Φώσφορος και οι ενώσεις του. Πρακτική εφαρμογή ενώσεων φωσφόρου

2024 Συγγραφέας: Angel Austin | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 05:22

Μεταξύ των βιογενών στοιχείων, ιδιαίτερη θέση πρέπει να δοθεί στον φώσφορο. Πράγματι, χωρίς αυτό, η ύπαρξη τέτοιων ζωτικών ενώσεων όπως, για παράδειγμα, το ATP ή τα φωσφολιπίδια, καθώς και πολλές άλλες οργανικές ουσίες, είναι αδύνατη. Ταυτόχρονα, η ανόργανη ύλη αυτού του στοιχείου είναι πολύ πλούσια σε διάφορα μόρια. Ο φώσφορος και οι ενώσεις του χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία, είναι σημαντικοί συμμετέχοντες σε βιολογικές διεργασίες και χρησιμοποιούνται σε διάφορους κλάδους της ανθρώπινης δραστηριότητας. Επομένως, σκεφτείτε τι είναι αυτό το στοιχείο, ποια είναι η απλή του ουσία και οι πιο σημαντικές ενώσεις.

Φώσφορος: γενικά χαρακτηριστικά του στοιχείου

Η θέση στον περιοδικό πίνακα μπορεί να περιγραφεί σε πολλά σημεία.

1. Πέμπτη ομάδα, κύρια υποομάδα.
2. Τρίτη μικρή περίοδος.
3. Τακτικός αριθμός - 15.
4. Η ατομική μάζα είναι 30, 974.
5. Ηλεκτρονική διαμόρφωση του ατόμου 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Πιθανές καταστάσεις οξείδωσης από-3 έως +5.
7. Χημικό σύμβολο - P, προφορά στους τύπους "pe". Το όνομα του στοιχείου είναι φώσφορος. Λατινική ονομασία Phosphorus.

Η ιστορία της ανακάλυψης αυτού του ατόμου χρονολογείται από τον μακρινό XII αιώνα. Ακόμη και στα αρχεία των αλχημιστών υπήρχαν πληροφορίες που έδειχναν την παραλαβή μιας άγνωστης «φωτεινής» ουσίας. Ωστόσο, η επίσημη ημερομηνία για τη σύνθεση και την ανακάλυψη του φωσφόρου ήταν το 1669. Ο χρεοκοπημένος έμπορος Μπραντ, αναζητώντας τη φιλοσοφική πέτρα, συνέθεσε κατά λάθος μια ουσία ικανή να εκπέμπει λάμψη και να καίει με μια λαμπερή εκτυφλωτική φλόγα. Το έκανε αυτό με επανειλημμένα ασβεστοποίηση ανθρώπινων ούρων.

Μετά από αυτό, ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, αυτό το στοιχείο ελήφθη με περίπου τους ίδιους τρόπους:

• I. Kunkel;
• R. Boyle;
• Α. Margrave;
• Κ. Scheele;
• Α. Lavoisier.

Σήμερα, μία από τις πιο δημοφιλείς μεθόδους για τη σύνθεση αυτής της ουσίας είναι η αναγωγή από τα αντίστοιχα ορυκτά που περιέχουν φώσφορο σε υψηλές θερμοκρασίες υπό την επίδραση μονοξειδίου του άνθρακα και πυριτίου. Η διαδικασία πραγματοποιείται σε ειδικούς κλιβάνους. Ο φώσφορος και οι ενώσεις του είναι πολύ σημαντικές ουσίες τόσο για τα ζωντανά όντα όσο και για πολλές συνθέσεις στη χημική βιομηχανία. Επομένως, θα πρέπει κανείς να εξετάσει τι είναι αυτό το στοιχείο ως απλή ουσία και πού βρίσκεται στη φύση.

Απλή ουσία φώσφορος

Είναι δύσκολο να ονομάσετε μια συγκεκριμένη ένωση όταν πρόκειται για φώσφορο. Αυτό οφείλεται στα πολυάριθμααλλοτροπικές τροποποιήσεις που έχει αυτό το στοιχείο. Υπάρχουν τέσσερις κύριες ποικιλίες της απλής ουσίας φώσφορος.

