Fosfor i njegova jedinjenja. Praktična primjena jedinjenja fosfora

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:19

Među biogenim elementima posebno mjesto treba dati fosforu. Zaista, bez toga je nemoguće postojanje takvih vitalnih spojeva kao što su, na primjer, ATP ili fosfolipidi, kao i mnoge druge organske tvari. Istovremeno, neorganska materija ovog elementa je veoma bogata raznim molekulima. Fosfor i njegova jedinjenja imaju široku primenu u industriji, važni su učesnici u biološkim procesima i koriste se u različitim granama ljudske delatnosti. Stoga, razmislite šta je ovaj element, koja su njegova jednostavna supstanca i najvažnija jedinjenja.

Fosfor: opšte karakteristike elementa

Pozicija u periodnom sistemu može se opisati u nekoliko tačaka.

1. Peta grupa, glavna podgrupa.
2. Treća mala tačka.
3. Redni broj - 15.
4. Atomska masa je 30, 974.
5. Elektronska konfiguracija atoma 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Moguća oksidaciona stanja od-3 do +5.
7. Hemijski simbol - P, izgovor u formulama "pe". Naziv elementa je fosfor. Latinski naziv Phosphorus.

Istorija otkrića ovog atoma seže u daleki XII vek. Čak iu zapisima alhemičara postojale su informacije koje ukazuju na prijem nepoznate "svjetleće" supstance. Međutim, službeni datum za sintezu i otkriće fosfora bio je 1669. Bankrotirani trgovac Brand, u potrazi za kamenom filozofije, slučajno je sintetizirao supstancu sposobnu emitovati sjaj i gorjeti jarkim zasljepljujućim plamenom. On je to učinio tako što je više puta kalcinirao ljudski urin.

Nakon toga, nezavisno jedan od drugog, ovaj element je primljen na približno iste načine:

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

Danas, jedna od najpopularnijih metoda za sintezu ove supstance je redukcija iz odgovarajućih minerala koji sadrže fosfor na visokim temperaturama pod uticajem ugljen-monoksida i silicijum dioksida. Proces se izvodi u posebnim pećima. Fosfor i njegova jedinjenja su veoma važne supstance kako za živa bića tako i za mnoge sinteze u hemijskoj industriji. Stoga treba razmotriti šta je ovaj element kao jednostavna supstanca i gdje se nalazi u prirodi.

Prosta supstanca fosfor

Teško je imenovati određeno jedinjenje kada je u pitanju fosfor. To je zbog brojnihalotropske modifikacije koje ovaj element ima. Postoje četiri glavne varijante jednostavne supstance fosfora.

1. Bijelo. Ovo je jedinjenje čija je formula R₄. To je bijela hlapljiva tvar s oštrim neugodnim mirisom bijelog luka. Spontano se pali na zraku pri normalnim temperaturama. Gori blistavim blijedozelenim svjetlom. Veoma otrovan i opasan po život. Hemijska aktivnost je izuzetno visoka, pa se dobija i čuva pod slojem prečišćene vode. To je moguće zbog slabe rastvorljivosti u polarnim rastvaračima. Ugljični disulfid i organske tvari su najprikladniji za ovaj bijeli fosfor. Kada se zagrije, može se transformirati u sljedeći alotropni oblik - crveni fosfor. Prilikom kondenzacije i hlađenja para, može formirati slojeve. Masno na dodir, mekano, lako se seče nožem, belo (blago žućkasto). Tačka topljenja 44⁰C. Zbog svoje hemijske aktivnosti koristi se u sintezama. Ali zbog svoje toksičnosti, nema široku industrijsku primjenu.
2. Žuta. To je slabo pročišćeni oblik bijelog fosfora. Još je otrovniji, neprijatno miriše na beli luk. Pali se i gori blistavim blistavim zelenim plamenom. Ovi žuti ili smeđi kristali se uopće ne rastvaraju u vodi; kada su potpuno oksidirani, emituju oblačiće bijelog dima sastava P₄O₁₀.
3. Crveni fosfor i njegova jedinjenja su najčešća i najčešće korišćena modifikacija ove supstance u industriji. Pastovita crvena masa, koja pod povećanim pritiskom možeda pređe u oblik ljubičastih kristala, hemijski je neaktivan. To je polimer koji se može otopiti samo u određenim metalima i ni u čemu drugom. Na temperaturi od 250⁰S sublimira, pretvarajući se u bijelu modifikaciju. Nije tako otrovan kao prethodni oblici. Međutim, dugotrajna izloženost tijelu je toksična. Koristi se za nanošenje zapaljivog premaza na kutije šibica. Ovo se objašnjava činjenicom da se ne može spontano zapaliti, ali eksplodira (zapali se) tokom denotacije i trenja.
4. Crna. Prema eksternim podacima, veoma je sličan grafitu, takođe je mastan na dodir. To je električni poluvodič. Tamni kristali, sjajni, koji se uopšte ne mogu rastvoriti ni u jednom rastvaraču. Da bi se zapalio potrebne su veoma visoke temperature i prethodno zagrevanje.

