On olemassa kolme luokkaa monimutkaisia epäorgaanisia yhdisteitä: oksidit, hydroksidit (joihin kuuluvat hapot ja emäkset) ja suolat. Monet metallit ja ei-metallit voivat muodostaa oksideja, hydroksideja ja olla myös osa happamia jäämiä. Joten fosforia sisältyy happojäännökseen PO4. Fosforioksidia on useita lajikkeita. Sen mukaisesti on olemassa erilaisia hydroksideja, jotka muodostuvat näistä oksideista. Suurin fosforihydroksidi on fosforihappo. Tässä artikkelissa tarkastelemme tämän alkuaineen ja sen yhdisteiden fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia sekä puhumme sen esiintyvyydestä luonnossa ja muista mielenkiintoisista seikoista.
Fosforin fysikaaliset ominaisuudet
Se voi olla eri muunnelmia. Fosfori on aine, joka koostuu yhdestä kemiallisesta alkuaineesta. Sen atomit eivät yhdisty molekyyleiksi. Fosforin kaava on P. Kuitenkin kidehilan rakenteesta riippuen tämä alkuaine voi esiintyä kolmen aineen muodossa.
Yleisin on valkoinen fosfori – sillä on vahamainen rakenne ja korkea myrkyllisyys. Tämän aineen sulamispiste on neljäkymmentäneljä celsiusastetta ja kiehumispiste on kaksisataakahdeksankymmentä astetta. Kitka on annettumateriaali, se syttyy hyvin nopeasti, joten se leikataan vain laittamalla se vesiympäristöön. Jos lämmität sitä pitkään kahdensadan viidenkymmenen celsiusasteen lämpötilassa, se muuttuu punaiseksi fosforiksi. Tämä aine on ruskeanpunaisen jauheen muodossa. Punainen fosfori, toisin kuin valkoinen, ei ole myrkyllistä.
Tämän alkuaineen vakainta olemassaolomuotoa voidaan kutsua mustaksi fosforiksi, joka on joidenkin ulkoisten ominaisuuksien perusteella metallin k altainen: sillä on erikoinen kiilto, korkea kovuus, sähkö- ja lämmönjohtavuus.
Kemian näkökulmasta
Fosfori on kemiallinen alkuaine, joka on jaksollisessa taulukossa viidennessä ryhmässä ja kolmannessa jaksossa. Tästä voimme päätellä, että sen valenssi on viisi. Lisäksi jaksollisesta taulukosta voidaan nähdä, että alkuaineen fosfori atomimassa on kolmekymmentäyksi grammaa moolia kohden. Tämä tarkoittaa, että 1 mooli ainetta painaa 31 grammaa. Fosforin kemialliset ominaisuudet huomioon ottaen puhumme sen reaktioista yksinkertaisten ja monimutkaisten yhdisteiden kanssa.
Vuorovaikutus yksinkertaisten aineiden kanssa
Ensimmäinen asia, johon sinun on kiinnitettävä huomiota, on fosforin hapettuminen. Tämä on hänen reaktionsa hapen kanssa. Tämän seurauksena voi muodostua kaksi erilaista ainetta - kaikki riippuu näiden komponenttien osuuksista.
Ensimmäinen vaihtoehto - neljä moolia fosforia ja kolme moolia happea muodostavat kaksi moolia fosforitrioksidia. Tällainen kemiallinen vuorovaikutus voidaan kirjoittaa käyttämällä seuraavaayhtälö: 4P + 3O2=2P2O3.
Toinen vaihtoehto on muodostaa neljä moolia fosforia ja viisi moolia happea, kaksi moolia fosforipentoksidia. Tämä reaktio voidaan ilmaista käyttämällä seuraavaa yhtälöä:
Molemmissa kemiallisissa reaktioissa vapautuu merkittävästi valoa. Lisäksi fosfori voi olla vuorovaikutuksessa sellaisten yksinkertaisten aineiden kanssa, kuten metallit, halogeenit (fluori, jodi, bromi, kloori), rikki. Tämä kemiallinen alkuaine kykenee osoittamaan sekä pelkistäviä että hapettavia ominaisuuksia. Esimerkki vuorovaikutuksesta halogeenien kanssa on klooraus. Se tapahtuu kahdessa vaiheessa. Ensimmäinen on kahden moolin fosforitrikloraatin muodostuminen kahdesta moolista kyseistä epämetallia ja kolmesta moolista klooria. Tämä vuorovaikutus voidaan ilmaista käyttämällä seuraavaa yhtälöä: 2P +3Cl2=2PCl3.