1. Λευκό. Αυτή είναι μια ένωση της οποίας ο τύπος είναι Р₄. Είναι μια λευκή πτητική ουσία με έντονη δυσάρεστη οσμή σκόρδου. Αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα σε κανονικές θερμοκρασίες. Καίγεται με ένα φωτεινό ανοιχτό πράσινο φως. Πολύ δηλητηριώδες και απειλητικό για τη ζωή. Η χημική δραστηριότητα είναι εξαιρετικά υψηλή, επομένως λαμβάνεται και αποθηκεύεται κάτω από ένα στρώμα καθαρού νερού. Αυτό είναι δυνατό λόγω κακής διαλυτότητας σε πολικούς διαλύτες. Ο δισουλφίδιο του άνθρακα και οι οργανικές ουσίες ταιριάζουν καλύτερα για αυτόν τον λευκό φώσφορο. Όταν θερμαίνεται, είναι ικανό να μετατραπεί στην επόμενη αλλοτροπική μορφή - τον κόκκινο φώσφορο. Κατά τη συμπύκνωση και την ψύξη των ατμών, είναι σε θέση να σχηματίσει στρώματα. Λιπαρό στην αφή, απαλό, κόβεται εύκολα με μαχαίρι, λευκό (ελαφρώς κιτρινωπό). Σημείο τήξεως 44⁰C. Λόγω της χημικής του δράσης χρησιμοποιείται σε συνθέσεις. Όμως λόγω της τοξικότητάς του δεν έχει ευρεία βιομηχανική εφαρμογή.
2. Κίτρινο. Είναι μια κακώς καθαρισμένη μορφή λευκού φωσφόρου. Είναι ακόμα πιο δηλητηριώδες, μυρίζει επίσης δυσάρεστα σκόρδο. Αναφλέγεται και καίγεται με μια λαμπερή φωτεινή πράσινη φλόγα. Αυτοί οι κίτρινοι ή καφέ κρύσταλλοι δεν διαλύονται καθόλου στο νερό· όταν οξειδωθούν πλήρως, εκπέμπουν ρουφηξιά λευκού καπνού με τη σύνθεση P₄O₁₀.
3. Ο κόκκινος φώσφορος και οι ενώσεις του είναι η πιο κοινή και πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τροποποίηση αυτής της ουσίας στη βιομηχανία. Παστώδης κόκκινη μάζα, η οποία υπό αυξημένη πίεση μπορείνα περάσει σε μορφή βιολετί κρυστάλλων, είναι χημικά ανενεργό. Είναι ένα πολυμερές που μπορεί να διαλυθεί μόνο σε ορισμένα μέταλλα και τίποτα άλλο. Σε θερμοκρασία 250⁰С εξαχνώνεται, μετατρέποντας σε λευκή τροποποίηση. Όχι τόσο τοξικό όσο οι προηγούμενες μορφές. Ωστόσο, η μακροχρόνια έκθεση στον οργανισμό είναι τοξική. Χρησιμοποιείται για την εφαρμογή εμπρηστικής επικάλυψης σε σπιρτόκουτα. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι δεν μπορεί να αναφλεγεί αυθόρμητα, αλλά εκρήγνυται (αναφλέγεται) κατά την ένδειξη και την τριβή.
4. Μαύρο. Σύμφωνα με εξωτερικά δεδομένα, μοιάζει πολύ με τον γραφίτη, είναι επίσης λιπαρό στην αφή. Είναι ηλεκτρικός ημιαγωγός. Σκούροι κρύσταλλοι, γυαλιστεροί, που δεν μπορούν να διαλυθούν σε κανέναν καθόλου διαλύτη. Για να πάρει φωτιά χρειάζονται πολύ υψηλές θερμοκρασίες και προθέρμανση.

Επίσης ενδιαφέρουσα είναι η πρόσφατα ανακαλυφθείσα μορφή φωσφόρου - μεταλλικό. Είναι αγωγός και έχει κυβικό κρυσταλλικό πλέγμα.

Χημικές ιδιότητες

Οι χημικές ιδιότητες του φωσφόρου εξαρτώνται από τη μορφή του. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η πιο ενεργή κίτρινη και λευκή τροποποίηση. Γενικά, ο φώσφορος μπορεί να αλληλεπιδράσει με:

• μέταλλα, που σχηματίζουν φωσφίδια και δρουν ως οξειδωτικός παράγοντας;
• μη μέταλλα, δρώντας ως αναγωγικός παράγοντας και σχηματίζοντας πτητικές και μη πτητικές ενώσεις διαφόρων ειδών,
• ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες, που μετατρέπονται σε φωσφορικό οξύ;
• με συμπυκνωμένα καυστικά αλκάλια ανά τύποδυσαναλογία;
• με νερό σε πολύ υψηλή θερμοκρασία;
• με οξυγόνο για να σχηματιστούν διάφορα οξείδια.

