С при небольшом давлении. При нагревании белого фосфора при большом давлении можно получить и черный фосфор.

Для белого фосфора и . Поскольку красный и черный фосфор являются полимерными модификациями, по сравнению с белым у них следует ожидать повышения температур плавления и температур кипения. Действительно, для красного фосфора составляет 600 °С (под давлением).

Фосфор химически активен и непосредственно взаимодействует с большинством простых веществ. Электронная конфигурация внешнего слоя фосфора поэтому для фосфора наиболее характерны степени окисления .

Из трех аллотропных модификаций наиболее активным является белый фосфор. Так, например, уже при обычных условиях на воздухе тонкоизмельченный фосфор самовоспламеняется:

При недостатке кислорода образуется оксид фосфора (III):

Поскольку температура плавления фосфора мала (44 °С), то давление насыщенных паров фосфора над твердым фосфором при обычных условиях достаточно велико — это и является причиной того, что белый фосфор «светится в темноте. Молекулы присутствующие в парах над поверхностью, окисляются кислородом с выделением света.

Красный и черный фосфор вступают в химические реакции при более высоких температурах. Аналогично азоту, фосфор может взаимодействовать с металлами, образуя фосфиды, например:

При взаимодействии фосфидов с водой выделяется фосфин :

Фосфин — чрезвычайно ядовитый газ. По своим химическим свойствам он напоминает аммиак, однако по сравнению с аммиаком является более сильным восстановителем. Так, на воздухе фосфин самопроизвольно воспламеняется, реакция протекает весьма энергично с образованием различных кислородных кислот фосфора (в основном ортофосфорной кислоты):

Так же легко, как с кислородом, протекает взаимодействие фосфора с хлором, и в зависимости от условий образуется либо либо

Фосфорная кислота и ее соли.

Фосфорный ангидрид энергично взаимодействует с водой, а также отнимает воду от других соединений.

Именно поэтому широко используется как осушитель различных веществ от паров воды.

Фосфорный ангидрид, взаимодействуя с водой, образует в первую очередь метафосфорную кислоту

при кипячении раствора метафосфорной кислоты образуется ортофосфорная кислота

При нагревании можно получить пирофосфорную кислоту

Наибольшее практическое значение имеет ортофосфорная кислота (часто эту кислоту называют просто фосфорной).

Фосфорная кислота представляет собой белое твердое вещество, хорошо растворимое в воде. В водном растворе фосфорная кислота диссоциирует ступенчато (см. § 7). Как трехосновная кислота образует три типа солей: дигидрофосфаты, например гидрофосфаты, например ; фосфаты, например .

Все дигидрофосфаты растворимы в воде. Из гидрофосфатов и фосфатов в воде растворимы только соли щелочных металлов и аммония. Соли фосфорной кислоты являются ценными минеральными удобрениями.

Наиболее распространенные фосфорные удобрения — суперфосфат, преципитат и фосфоритная мука. Простой суперфосфат — смесь дигидрофосфата кальция гидрофосфата кальция фосфата кальция а также апатита, гипса и других примесей. Его получают, обрабатывая фосфориты и апатиты серной кислотой. При обработке минеральных фосфатов фосфорной кислотой получают двойной суперфосфат При гашении фосфорной кислоты известью получают преципитат

Более важное значение имеют сложные удобрения (т.е. содержащие одновременно азот и фосфор или азот, фосфор и калий — основные компоненты удобрений). Из них наиболее известен аммофос — смесь .

Рекомендуемая литература: [Кузьменко, 1977, гл. 14], [Третьяков, § 52—56], [Фримантл, т. 2, гл. 15.3], [Хомченко, 1993, гл. 10].