Fòsfor i els seus compostos. Aplicació pràctica de compostos de fòsfor

2024 Autora: Angel Austin | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 05:19

Entre els elements biogènics, cal donar un lloc especial al fòsfor. De fet, sense ell, l'existència de compostos tan vitals com, per exemple, ATP o fosfolípids, així com moltes altres substàncies orgàniques, és impossible. Al mateix temps, la matèria inorgànica d'aquest element és molt rica en diverses molècules. El fòsfor i els seus compostos s'utilitzen àmpliament a la indústria, són participants importants en processos biològics i s'utilitzen en diverses branques de l'activitat humana. Per tant, tingueu en compte què és aquest element, quina és la seva substància simple i els compostos més importants.

Fòsfor: característiques generals de l'element

La posició a la taula periòdica es pot descriure en diversos punts.

1. Cinquè grup, subgrup principal.
2. Tercer petit període.
3. Número ordinal - 15.
4. La massa atòmica és 30.974.
5. Configuració electrònica de l'àtom 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Possibles estats d'oxidació a partir de-3 a +5.
7. Símbol químic - P, pronunciació en fórmules "pe". El nom de l'element és fòsfor. Nom llatí Phosphorus.

La història del descobriment d'aquest àtom es remunta al llunyà segle XII. Fins i tot als registres dels alquimistes hi havia informació que indicava la recepció d'una substància "lluminosa" desconeguda. Tanmateix, la data oficial per a la síntesi i el descobriment del fòsfor va ser el 1669. El mercader en fallida Brand, a la recerca de la pedra filosofal, va sintetitzar accidentalment una substància capaç d'emetre un resplendor i cremar amb una flama brillant i encegadora. Ho va fer calcinant repetidament l'orina humana.

Després, independentment l'un de l' altre, aquest element es va rebre aproximadament de les mateixes maneres:

• I. Kunkel;
• R. Boyle;
• A. Margrave;
• K. Scheele;
• A. Lavoisier.

Avui, un dels mètodes més populars per a la síntesi d'aquesta substància és la reducció dels corresponents minerals que contenen fòsfor a altes temperatures sota la influència del monòxid de carboni i la sílice. El procés es realitza en forns especials. El fòsfor i els seus compostos són substàncies molt importants tant per als éssers vius com per a moltes síntesis de la indústria química. Per tant, cal considerar què és aquest element com a substància simple i on es troba a la natura.

Fòsfor substància simple

És difícil anomenar un compost específic quan es tracta de fòsfor. Això es deu als nombrososmodificacions al·lotròpiques que té aquest element. Hi ha quatre varietats principals de la substància simple fòsfor.

1. Blanc. Aquest és un compost la fórmula del qual és Р₄. És una substància volàtil blanca amb una forta olor desagradable d'all. S'encén espontàniament a l'aire a temperatures normals. Crema amb una llum verda pàl·lida lluminosa. Molt verinós i potencialment mortal. L'activitat química és extremadament elevada, per la qual cosa s'obté i s'emmagatzema sota una capa d'aigua purificada. Això és possible a causa de la poca solubilitat en dissolvents polars. El disulfur de carboni i les substàncies orgàniques són els més adequats per a aquest fòsfor blanc. Quan s'escalfa, és capaç de transformar-se en la següent forma al·lotròpica: fòsfor vermell. Quan es condensa i es refreda els vapors, és capaç de formar capes. Oliós al tacte, suau, fàcil de tallar amb un ganivet, blanc (lleugerament groguenc). Punt de fusió 44⁰C. Per la seva activitat química s'utilitza en síntesis. Però a causa de la seva toxicitat, no té una àmplia aplicació industrial.
2. Groc. És una forma poc purificada de fòsfor blanc. Encara és més verinós, també fa una olor desagradable d'all. S'encén i crema amb una flama verda brillant i lluminosa. Aquests cristalls grocs o marrons no es dissolen en l'aigua en absolut; quan s'oxiden completament, emeten bufades de fum blanc amb la composició P₄O₁₀.
3. El fòsfor vermell i els seus compostos són la modificació més comuna i més utilitzada d'aquesta substància a la indústria. Massa vermella pastosa, que sota pressió augmentada potpassar a la forma de cristalls violetes, és químicament inactiu. És un polímer que només es pot dissoldre en determinats metalls i res més. A una temperatura de 250⁰С, es sublima i es converteix en una modificació blanca. No tan tòxic com les formes anteriors. No obstant això, l'exposició a llarg termini al cos és tòxica. S'utilitza per aplicar un recobriment incendiari a les caixes de llumins. Això s'explica pel fet que no es pot encendre espontàniament, però explota (s'encén) durant la denotació i la fricció.
4. Negre. Segons dades externes, és molt semblant al grafit, també és gras al tacte. És un semiconductor elèctric. Cristalls foscos, brillants, que no es poden dissoldre en cap dissolvent. Perquè s'encén calen temperatures molt elevades i un escalfament previ.

