Foszfor és vegyületei. Foszforvegyületek gyakorlati alkalmazása

2024 Szerző: Angel Austin | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 05:29

A biogén elemek között kiemelt helyet kell biztosítani a foszfornak. Valójában nélküle lehetetlen olyan létfontosságú vegyületek létezése, mint például az ATP vagy a foszfolipidek, valamint sok más szerves anyag. Ugyanakkor ennek az elemnek a szervetlen anyaga nagyon gazdag különféle molekulákban. A foszfort és vegyületeit széles körben használják az iparban, fontos résztvevői a biológiai folyamatoknak, és az emberi tevékenység különböző ágaiban is felhasználják. Ezért fontolja meg, mi ez az elem, mi az egyszerű anyaga és a legfontosabb vegyületek.

Foszfor: az elem általános jellemzői

A periódusos rendszer pozíciója több ponton is leírható.

1. Ötödik csoport, fő alcsoport.
2. Harmadik kis időszak.
3. Sorszám - 15.
4. Az atomtömeg 30,974.
5. Az atom elektronikus konfigurációja 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Lehetséges oxidációs állapotok innen-3-tól +5-ig.
7. Vegyi szimbólum - P, kiejtés "pe" képletekben. Az elem neve foszfor. Latin neve Phosphorus.

Ennek az atomnak a felfedezésének története a távoli XII. századra nyúlik vissza. Még az alkimisták nyilvántartásában is voltak olyan információk, amelyek egy ismeretlen "világító" anyag átvételére ut altak. A foszfor szintézisének és felfedezésének hivatalos dátuma azonban 1669 volt. A csődbe ment kereskedő, Brand a bölcsek kövét keresve véletlenül szintetizált egy olyan anyagot, amely fényt bocsát ki, és fényes vakító lánggal égett. Ezt úgy tette, hogy ismételten kalcinálta az emberi vizeletet.

Ezt követően, egymástól függetlenül, ez az elem megközelítőleg azonos módon érkezett:

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

Ma ennek az anyagnak az egyik legnépszerűbb szintézise a megfelelő foszfortartalmú ásványokból való redukció magas hőmérsékleten szén-monoxid és szilícium-dioxid hatására. Az eljárást speciális kemencékben hajtják végre. A foszfor és vegyületei nagyon fontos anyagok mind az élőlények, mind a vegyipar számos szintéziséhez. Ezért mérlegelni kell, hogy mi ez az elem egyszerű anyagként, és hol található a természetben.

Egyszerű anyag foszfor

Nehéz konkrét vegyületet megnevezni, ha foszforról van szó. Ennek oka a számosallotróp módosulatok, amelyekkel ez az elem rendelkezik. Az egyszerű foszfornak négy fő fajtája van.

1. Fehér. Ez egy vegyület, amelynek képlete Р₄. Ez egy fehér illékony anyag, éles, kellemetlen fokhagyma szaggal. Normál hőmérsékleten levegőben spontán meggyullad. Világító halványzöld fénnyel ég. Nagyon mérgező és életveszélyes. A kémiai aktivitás rendkívül magas, ezért tisztított vízréteg alatt nyerik és tárolják. Ez a poláris oldószerekben való rossz oldhatóság miatt lehetséges. Ehhez a fehér foszforhoz a szén-diszulfid és a szerves anyagok a legalkalmasabbak. Melegítéskor képes átalakulni a következő allotróp formává - vörös foszforrá. A gőzök kondenzálásakor és hűtésekor rétegeket tud képezni. Olajos tapintású, puha, késsel könnyen vágható, fehér (enyhén sárgás). Olvadáspont: 44⁰C. Kémiai aktivitása miatt szintézisekben használják. De toxicitása miatt nem széleskörű ipari alkalmazással rendelkezik.
2. Sárga. Ez a fehér foszfor rosszul tisztított formája. Ennél is mérgezőbb, a fokhagyma illata is kellemetlen. Fényesen világító zöld lánggal meggyullad és ég. Ezek a sárga vagy barna kristályok egyáltalán nem oldódnak vízben, teljesen oxidálva P₄O₁₀ összetételű fehér füstöt bocsátanak ki..
3. A vörösfoszfor és vegyületei ennek az anyagnak a leggyakoribb és leggyakrabban használt módosítása az iparban. Pasztaszerű vörös massza, amely fokozott nyomás alatt lehetibolyaszínű kristályokká alakul át, kémiailag inaktív. Ez egy polimer, amely csak bizonyos fémekben tud feloldódni, semmi másban. 250⁰С hőmérsékleten szublimál, fehér módosulattá alakul. Nem olyan mérgező, mint a korábbi formák. A szervezet hosszú távú expozíciója azonban mérgező. Gyufásdobozok gyújtóbevonatának felvitelére használják. Ez azzal magyarázható, hogy nem tud spontán meggyulladni, de denotáció és súrlódás közben felrobban (gyullad).
4. Fekete. Külső adatok szerint nagyon hasonlít a grafithoz, tapintásra is zsíros. Ez egy elektromos félvezető. Sötét kristályok, fényesek, amelyek egyáltalán nem képesek oldódni semmilyen oldószerben. Ahhoz, hogy meggyulladjon, nagyon magas hőmérsékletre és előzetes fűtésre van szükség.

