СBETOHOCEЦ ФОСФОР

Наука » Химия

Следующий за азотом элемент пятой группы, фосфор, был открыт на несколько столетий раньше своего предшественника по подгруппе. По иронии судьбы фосфор открывали несколько раз, причём всякий раз получали его из... мочи. Есть упомина­ние о том, что арабский алхимик Альхильд Бехиль

 

(XII в.) открыл фос­фор при перегонке мочи в смеси с глиной, известью и углём. Однако достоверное открытие и описание свойств этого вещества принадлежит гамбургскому алхимику-любителю Хеннигу Бранду (около 1630—1730). В 1669 г. Бранд был занят поиском ма­гической жидкости, с помощью кото­рой можно превращать неблагород­ные металлы в золото. В одном из экспериментов он пытался получить её из большого количества мочи, предварительно собранной в солдат­ских казармах. При нагревании этой жидкости Бранду удалось выделить тя­жёлое красное масло, которое перего­нялось с образованием твёрдого ос­татка. Нагревая последний без доступа воздуха, он заметил образование бе­лого дыма, оседавшего на стенках со­суда и ярко светившегося в темноте. Бранд и назвал полученное им веще­ство фосфором, что в переводе с гре­ческого означает «светоносец».

Несколько лет «рецепт приготов­ления» фосфора хранился в строжай­шей тайне и был известен лишь не­скольким алхимикам. В 1680 г, это вещество независимо от Бранда вы­делил Р. Бойль. 

В несколько модифицированном виде старинный метод получения фосфора использовали и в XVIII сто­летии: нагреванию подвергали смесь мочи с оксидом свинца, поваренной солью, поташом и углём. Лишь в 1774 г. К. В. Шееле разработал способ получения фосфора из рога и костей животных. 

В наши дни фосфор производят в электрических печах, восстанавли­вая апатит углём в присутствии крем­незёма:

  

 

Пары фосфора при этой температу­ре почти полностью состоят из моле­кул Р2, которые при охлаждении кон­денсируются в молекулы Р4.

При конденсации паров образует­ся белый (жёлтый) фосфор (tпл=44 °С, tкип

=257 °С), который со­стоит из молекул Р4, имеющих форму тетраэдра. Это очень реакционноспособное мягкое воскообразное вещест­во бледно-жёлтого цвета, растворимое в сероуглероде и бензоле. На воздухе белый фосфор воспламеняется при 34 °С. Он обладает уникальной способ­ностью светиться в темноте за счёт медленного окисления до низших ок­сидов. Именно белый фосфор и был в своё время выделен Брандом.

Если белый фосфор нагревать без доступа воздуха, он переходит в крас­ный (впервые его получили лишь в 1847 г.). Название красный фос­фор относится сразу к нескольким модификациям, различающимся по плотности и окраске: она колеблется от оранжевой до тёмно-красной и да­же фиолетовой. Все разновидности красного фосфора нерастворимы в органических растворителях, по сравнению с белым фосфором они менее реакционноспособны (воспла­меняются на воздухе при t>200 °С) и имеют полимерное строение: это тетраэдры Р4, связанные друг с другом в бесконечные цепи. Несколько отли­чен от них «фиолетовый фосфор», который состоит из группировок Р8 и Р9, уложенных в длинные трубчатые структуры с пятиугольным сечением.

При повышенном давлении белый фосфор переходит в чёрный фос­фор, построенный из объёмных ше­стиугольников с атомами фосфора в вершинах, связанных друг с другом в слои. Впервые это превращение (при t=200 °С и р=12 000 атм) осуществил в 1934 г. американский физик Перси Уильямс Бриджмен (1882— 1961). Структура чёрного фосфора напоминает графит, с той лишь разни­цей, что слои, образованные атомами фосфора, не плоские, а «гофрирован­ные». Чёрный фосфор — это наименее активная модификация фосфора. При нагревании без доступа воздуха он, как и красный, переходит в пар, из кото­рого конденсируется белый фосфор.

Белый фосфор очень ядовит: смер­тельная доза около 0,1 г (примерно такая же и у цианистого калия — 0,12 г). Из-за опасности самовоспла­менения на воздухе его хранят под слоем воды. Красный и чёрный фос­фор менее ядовиты, так как нелетучи и практически нерастворимы в воде.

Белый фосфор уже при комнат­ной температуре, а остальные моди­фикации — при нагревании вступают в реакцию со многими простыми ве­ществами: галогенами, кислородом, серой, некоторыми металлами.

Интересно протекает реакция бе­лого фосфора с раствором щёлочи: Р4+3NaOH+3Н2О=3NaH2PO2+РН3­. При этом образуется гипофосфит натрия — соль одноосновной фосфорноватистой кислоты Н3РО2 — и выделяется фосфин РН3 — бесцвет­ный газ с резким запахом, воспламе­няющийся на воздухе. Фосфин прояв­ляет донорные свойства в гораздо меньшей степени, чем аммиак его водные растворы имеют нейтральную реакцию среды. При сжигании фос­фора на воздухе образуется белый дым, состоящий из мельчайших час­тиц оксида фосфора(V) Р2О5. Одна из модификаций этого соединения по­строена из молекул Р4О10, в которых каждый атом фосфора окружён че­тырьмя атомами кислорода, располо­женными в вершинах тетраэдров.

 Около 80 % от всего производимо­го белого фосфора идёт на синтез чистой («термической»)  ортофосфорной кислоты. Она в свою очередь используется для получения поли­фосфатов натрия (их применяют для снижения жёсткости питьевой воды: эти вещества прочно связывают ионы кальция) и пищевых фосфатов. Ос­тавшаяся часть белого фосфора рас­ходуется на создание дымообразую­щих веществ, зажигательных смесей, а также переводится в красный фос­фор. Красный фосфор находит при­менение в металлургии, производстве полупроводниковых материалов и ламп накаливания, используется в спичечной промышленности.

СBETOHOCEЦ ФОСФОР

Строение фиолетового (1) и чёрного (2, 3 — разные проекции) фосфора.


Строение белого (1) и красного (2) фосфора.

 

Строение фосфина РН3

СBETOHOCEЦ ФОСФОР

Белый и красный фосфор.

 





Источник: Мир Энциклопедий Аванта+
Авторы: Андрей Дроздов, Илья Леенсон, Дмитрий Трифонов, Денис Жилин, Александр Серов, Андрей Бреев, Андрей Шевельков, Вадим Ерёмин, Юлия Яковлева, Оксана Рыжова, Виктория Предеина, Наталья Морозова, Алексей Галин, Сергей Каргов, Сергей Бердоносов, Александр Сигеев, Оксана Помаз, Григорий Середа, Владимир Тюрин, Антон Максимов, Вячеслав Загорский, Леонид Каневский, Александр Скундин, Борис Сумм, Игнат Шилов, Екатерина Менделеева, Валерий Лунин, Абрам Блох, Пётр Зоркий, Александр Кури, Екатерина Иванова, Дмитрий Чаркин, Сергей Вацадзе, Григорий Серела, Анастасия Ростоцкая, Александр Серое, Анастасия Сигеева
Авторское право на материал
Копирование материалов допускается только с указанием активной ссылки на статью!

Похожие статьи

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.