Tämän prosessin toinen vaihe on klooriatomien lisääminen jo saatuun fosforitrikloraattiin. Siten, kun sama tilavuus klooria lisätään yhteen mooliin jälkimmäistä, muodostuu yksi mooli fosforipentakloraattia. Kirjoitamme tämän reaktion yhtälön seuraavasti: PCl3 + Cl2=PCl5.
Fosforin ja metallien vuorovaikutuksen säännönmukaisuudet voidaan nähdä tässä esimerkissä. Jos otetaan kolme moolia kaliumia ja yksi mooli fosforia, saadaan yksi mooli kaliumfosfidia. Tällainen prosessi voidaan kirjoittaa käyttämällä seuraavaa reaktioyhtälöä: 3K + P=K3R.
Vuorovaikutusmonimutkaiset aineet
Monimutkaisia kemiallisia yhdisteitä, joiden kanssa fosfori voi reagoida, ovat hapot ja suolat. Kuvataan järjestyksessä tarkasteltavan alkuaineen kosketuksen piirteet näiden kemikaaliryhmien kanssa.
Fosfori ja hapot
Kaikkien muiden joukossa fosforin ja typpihapon vuorovaikutus erottuu. Tällaisen reaktion suorittamiseksi on otettava seuraavat komponentit: fosfori kolme moolia, viisi moolia nitraattihappoa ja myös vesi - kaksi moolia. Tällaisen kemiallisen vuorovaikutuksen seurauksena saamme seuraavat tuotteet: fosforihappo ja typen oksidi. Tämän reaktion yhtälö kirjoitetaan seuraavasti: 4 + 5NO.
Fosfori ja suolat
Tällaista kemiallista vuorovaikutusta voidaan tarkastella esimerkkinä tarkasteltavan ei-metallin reaktiosta kuprumisulfaatin kanssa. Tämän prosessin suorittamiseksi on otettava kaksi moolia fosforia, viisi moolia kuparisulfaattia, kahdeksan moolia vettä. Näiden aineiden vuorovaikutuksen seurauksena saamme seuraavat kemialliset yhdisteet: sulfaattihappoa viisi moolia, puhdasta kuparia - saman verran ja fosforihappoa - kaksi moolia. Tämä prosessi voidaan kirjoittaa seuraavan yhtälön muodossa: SO4 + 5Cu + 2H3PO4.
Hanki tämän ei-metallin
Teollisuudessa kyseinen aine uutetaan kemiallisesta yhdisteestä, kuten kalsiumfosfaatista. Tätä vartensuoritetaan seuraava kemiallinen reaktio: määritelty suola sekoitetaan hiekkaan (piioksidi) ja hiileen moolisuhteissa 1:3:5, jolloin saadaan kalsiumsilikaattia, fosforia ja tšadkaasua moolisuhteessa 3:2:5.
Fosforiyhdisteet ja niiden ominaisuudet
Yleisin tämän ei-metallin yhdisteistä on fosforihydroksidi. Se voi olla useita tyyppejä riippuen oksidista, josta se on muodostettu. Fosforihydroksidia voidaan saada suorittamalla kemiallinen reaktio sen oksidin ja veden välillä. Näiden reaktioiden seurauksena muodostuu monenlaisia aineita. Siten hydroksidi (3) voidaan saada trioksidista ja fosforihydroksidi (5) pentoksidista. Näillä aineilla on happamia ominaisuuksia ja ne pystyvät vuorostaan reagoimaan metallien, suolojen, emästen jne. kanssa.
Korkein fosforihydroksidi on fosforihappo. Se on happipitoista ja kolmiemäksistä. Sen kaava on H3PO4.
Kemialliset perusominaisuudet
Fosforihydroksidi, jonka kaava on annettu yllä, pystyy reagoimaan sekä yksinkertaisten että monimutkaisten aineiden kanssa. Katsotaanpa näitä prosesseja tarkemmin.