Szintén érdekes a foszfor nemrégiben felfedezett formája - fémes. Ez egy vezető, és van egy köbös kristályrácsa.

Kémiai tulajdonságok

A foszfor kémiai tulajdonságai attól függnek, hogy milyen formában van. Mint fentebb említettük, a legaktívabb sárga-fehér módosítás. Általában a foszfor képes kölcsönhatásba lépni:

• fémek, foszfidokat képeznek és oxidálószerként működnek;
• nem fémek, redukálószerként működnek, és különféle illékony és nem illékony vegyületeket képeznek;
• erős oxidálószerek, amelyek foszforsavvá alakulnak;
• koncentrált maró lúgokkal típusonkéntaránytalanság;
• nagyon magas hőmérsékletű vízzel;
• oxigénnel, hogy különféle oxidokat képezzen.

A foszfor kémiai tulajdonságai hasonlóak a nitrogénéhez. Végül is a pniktogén csoport tagja. Az aktivitás azonban több nagyságrenddel magasabb az allotróp módosulások sokfélesége miatt.

A természetben lenni

Tápanyagként a foszfor nagyon bőséges. Százalékos aránya a földkéregben 0,09%. Ez egy meglehetősen nagy mutató. Hol található ez az atom a természetben? Számos fő helyet kell elnevezni:

• növények zöld része, magjai és terméseik;
• állati szövetek (izmok, csontok, fogzománc, számos fontos szerves vegyület);
• kéreg;
• talaj;
• sziklák és ásványok;
• tengervíz.

Ebben az esetben csak rokon formákról beszélhetünk, egyszerű anyagról nem. Végül is rendkívül aktív, és ez nem teszi lehetővé számára, hogy szabad legyen. A foszforban leggazdagabb ásványok a következők:

• angol;
• fluoraaptit;
• svanbergite;
• foszforit és mások.

Ennek az elemnek a biológiai jelentőségét nem lehet túlbecsülni. Végül is olyan vegyületek része, mint:

• fehérjék;
• foszfolipidek;
• DNS;
• RNS;
• foszfoproteinek;
• enzimek.

Azaz mindazokat, amelyek létfontosságúak, és amelyekből az egész szervezet felépül. Egy átlagos felnőtt napidíja körülbelül 2 gramm.

Foszfor és vegyületei

Nagyon aktív ez az elem, sok különböző anyagot képez. Végül is foszfidokat is képez, és önmagában redukálószerként működik. Emiatt nehéz olyan elemet megnevezni, amely inert lenne, ha reagálna vele. Ezért a foszforvegyületek képlete rendkívül változatos. Az anyagoknak több osztálya van, amelyek képződésében ő aktív résztvevője.

1. Bináris vegyületek - oxidok, foszfidok, illékony hidrogénvegyületek, szulfidok, nitridek és mások. Például: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{és mások.}
2. Komplex anyagok: minden típusú só (közepes, savas, bázikus, kettős, összetett), savak. Példa: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ és mások.
3. Oxigéntartalmú szerves vegyületek: fehérjék, foszfolipidek, ATP, DNS, RNS és mások.

A legtöbb kijelölt anyagtípus nagy ipari és biológiai jelentőséggel bír. A foszfor és vegyületeinek felhasználása orvosi célokra és egészen hétköznapi háztartási cikkek előállítására egyaránt lehetséges.

Vegyületek fémekkel

A foszfor bináris vegyületeit fémekkel és kevésbé elektronegatív nemfémekkel foszfidoknak nevezzük. Ezek sószerű anyagok, amelyek rendkívül instabilak, ha különféle anyagokkal érintkeznek. A gyors bomlás (hidrolízis) egyenletessima víz.

Ezenkívül a nem tömény savak hatására az anyag a megfelelő termékekké is bomlik. Például, ha a kalcium-foszfid hidrolíziséről beszélünk, akkor a termék fém-hidroxid és foszfin lesz:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

És ha a foszfidot ásványi sav hatására bomlásnak vetjük alá, megkapjuk a megfelelő sót és foszfint:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Általában a szóban forgó vegyületek értéke pontosan abban rejlik, hogy ennek eredményeként hidrogén-foszforvegyület képződik, amelynek tulajdonságait az alábbiakban tárgyaljuk.

Foszfor alapú illékony anyagok

Két fő van:

• fehér foszfor;
• foszfin.

Az elsőt már említettük fent, és megadtuk a jellemzőket. Azt mondták, sűrű fehér füst, erősen mérgező, bűzös, és normál körülmények között öngyullad.

De mi az a foszfin? Ez a legelterjedtebb és legismertebb illékony anyag, amely magában foglalja a kérdéses elemet. Ez bináris, és a második résztvevő a hidrogén. A foszfor hidrogénvegyületének képlete pH₃, neve foszfin.