Οι χημικές ιδιότητες του φωσφόρου είναι παρόμοιες με εκείνες του αζώτου. Μετά από όλα, είναι μέρος της ομάδας pnictogen. Ωστόσο, η δραστηριότητα είναι αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερη λόγω της ποικιλίας των αλλοτροπικών τροποποιήσεων.

Όντας στη φύση

Ως θρεπτικό συστατικό, ο φώσφορος είναι πολύ άφθονος. Το ποσοστό του στον φλοιό της γης είναι 0,09%. Αυτός είναι ένας αρκετά μεγάλος δείκτης. Πού βρίσκεται αυτό το άτομο στη φύση; Υπάρχουν πολλά κύρια μέρη για να ονομάσετε:

• πράσινο μέρος των φυτών, οι σπόροι και οι καρποί τους;
• ζωικοί ιστοί (μύες, οστά, σμάλτο δοντιών, πολλές σημαντικές οργανικές ενώσεις);
• κρούστα;
• χώμα;
• πετρώματα και ορυκτά;
• θαλασσινό νερό.

Σε αυτήν την περίπτωση, μπορούμε να μιλήσουμε μόνο για συναφείς μορφές, αλλά όχι για μια απλή ουσία. Άλλωστε είναι εξαιρετικά δραστήριος και αυτό δεν του επιτρέπει να είναι ελεύθερος. Μεταξύ των ορυκτών που είναι πιο πλούσια σε φώσφορο είναι:

• Αγγλικά;
• φθοραπαπτίτης;
• svanbergite;
• φωσφορίτης και άλλοι.

Η βιολογική σημασία αυτού του στοιχείου δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί. Εξάλλου, είναι μέρος ενώσεων όπως:

• πρωτεΐνες;
• φωσφολιπίδια;
• DNA;
• RNA;
• φωσφοπρωτεΐνες;
• ένζυμα.

Δηλαδή όλα εκείνα που είναι ζωτικής σημασίας και από τα οποία είναι φτιαγμένος ολόκληρος ο οργανισμός. Η ημερήσια δόση για έναν μέσο ενήλικα είναι περίπου 2 γραμμάρια.

Φώσφορος και οι ενώσεις του

Όντας πολύ ενεργό, αυτό το στοιχείο σχηματίζει πολλές διαφορετικές ουσίες. Μετά από όλα, σχηματίζει επίσης φωσφίδια και η ίδια δρα ως αναγωγικός παράγοντας. Εξαιτίας αυτού, είναι δύσκολο να ονομάσουμε ένα στοιχείο που θα ήταν αδρανές όταν αντιδρούσε μαζί του. Επομένως, οι τύποι των ενώσεων φωσφόρου είναι εξαιρετικά διαφορετικοί. Υπάρχουν διάφορες κατηγορίες ουσιών στον σχηματισμό των οποίων συμμετέχει ενεργά.

1. Δυαδικές ενώσεις - οξείδια, φωσφίδια, πτητική ένωση υδρογόνου, σουλφίδιο, νιτρίδιο και άλλα. Για παράδειγμα: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{και άλλα.}
2. Σύνθετες ουσίες: άλατα όλων των τύπων (μέτρια, όξινα, βασικά, διπλά, σύνθετα), οξέα. Παράδειγμα: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ και άλλα.
3. Οργανικές ενώσεις που περιέχουν οξυγόνο: πρωτεΐνες, φωσφολιπίδια, ATP, DNA, RNA και άλλα.

Οι περισσότεροι από τους καθορισμένους τύπους ουσιών έχουν μεγάλη βιομηχανική και βιολογική σημασία. Η χρήση του φωσφόρου και των ενώσεων του είναι δυνατή τόσο για ιατρικούς σκοπούς όσο και για την κατασκευή πολύ συνηθισμένων ειδών οικιακής χρήσης.

Ενώσεις με μέταλλα

Οι δυαδικές ενώσεις του φωσφόρου με μέταλλα και λιγότερο ηλεκτραρνητικά αμέταλλα ονομάζονται φωσφίδια. Πρόκειται για ουσίες που μοιάζουν με αλάτι και είναι εξαιρετικά ασταθείς όταν εκτίθενται σε διάφορους παράγοντες. Η ταχεία αποσύνθεση (υδρόλυση) προκαλεί ακόμησκέτο νερό.