Zanimljiv je i nedavno otkriveni oblik fosfora - metalik. To je provodnik i ima kubičnu kristalnu rešetku.

Hemijska svojstva

Hemijska svojstva fosfora zavise od toga u kom se obliku nalazi. Kao što je gore spomenuto, najaktivnija žuta i bijela modifikacija. Generalno, fosfor može stupiti u interakciju sa:

• metali, koji formiraju fosfide i djeluju kao oksidacijski agens;
• nemetali, koji deluju kao redukciono sredstvo i stvaraju isparljiva i neisparljiva jedinjenja raznih vrsta;
• jaka oksidirajuća sredstva, pretvaraju se u fosfornu kiselinu;
• sa koncentriranim kaustičnim alkalijama po vrstidisproporcionalnost;
• sa vodom na veoma visokoj temperaturi;
• sa kisikom za stvaranje raznih oksida.

Hemijska svojstva fosfora su slična onima azota. Na kraju krajeva, on je dio pniktogenske grupe. Međutim, aktivnost je nekoliko redova veličine veća zbog raznih alotropskih modifikacija.

Biti u prirodi

Kao nutrijent, fosfor je veoma bogat. Njegov procenat u zemljinoj kori je 0,09%. Ovo je prilično veliki pokazatelj. Gdje se ovaj atom nalazi u prirodi? Postoji nekoliko glavnih mjesta za imenovanje:

• zeleni dio biljaka, njihovo sjeme i plodovi;
• životinjska tkiva (mišići, kosti, zubna caklina, mnoga važna organska jedinjenja);
• kora;
• tlo;
• stene i minerali;
• morska voda.

U ovom slučaju možemo govoriti samo o srodnim oblicima, ali ne i o jednostavnoj supstanci. Uostalom, on je izuzetno aktivan, a to mu ne dozvoljava da bude slobodan. Među mineralima najbogatijim fosforom su:

• engleski;
• fluorapaptite;
• svanbergite;
• fosforit i drugi.

Biološki značaj ovog elementa ne može se precijeniti. Na kraju krajeva, dio je spojeva kao što su:

• proteini;
• fosfolipidi;
• DNA;
• RNA;
• fosfoproteini;
• enzimi.

Odnosno, sve one koje su vitalne i od kojih je izgrađen čitav organizam. Dnevni iznos za prosječnu odraslu osobu je oko 2 grama.

Fosfor i njegova jedinjenja

Budući da je veoma aktivan, ovaj element formira mnogo različitih supstanci. Uostalom, on također stvara fosfide, a sam djeluje kao redukcijski agens. Zbog toga je teško imenovati element koji bi bio inertan kada bi sa njim reagovao. Stoga su formule spojeva fosfora izuzetno raznolike. Postoji nekoliko klasa supstanci u čijem je formiranju on aktivni učesnik.

1. Binarna jedinjenja - oksidi, fosfidi, isparljiva vodikova jedinjenja, sulfid, nitrid i drugi. Na primjer: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{i drugi.}
2. Složene supstance: soli svih vrsta (srednje, kisele, bazične, dvostruke, kompleksne), kiseline. Primjer: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ i drugi.
3. Organska jedinjenja koja sadrže kiseonik: proteini, fosfolipidi, ATP, DNK, RNA i drugi.

Većina naznačenih vrsta supstanci je od velikog industrijskog i biološkog značaja. Upotreba fosfora i njegovih spojeva moguća je kako u medicinske svrhe tako i za proizvodnju sasvim običnih predmeta za domaćinstvo.

Sjedinjenja s metalima

Binarni spojevi fosfora sa metalima i manje elektronegativnim nemetalima nazivaju se fosfidi. Riječ je o tvarima nalik solima koje su izuzetno nestabilne kada su izložene raznim agensima. Brza razgradnja (hidroliza) uzrokuje čakobična voda.

Pored toga, pod dejstvom nekoncentrisanih kiselina, supstanca se takođe razlaže na odgovarajuće proizvode. Na primjer, ako govorimo o hidrolizi kalcijevog fosfida, tada će proizvodi biti metalni hidroksid i fosfin:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

I podvrgavanjem fosfida razgradnji pod dejstvom mineralne kiseline, dobijamo odgovarajuću so i fosfin:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Uopšteno govoreći, vrijednost jedinjenja koja se razmatraju leži upravo u činjenici da se kao rezultat formira vodikovo jedinjenje fosfora, čija će svojstva biti razmotrena u nastavku.

Hlapljive supstance na bazi fosfora

Postoje dva glavna:

• bijeli fosfor;
• fosfin.

Prvo smo već spomenuli gore i dali karakteristike. Rekli su da je to bio gusti bijeli dim, veoma otrovan, smrdljivog i samozapaljivog pod normalnim uslovima.

Ali šta je fosfin? Ovo je najčešća i dobro poznata hlapljiva tvar, koja uključuje dotični element. On je binarni, a drugi učesnik je vodonik. Formula vodonikovog jedinjenja fosfora je pH₃, ime je fosfin.

Svojstva ove supstance se mogu opisati na sledeći način.