Ennek az anyagnak a tulajdonságai az alábbiak szerint írhatók le.

1. Illékony színtelen gáz.
2. Nagyon mérgező.
3. Rohadt hal szaga.
4. Nem lép kölcsönhatásba vízzel, és nagyon rosszul oldódik benne. Jól oldódik benneszerves anyagok.
5. Normál körülmények között nagyon reaktív.
6. Levegőben öngyullad.
7. Fémfoszfidok lebontásából állítják elő.

A másik név Phosphane. Az ókorból származó történetek kapcsolódnak hozzá. Minden a „vándorfényekről” szól, amelyeket az emberek néha a temetőkben és a mocsarakban láttak és látnak. Az itt-ott felbukkanó, mozgás benyomását keltő gömb- vagy gyertyaszerű fények rossz előjelnek számítottak, és a babonás emberek nagyon féltek tőlük. E jelenség okának egyes tudósok modern nézetei szerint a foszfin spontán égése tekinthető, amely természetes módon képződik a szerves maradványok – növényi és állati – bomlása során. A gáz kilép, és a levegő oxigénjével érintkezve meggyullad. A láng színe és mérete változhat. Leggyakrabban ezek zöldes erős fények.

Nyilvánvalóan minden illékony foszforvegyület mérgező anyag, amely könnyen felismerhető éles kellemetlen szaggal. Ez a jel segít elkerülni a mérgezést és a kellemetlen következményeket.

Vegyületek nemfémekkel

Ha a foszfor redukálószerként viselkedik, akkor nemfémekkel alkotott bináris vegyületekről kell beszélnünk. Leggyakrabban elektronegatívabbak. Tehát többféle ilyen típusú anyagot különböztethetünk meg:

• foszfor és kén vegyülete - foszfor-szulfid P₂S₃;
• foszfor-klorid III, V;
• oxidok és anhidridek;
• bromid és jodid ésmások.

A foszfor és vegyületeinek kémiája sokrétű, így nehéz azonosítani közülük a legfontosabbakat. Ha kifejezetten a foszforból és nemfémekből képződő anyagokról beszélünk, akkor a különféle összetételű oxidok és kloridok a legnagyobb jelentőséggel bírnak. Kémiai szintézisekben víztelenítőként, katalizátorként stb. használják.

Tehát, az egyik legerősebb szárítószer a legmagasabb foszfor-oxid - P₂O₅. Olyan erősen vonzza a vizet, hogy közvetlen érintkezéskor heves reakció lép fel, erős zaj kíséretével. Maga az anyag fehér hószerű tömeg, aggregált állapotában közelebb áll az amorfhoz.

Oxigénezett szerves vegyületek foszforral

Ismert, hogy a szerves kémia a vegyületek számát tekintve messze meghaladja a szervetlen kémiát. Ezt az izoméria jelensége és a szénatomok azon képessége magyarázza, hogy különböző szerkezetű atomokból láncokat képeznek, amelyek egymásba záródnak. Természetesen van egy bizonyos sorrend, vagyis egy osztályozás, amelyre minden szerves kémia vonatkozik. A kapcsolódási osztályok különbözőek, de egy konkrét, a kérdéses elemhez közvetlenül kapcsolódó osztály érdekel bennünket. Ezek oxigéntartalmú vegyületek foszforral. Ezek a következők:

• koenzimek - NADP, ATP, FMN, piridoxál-foszfát és mások;
• fehérjék;
• nukleinsavak, mivel a foszforsav-maradék a nukleotid része;
• foszfolipidek és foszfoproteinek;
• enzimek és katalizátorok.

Az ion típusa, amelybena foszfor részt vesz ezeknek a vegyületeknek a molekulájának kialakításában, a következő a PO₄^3-, azaz savmaradék foszforsavból. Egyes fehérjékben szabad atomként vagy egyszerű ionként van jelen.

Minden élő szervezet normális működéséhez ez az elem és az általa képzett szerves vegyületek rendkívül fontosak és szükségesek. Valójában fehérjemolekulák nélkül lehetetlen a test egyetlen szerkezeti részét felépíteni. A DNS és az RNS pedig az örökletes információ fő hordozói és továbbítói. Általában minden kapcsolatnak hiba nélkül jelen kell lennie.

A foszfor felhasználása az iparban

A foszfor és vegyületeinek ipari felhasználása több ponton is jellemezhető.

1. Gyufák, robbanóanyagok, gyújtóbombák, egyes üzemanyagok, kenőanyagok gyártásához használják.
2. Gázelnyelőként és izzólámpák gyártásában.
3. A fémek korrózió elleni védelme.
4. A mezőgazdaságban talajtrágyaként.
5. Vízlágyítóként.
6. Kémiai szintézisekben különböző anyagok előállítása során.

Az élő szervezetekben betöltött szerep a fogzománc és a csontok kialakításában való részvételre korlátozódik. Részvétel az ana- és katabolizmus reakcióiban, valamint a sejt és a biológiai folyadékok belső környezetének pufferelésének fenntartása. Ez az alapja a DNS, RNS, foszfolipidek szintézisének.