Επιπλέον, υπό τη δράση μη συμπυκνωμένων οξέων, η ουσία διασπάται και στα αντίστοιχα προϊόντα. Για παράδειγμα, αν μιλάμε για την υδρόλυση του φωσφιδίου ασβεστίου, τότε τα προϊόντα θα είναι υδροξείδιο μετάλλου και φωσφίνη:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

Και υποβάλλοντας το φωσφίδιο σε αποσύνθεση υπό τη δράση ενός ανόργανου οξέος, παίρνουμε το αντίστοιχο αλάτι και φωσφίνη:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Γενικά, η αξία των υπό εξέταση ενώσεων έγκειται ακριβώς στο γεγονός ότι ως αποτέλεσμα σχηματίζεται μια ένωση υδρογόνου φωσφόρου, οι ιδιότητες της οποίας θα εξεταστούν παρακάτω.

Πτητικές ουσίες με βάση το φώσφορο

Υπάρχουν δύο βασικά:

• λευκός φώσφορος;
• φωσφίνη.

Αναφέραμε ήδη το πρώτο παραπάνω και δώσαμε τα χαρακτηριστικά. Είπαν ότι ήταν πυκνός λευκός καπνός, πολύ δηλητηριώδης, δύσοσμος και αυτοαναφλεγόμενος υπό κανονικές συνθήκες.

Αλλά τι είναι η φωσφίνη; Αυτή είναι η πιο κοινή και γνωστή πτητική ουσία, η οποία περιλαμβάνει το εν λόγω στοιχείο. Είναι δυαδικό και ο δεύτερος συμμετέχων είναι το υδρογόνο. Ο τύπος της ένωσης υδρογόνου του φωσφόρου είναι pH₃, το όνομα είναι φωσφίνη.

Οι ιδιότητες αυτής της ουσίας μπορούν να περιγραφούν ως εξής.

1. πτητικό άχρωμο αέριο.
2. Πολύ δηλητηριώδες.
3. Μυρίζει σαν σάπιο ψάρι.
4. Δεν αλληλεπιδρά με το νερό και διαλύεται πολύ άσχημα σε αυτό. Καλά διαλυτό σεβιολογικά.
5. Υπό κανονικές συνθήκες, πολύ αντιδραστικό.
6. Αυτοαναφλέγεται στον αέρα.
7. Παράγεται από την αποσύνθεση φωσφιδίων μετάλλων.

Ένα άλλο όνομα είναι Φωσφάνη. Μ' αυτό συνδέονται ιστορίες από την αρχαιότητα. Είναι όλα για τα «περιπλανώμενα φώτα» που μερικές φορές έβλεπαν και βλέπουν οι άνθρωποι τώρα σε νεκροταφεία και βάλτους. Φώτα σφαιρικά ή σαν κεριά που εμφανίζονται εδώ κι εκεί δίνοντας την εντύπωση της κίνησης θεωρούνταν κακός οιωνός και οι δεισιδαίμονες τα φοβόντουσαν πολύ. Αιτία αυτού του φαινομένου, σύμφωνα με τις σύγχρονες απόψεις ορισμένων επιστημόνων, μπορεί να θεωρηθεί η αυθόρμητη καύση της φωσφίνης, η οποία σχηματίζεται φυσικά κατά την αποσύνθεση οργανικών υπολειμμάτων, φυτικών και ζωικών. Το αέριο βγαίνει και, σε επαφή με το οξυγόνο του αέρα, αναφλέγεται. Το χρώμα και το μέγεθος της φλόγας ενδέχεται να διαφέρουν. Τις περισσότερες φορές, αυτά είναι πρασινωπά φωτεινά φώτα.

Προφανώς, όλες οι πτητικές ενώσεις του φωσφόρου είναι δηλητηριώδεις ουσίες που είναι εύκολο να εντοπιστούν από μια έντονη δυσάρεστη οσμή. Αυτό το σημάδι βοηθά στην αποφυγή δηλητηριάσεων και δυσάρεστων συνεπειών.

Ενώσεις με αμέταλλα

Αν ο φώσφορος συμπεριφέρεται ως αναγωγικός παράγοντας, τότε θα πρέπει να μιλάμε για δυαδικές ενώσεις με αμέταλλα. Τις περισσότερες φορές, είναι πιο ηλεκτραρνητικά. Έτσι, μπορούμε να διακρίνουμε διάφορους τύπους ουσιών αυτού του είδους:

• ένωση φωσφόρου και θείου - θειούχο φωσφόρο P₂S₃;
• χλωριούχος φωσφόρος III, V;
• οξείδια και ανυδρίτης;
• βρωμίδιο και ιωδίδιο καιάλλοι.