1. Hlapljivi bezbojni plin.
2. Veoma otrovno.
3. Miriše na pokvarenu ribu.
4. Ne reaguje sa vodom i veoma se slabo rastvara u njoj. Dobro rastvorljiv uorganski.
5. U normalnim uslovima, veoma reaktivan.
6. Samozapaljiva u vazduhu.
7. Proizveden razgradnjom metalnih fosfida.

Drugo ime je Phosphane. Priče iz davnina su povezane s njim. Sve se radi o "lutajućim svjetlima" koje su ljudi ponekad viđali i sada vide na grobljima i močvarama. Sferna svjetla ili svjetla nalik svijećama koja se tu i tamo pojavljuju, ostavljajući utisak kretanja, smatrala su se lošim predznakom i sujevjerni su ih se ljudi jako bojali. Uzrok ove pojave, prema savremenim gledištima nekih naučnika, može se smatrati spontanim sagorevanjem fosfina, koji nastaje prirodnim putem pri razgradnji organskih ostataka, kako biljnih tako i životinjskih. Gas izlazi i u kontaktu sa kiseonikom u vazduhu se zapali. Boja i veličina plamena mogu varirati. Najčešće su to zelenkasta jarka svjetla.

Očigledno, sva hlapljiva fosforna jedinjenja su otrovne supstance koje je lako otkriti oštrim neprijatnim mirisom. Ovaj znak pomaže u izbjegavanju trovanja i neugodnih posljedica.

Sjedinjenja s nemetalima

Ako se fosfor ponaša kao redukciono sredstvo, onda bi trebalo govoriti o binarnim jedinjenjima sa nemetalima. Najčešće su elektronegativniji. Dakle, možemo razlikovati nekoliko vrsta supstanci ove vrste:

• spoj fosfora i sumpora - fosfor sulfid P₂S₃;
• fosfor hlorid III, V;
• oksidi i anhidrid;
• bromid i jodid iostali.

Hemija fosfora i njegovih jedinjenja je raznolika, pa je teško identifikovati najvažnije od njih. Ako govorimo konkretno o tvarima koje nastaju od fosfora i nemetala, tada su od najveće važnosti oksidi i kloridi različitih sastava. Koriste se u hemijskim sintezama kao agensi za odvodnjavanje, kao katalizatori i tako dalje.

Dakle, jedan od najmoćnijih sredstava za sušenje je najviši fosfor oksid - P₂O₅. Toliko snažno privlači vodu da pri direktnom kontaktu s njom dolazi do burne reakcije uz jaku pratnju buke. Sama supstanca je bijela masa nalik snijegu, bliža amorfnoj u svom agregacijskom stanju.

Oksigenirana organska jedinjenja sa fosforom

Poznato je da organska hemija daleko nadmašuje neorgansku hemiju u smislu broja jedinjenja. To se objašnjava fenomenom izomerizma i sposobnošću atoma ugljika da formiraju lance atoma različitih struktura, zatvarajući se jedni s drugima. Naravno, postoji određeni red, odnosno klasifikacija, kojoj podliježe sva organska hemija. Klase povezivanja su različite, međutim, zanima nas jedna specifična, direktno vezana za predmetni element. To su spojevi koji sadrže kisik i fosfor. Ovo uključuje:

• koenzimi - NADP, ATP, FMN, piridoksal fosfat i drugi;
• proteini;
• nukleinske kiseline, pošto je ostatak fosforne kiseline dio nukleotida;
• fosfolipidi i fosfoproteini;
• enzimi i katalizatori.

Vrsta jona u kojojfosfor je uključen u formiranje molekula ovih jedinjenja, sledeći je PO₄^3-, odnosno, to je kiseli ostatak fosforne kiseline. Prisutan je u nekim proteinima kao slobodni atom ili prosti jon.

Za normalno funkcionisanje svakog živog organizma, ovaj element i organska jedinjenja koja se od njega formiraju izuzetno su važni i neophodni. Zaista, bez proteinskih molekula, nemoguće je izgraditi jedan strukturni dio tijela. A DNK i RNK su glavni nosioci i prenosioci nasljednih informacija. Općenito, sve veze moraju biti prisutne bez greške.

Upotreba fosfora u industriji

Upotreba fosfora i njegovih jedinjenja u industriji može se okarakterisati u nekoliko tačaka.

1. Koristi se u proizvodnji šibica, eksplozivnih jedinjenja, zapaljivih bombi, nekih goriva, maziva.
2. Kao apsorber gasa i u proizvodnji sijalica sa žarnom niti.
3. Za zaštitu metala od korozije.
4. U poljoprivredi kao đubrivo.
5. Kao omekšivač vode.
6. U hemijskoj sintezi u proizvodnji raznih supstanci.

Uloga u živim organizmima svodi se na učešće u formiranju zubne cakline i kostiju. Učestvovanje u reakcijama ana- i katabolizma, kao i održavanje puferovanja unutrašnje sredine ćelije i bioloških tečnosti. On je osnova u sintezi DNK, RNK, fosfolipida.