Fosforihapon reaktiot metallien kanssa
Kuten muutkin tämän luokan kemialliset yhdisteet, fosforihydroksidi pystyy olemaan vuorovaikutuksessa metallien kanssa. Tämän prosessin aikana tapahtuu syrjäytysreaktio, jossa metalliatomit syrjäyttävät vetyatomeja, jolloin muodostuu suolaa ja vetyä, joka vapautuu ilmaan epämiellyttävän hajuisena kaasuna. Tämän reaktion vuoksivoidaan toteuttaa, metallin on sijaittava vedyn vasemmalla puolella sähkökemiallisessa aktiivisuussarjassa. Eli aineet, kuten kupari, hopea ja muut vastaavat, eivät pysty reagoimaan fosforihapon kanssa, koska heikon kemiallisen aktiivisuutensa vuoksi ne eivät pysty syrjäyttämään vetyatomeja yhdisteistään.
Otetaan alumiini esimerkkinä. Kun kaksi moolia tätä alkuainetta lisätään kahteen mooliin fosforihydroksidia, saadaan alumiinifosfaattia ja vetyä vastaavasti 2 ja 3 moolia. Tämän reaktion yhtälö kirjoitetaan seuraavasti: 2Al + 2H3PO4=2AlPO4 + 3H 2.
Vuorovaikutus emästen kanssa
Fosforihydroksidi, kuten monet muutkin hapot, voi päästä kemiallisiin reaktioihin emästen kanssa. Tällaisia prosesseja kutsutaan vaihtoreaktioksi. Tämän seurauksena muodostuu uusi hydroksidi ja uusi happo. Tällaisia reaktioita voi tapahtua vain, jos jokin tuloksena olevista tuotteista on veteen liukenematon, eli se saostuu, haihtuu kaasuna tai on vesi tai erittäin heikko elektrolyytti.
Fosforihappo ja suolat
Tässä tapauksessa tapahtuu myös vaihtoreaktio. Tuloksena saat uuden hapon ja suolan. Jotta tällainen reaktio tapahtuisi, on myös noudatettava edellä kuvattua sääntöä.
Fosforin ja sen yhdisteiden käyttö teollisuudessa
Ensinnäkin tämän kemiallisen alkuaineen yhdisteitä käytetäänSeoksen tekeminen, joka levitetään tulitikkurasioiden sivupinnalle. Myös itse tulitikkujen päät käsitellään fosforia sisältävällä seoksella.
Tämän epämetallin pentoksidia käytetään laaj alti kaasukuivaimena. Sitä käytetään myös kemianteollisuudessa fosforihydroksidin saamiseksi, jonka kaavaa ja ominaisuuksia käsiteltiin edellä. Lisäksi sitä käytetään lasin valmistuksessa.
Fosforihydroksidia käytetään myös monilla teollisuudenaloilla. Ensinnäkin sitä käytetään lannoitteiden valmistuksessa. Tämä johtuu siitä, että fosfori on yksinkertaisesti elintärkeää kasveille. Siksi on olemassa useita erilaisia lannoitteita, jotka valmistetaan kyseisen ei-metallin yhdisteen perusteella. Näihin tarkoituksiin käytetään aineita, kuten kalsiumfosfaattia. Suolaa käytetään lannoitteena jauhetussa muodossa. Lisäksi tähän käytetään tavallista ja kaksoissuperfosfaattia. Ammofossi ja nitroammofossi voivat toimia myös lannoitteina. Kaikkien edellä mainittujen lisäksi käytetään suoloja tai fosforihydroksidia reagenssina hopeayhdisteiden läsnäolon määrittämiseksi liuoksessa. Eli liuokseen lisätään aine, joka sisältää happojäännöksen PO4. Jos jälkimmäinen sisältää suoloja tai hopeahydroksidia, muodostuu runsas keltainen sakka. Tämä on argentumfosfaattia, jolla on seuraava kemiallinen kaava: AgNO3.
Fosforiatomin rakenne
Kuten tiedät, kaikki atomit koostuvat ytimestä ja pyörivistä elektroneistaHänen ympärillään. Ydin sisältää protoneja ja neutroneja. Elektroneilla on negatiivinen varaus, protoneilla on positiivinen varaus ja neutroneilla on nollavaraus. Fosforin sarjanumero jaksollisessa taulukossa on viisitoista. Tästä voimme päätellä, että sen ydin sisältää viisitoista protonia. Jos atomi on neutraali eikä ioni, niin elektroneja on yhtä monta kuin protoneja. Eli fosforin tapauksessa niitä on viisitoista.