També és interessant la forma de fòsfor descoberta recentment: metàl·lic. És conductor i té una xarxa cristal·lina cúbica.

Propietats químiques

Les propietats químiques del fòsfor depenen de quina forma es trobi. Com s'ha esmentat anteriorment, la modificació groc i blanc més activa. En general, el fòsfor és capaç d'interaccionar amb:

• metalls, que formen fosfurs i actuen com a agent oxidant;
• no metalls, actuant com a agent reductor i formant compostos volàtils i no volàtils de diversos tipus;
• agents oxidants forts, convertint-se en àcid fosfòric;
• amb àlcalis càustics concentrats per tipusdesproporció;
• amb aigua a una temperatura molt alta;
• amb oxigen per formar diversos òxids.

Les propietats químiques del fòsfor són similars a les del nitrogen. Després de tot, forma part del grup dels pnictògens. Tanmateix, l'activitat és uns quants ordres de magnitud superior a causa de la varietat de modificacions al·lotròpiques.

Estar a la natura

Com a nutrient, el fòsfor és molt abundant. El seu percentatge a l'escorça terrestre és del 0,09%. Aquest és un indicador bastant gran. On es troba aquest àtom a la natura? Hi ha diversos llocs principals per nomenar:

• part verda de les plantes, les seves llavors i fruits;
• teixits animals (músculs, ossos, esm alt de les dents, molts compostos orgànics importants);
• crosta;
• sòl;
• roques i minerals;
• aigua de mar.

En aquest cas, només podem parlar de formes relacionades, però no d'una substància simple. Després de tot, és extremadament actiu, i això no li permet ser lliure. Entre els minerals més rics en fòsfor es troben:

• anglès;
• fluorapaptite;
• svanbergite;
• fosforit i altres.

La importància biològica d'aquest element no es pot sobreestimar. Després de tot, forma part de compostos com ara:

• proteïnes;
• fosfolípids;
• ADN;
• RNA;
• fosfoproteïnes;
• enzims.

És a dir, tots aquells que són vitals i a partir dels quals es construeix tot l'organisme. La quantitat diària per a un adult mitjà és d'uns 2 grams.

Fòsfor i els seus compostos

En ser molt actiu, aquest element forma moltes substàncies diferents. Després de tot, també forma fosfurs i actua com a agent reductor. Per això, és difícil anomenar un element que seria inert en reaccionar amb ell. Per tant, les fórmules dels compostos de fòsfor són extremadament diverses. Hi ha diverses classes de substàncies en la formació de les quals participa actiu.

1. Compostos binaris: òxids, fosfurs, compost d'hidrogen volàtil, sulfur, nitrur i altres. Per exemple: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{i altres.}
2. Substàncies complexes: sals de tot tipus (mitjanes, àcides, bàsiques, dobles, complexes), àcids. Exemple: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ i altres.
3. Compostos orgànics que contenen oxigen: proteïnes, fosfolípids, ATP, ADN, ARN i altres.

La majoria dels tipus de substàncies designats tenen una gran importància industrial i biològica. L'ús del fòsfor i els seus compostos és possible tant per a finalitats mèdiques com per a la fabricació d'articles per a la llar bastant normals.

Compostos amb metalls

Els compostos binaris de fòsfor amb metalls i no metalls menys electronegatius s'anomenen fosfurs. Són substàncies semblants a la sal que són extremadament inestables quan s'exposen a diversos agents. La ràpida descomposició (hidròlisi) provoca fins i totaigua senzilla.

A més, sota l'acció d'àcids no concentrats, la substància també es descompon en els productes corresponents. Per exemple, si parlem de la hidròlisi del fosfur de calci, els productes seran hidròxid metàl·lic i fosfina:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

I en sotmetre el fosfur a la descomposició sota l'acció d'un àcid mineral, obtenim la sal i la fosfina corresponents:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

En general, el valor dels compostos considerats rau precisament en el fet que com a resultat es forma un compost d'hidrogen de fòsfor, les propietats del qual es consideraran a continuació.

Substàncies volàtils a base de fòsfor

Hi ha dos principals:

• fòsfor blanc;
• fosfina.

Ja hem comentat el primer anterior i n'hem donat les característiques. Van dir que era un fum blanc espes, molt verinós, feia olor i que s'encén per si mateix en condicions normals.

Però què és la fosfina? Aquesta és la substància volàtil més comuna i coneguda, que inclou l'element en qüestió. És binari i el segon participant és l'hidrogen. La fórmula del compost d'hidrogen del fòsfor és pH₃, el nom és fosfina.