Η χημεία του φωσφόρου και των ενώσεων του είναι ποικίλη, επομένως είναι δύσκολο να εντοπιστούν οι πιο σημαντικές από αυτές. Εάν μιλάμε συγκεκριμένα για τις ουσίες που σχηματίζονται από φώσφορο και μη μέταλλα, τότε τα οξείδια και τα χλωρίδια διαφόρων συνθέσεων έχουν τη μεγαλύτερη σημασία. Χρησιμοποιούνται σε χημικές συνθέσεις ως παράγοντες αφυδάτωσης, ως καταλύτες και ούτω καθεξής.

Έτσι, ένας από τους πιο ισχυρούς ξηραντικούς παράγοντες είναι το υψηλότερο οξείδιο του φωσφόρου - P₂O₅. Προσελκύει το νερό τόσο έντονα που σε άμεση επαφή με αυτό, εμφανίζεται μια βίαιη αντίδραση με τη συνοδεία ισχυρού θορύβου. Η ίδια η ουσία είναι μια λευκή μάζα που μοιάζει με χιόνι, πιο κοντά στην άμορφη στην κατάσταση συσσώρευσής της.

Οξυγονωμένες οργανικές ενώσεις με φώσφορο

Είναι γνωστό ότι η οργανική χημεία υπερτερεί κατά πολύ της ανόργανης χημείας ως προς τον αριθμό των ενώσεων. Αυτό εξηγείται από το φαινόμενο του ισομερισμού και την ικανότητα των ατόμων άνθρακα να σχηματίζουν αλυσίδες ατόμων διαφόρων δομών, που κλείνουν μεταξύ τους. Φυσικά, υπάρχει μια ορισμένη σειρά, δηλαδή μια ταξινόμηση, στην οποία υπόκειται όλη η οργανική χημεία. Οι κατηγορίες σύνδεσης είναι διαφορετικές, ωστόσο, μας ενδιαφέρει μια συγκεκριμένη, που σχετίζεται άμεσα με το εν λόγω στοιχείο. Αυτές είναι ενώσεις που περιέχουν οξυγόνο με φώσφορο. Αυτά περιλαμβάνουν:

• συνένζυμα - NADP, ATP, FMN, φωσφορική πυριδοξάλη και άλλα;
• πρωτεΐνες;
• νουκλεϊκά οξέα, καθώς το υπόλειμμα φωσφορικού οξέος είναι μέρος του νουκλεοτιδίου,
• φωσφολιπίδια και φωσφοπρωτεΐνες;
• ένζυμα και καταλύτες.

Τύπος ιόντος στο οποίοο φώσφορος εμπλέκεται στο σχηματισμό ενός μορίου αυτών των ενώσεων, το επόμενο είναι PO₄^3-, δηλαδή είναι ένα υπόλειμμα οξέος του φωσφορικού οξέος. Υπάρχει σε ορισμένες πρωτεΐνες ως ελεύθερο άτομο ή απλό ιόν.

Για τη φυσιολογική λειτουργία κάθε ζωντανού οργανισμού, αυτό το στοιχείο και οι οργανικές ενώσεις που σχηματίζονται από αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικά και απαραίτητα. Πράγματι, χωρίς μόρια πρωτεΐνης, είναι αδύνατο να χτιστεί ένα μόνο δομικό μέρος του σώματος. Και το DNA και το RNA είναι οι κύριοι φορείς και διαβιβαστές κληρονομικών πληροφοριών. Γενικά, όλες οι συνδέσεις πρέπει να υπάρχουν χωρίς αποτυχία.

Χρήση φωσφόρου στη βιομηχανία

Η χρήση του φωσφόρου και των ενώσεων του στη βιομηχανία μπορεί να χαρακτηριστεί σε πολλά σημεία.

1. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή σπίρτων, εκρηκτικών ουσιών, εμπρηστικών βομβών, ορισμένων καυσίμων, λιπαντικών.
2. Ως απορροφητής αερίων και στην κατασκευή λαμπτήρων πυρακτώσεως.
3. Για την προστασία των μετάλλων από τη διάβρωση.
4. Στη γεωργία ως λίπασμα εδάφους.
5. Ως αποσκληρυντικό νερού.
6. Στις χημικές συνθέσεις στην παραγωγή διαφόρων ουσιών.

Ο ρόλος στους ζωντανούς οργανισμούς περιορίζεται στη συμμετοχή στο σχηματισμό του σμάλτου των δοντιών και των οστών. Συμμετοχή στις αντιδράσεις ανα- και καταβολισμού, καθώς και διατήρηση της ρυθμιστικής ρύθμισης του εσωτερικού περιβάλλοντος του κυττάρου και των βιολογικών υγρών. Αποτελεί τη βάση στη σύνθεση DNA, RNA, φωσφολιπιδίων.