Jos yksi elektroneista poistuu rad altaan, atomi muuttuu positiivisesti varautuneeksi ioniksi eli kationiksi. Jos yksi elektroni liittyy, muodostuu negatiivisesti varautunut ioni - anioni.
Kemiallisten alkuaineiden jaksollisessa taulukossa voit nähdä, että fosfori kuuluu kolmanteen jaksoon. Tästä on selvää, että ytimen ympärillä on kolme kiertorataa, joilla elektronit ovat jakautuneet tasaisesti. Ensimmäisessä on kaksi, toisessa kahdeksan ja kolmannessa viisi.
Eleisyys luonnossa
Fosforin massaosuus maankuoressa on 0,08 %. Se ei ole kovin yleinen kemiallinen alkuaine luonnossa. On kuitenkin olemassa koko joukko mineraaleja, jotka sisältävät fosforia. Nämä ovat apatiitteja, samoin kuin fosforiitteja. Yleisin ensimmäisestä ryhmästä on fluorapatiitti. Sen kemiallinen kaava on seuraava: 3Ca3(PO4)2•CaF2. Sitä on saatavana läpinäkyvänä, vihreänä ja turkoosina. Fosforiiteista yleisin on kalsiumfosfaatti, jolla on seuraava kemiallinen kaava: Ca3(PO4)2. Lisäksi fosforiyhdisteetlöytyy eri elävien organismien kudoksista.
Fosforin ja sen yhdisteiden rooli luonnossa ja kehossa
Tämä kemiallinen alkuaine on erittäin tärkeä lähes kaikkien elinten ja niiden järjestelmien normaalille toiminnalle. Ensinnäkin ilman sitä munuaisten sujuva toiminta on mahdotonta. Tämä elementti osallistuu kehon aineenvaihduntaprosesseihin. Se myös edistää nopeaa kudosten uusiutumista. Ilman sitä joitakin vitamiineja ei yksinkertaisesti voida aktivoida hyödyttämään kehoa - minkä vuoksi fosforia lisätään usein lähes kaikkiin vitamiinivalmisteisiin lisäkomponenttina. Lisäksi se on yksi kemiallisista alkuaineista, jotka varmistavat sydämen normaalin toiminnan. Kaiken edellä mainitun lisäksi hän osallistuu solujen jakautumisprosessiin, joten elämä maan päällä on mahdotonta ilman tätä mikroelementtiä.
Vesi-suolatasapainon säätely on toinen tehtävä, jonka tässä artikkelissa käsitellyt ei-metalliyhdisteet suorittavat elimistössä. Lisäksi se on yksi luu- ja lihaskudoksen pääkomponenteista. Suuri osa siitä löytyy myös hampaista. Muun muassa on myös syytä huomata, että fosfori osallistuu hermoston normaalin toiminnan varmistamiseen. Kyseisen hivenaineen elimistössä esiintyvän puutteen oireita ovat: lisääntynyt väsymys, alhainen tehokkuus, hermoston toimintahäiriöt (neuroosi, hysteria jne.), liian usein vilustuminen, sydänlihaksen uupumus, luu- ja lihaskipu, erittäin huono ruokahalu. Jotta vältetään sellainen ilmiö kuin fosforin puute kehossa, sinun on tiedettävämitkä ruoat sitä sisältävät.
Ensinnäkin kala tulisi erottaa elintarvikkeista, jotka sisältävät runsaasti kyseistä kemiallista alkuainetta. Erityisen korkea fosforipitoisuus havaitaan sellaisissa lajeissa, kuten sammessa, makrillissa, piikkimakrillissa, tonnikalassa, sardiinissa, villakuoressa, pollockissa, kuoreessa. Lisäksi tässä artikkelissa käsitelty hivenaine löytyy rapujen lihasta, katkarapuista sekä maitotuotteista, kuten raejuustosta, sulatejuustosta ja juustosta.
Johtopäätökset
Fosfori ei ole kovin yleinen kemiallinen alkuaine planeetalla, mutta sillä on suuri merkitys sekä teollisesta että biologisesta näkökulmasta. Häntä ja hänen yhdisteitään, erityisesti fosforihydroksidia, käytetään erilaisten tuotteiden valmistukseen. Artikkelissa kuvattiin myös fosforihydroksidin (fosforihapon) ominaisuuksia ja sen vuorovaikutuksen ominaisuuksia metallien, emästen ja suolojen kanssa.