Les propietats d'aquesta substància es poden descriure de la següent manera.

1. Gas incolor volàtil.
2. Molt verinós.
3. Fa olor de peix podrit.
4. No interacciona amb l'aigua i s'hi dissol molt malament. Ben soluble enorgànics.
5. En condicions normals, molt reactiu.
6. S'encén a l'aire.
7. Produït a partir de la descomposició de fosfurs metàl·lics.

Un altre nom és Phosphane. S'hi associen històries de l'antiguitat. Es tracta de les "llums errants" que de vegades la gent veia i veu ara als cementiris i els pantans. Els llums esfèrics o en forma d'espelmes que apareixen aquí i allà, donant la impressió de moviment, eren considerats de mal presagi i els supersticiosos els tenien molta por. La causa d'aquest fenomen, segons les opinions modernes d'alguns científics, es pot considerar la combustió espontània de la fosfina, que es forma de manera natural durant la descomposició de residus orgànics, tant vegetals com animals. El gas surt i, en contacte amb l'oxigen de l'aire, s'encén. El color i la mida de la flama poden variar. Molt sovint, són llums brillants verdoses.

Òbviament, tots els compostos volàtils de fòsfor són substàncies tòxiques que són fàcils de detectar per una olor desagradable. Aquest signe ajuda a evitar l'enverinament i les conseqüències desagradables.

Compostos amb no metalls

Si el fòsfor es comporta com un agent reductor, hauríem de parlar de compostos binaris amb no metalls. Molt sovint, són més electronegatius. Així, podem distingir diversos tipus de substàncies d'aquest tipus:

• compost de fòsfor i sofre - sulfur de fòsfor P₂S₃;
• clorur de fòsfor III, V;
• òxids i anhídrid;
• bromur i iodur i altres.

La química del fòsfor i els seus compostos és diversa, per la qual cosa és difícil identificar el més important d'ells. Si parlem específicament de les substàncies que es formen a partir de fòsfor i no metalls, els òxids i clorurs de diverses composicions són de gran importància. S'utilitzen en síntesis químiques com a agents deshidratants, com a catalitzadors, etc.

Per tant, un dels agents assecants més potents és l'òxid de fòsfor més alt: P₂O₅. Atreu l'aigua tan fortament que en contacte directe amb ella, es produeix una reacció violenta amb un fort acompanyament de soroll. La substància en si és una massa blanca semblant a la neu, més propera a l'amorfa en el seu estat d'agregació.

Compostos orgànics oxigenats amb fòsfor

Se sap que la química orgànica supera amb escreix la química inorgànica pel que fa al nombre de compostos. Això s'explica pel fenomen de la isomeria i la capacitat dels àtoms de carboni de formar cadenes d'àtoms de diverses estructures, tancant-se entre si. Naturalment, hi ha un cert ordre, és a dir, una classificació, a la qual està subjecta tota la química orgànica. Les classes de connexió són diferents, però ens interessa una de concreta, directament relacionada amb l'element en qüestió. Aquests són compostos que contenen oxigen amb fòsfor. Aquests inclouen:

• coenzims: NADP, ATP, FMN, fosfat de piridoxal i altres;
• proteïnes;
• àcids nucleics, ja que el residu d'àcid fosfòric forma part del nucleòtid;
• fosfolípids i fosfoproteïnes;
• enzims i catalitzadors.

Tipus d'ió en quèel fòsfor està implicat en la formació d'una molècula d'aquests compostos, la següent és PO₄^3-, és a dir, és un residu àcid d'àcid fosfòric. Està present en algunes proteïnes com un àtom lliure o un ió simple.

Per al funcionament normal de tot organisme viu, aquest element i els compostos orgànics formats per ell són extremadament importants i necessaris. De fet, sense molècules de proteïnes, és impossible construir una sola part estructural del cos. I l'ADN i l'ARN són els principals portadors i transmissors d'informació hereditària. En general, totes les connexions han d'estar presents sense fallar.

Ús de fòsfor a la indústria

L'ús del fòsfor i els seus compostos a la indústria es pot caracteritzar en diversos punts.

1. S'utilitza en la fabricació de llumins, compostos explosius, bombes incendiàries, alguns combustibles, lubricants.
2. Com a absorbent de gas i en la fabricació de làmpades incandescents.
3. Per protegir els metalls de la corrosió.
4. A l'agricultura com a fertilitzant del sòl.
5. Com a suavitzant d'aigua.
6. En síntesis químiques en la producció de diverses substàncies.

El paper en els organismes vius es redueix a la participació en la formació de l'esm alt dental i els ossos. Participació en les reaccions d'ana- i catabolisme, així com el manteniment de l'amortiment del medi intern de la cèl·lula i dels fluids biològics. És la base en la síntesi d'ADN, ARN, fosfolípids.