Fosfori ja sen yhdisteet. Fosforiyhdisteiden käytännön sovellus

2024 Kirjoittaja: Angel Austin | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 05:25

Biogeenisten alkuaineiden joukossa fosforille tulisi antaa erityinen paikka. Todellakin, ilman sitä tällaisten elintärkeiden yhdisteiden, kuten esimerkiksi ATP:n tai fosfolipidien, sekä monien muiden orgaanisten aineiden olemassaolo on mahdotonta. Samanaikaisesti tämän alkuaineen epäorgaaninen aines sisältää runsaasti erilaisia molekyylejä. Fosforia ja sen yhdisteitä käytetään laajasti teollisuudessa, ne ovat tärkeitä osallistujia biologisissa prosesseissa ja niitä käytetään monilla ihmisen toiminnan aloilla. Mieti siksi, mikä tämä alkuaine on, mikä sen yksinkertainen aine ja tärkeimmät yhdisteet ovat.

Fosfori: alkuaineen yleiset ominaisuudet

Sijaintia jaksollisessa taulukossa voidaan kuvata useissa kohdissa.

1. Viides ryhmä, pääalaryhmä.
2. Kolmas pieni jakso.
3. Järjestysluku - 15.
4. Atomimassa on 30 974.
5. Atomin elektroninen konfiguraatio 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Mahdolliset hapetustilat alkaen-3 - +5.
7. Kemiallinen symboli - P, ääntäminen kaavoissa "pe". Alkuaineen nimi on fosfori. Latinalainen nimi Phosphorus.

Tämän atomin löytämisen historia ulottuu kaukaiselle XII vuosisadalle. Jopa alkemistien asiakirjoissa oli tietoa, joka osoitti tuntemattoman "valaistavan" aineen vastaanottamisen. Fosforin synteesin ja löytämisen virallinen päivämäärä oli kuitenkin 1669. Konkurssiin joutunut kauppias Brand, etsiessään viisasten kiveä, syntetisoi vahingossa aineen, joka pystyi säteilemään hehkua ja palamaan kirkkaalla sokaisevalla liekillä. Hän teki tämän kalsinoimalla toistuvasti ihmisen virtsan.

Sen jälkeen, toisistaan riippumatta, tämä elementti vastaanotettiin suunnilleen samoilla tavoilla:

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

Nykyään yksi suosituimmista menetelmistä tämän aineen synteesissä on pelkistys vastaavista fosforipitoisista mineraaleista korkeissa lämpötiloissa hiilimonoksidin ja piidioksidin vaikutuksesta. Prosessi suoritetaan erityisissä uuneissa. Fosfori ja sen yhdisteet ovat erittäin tärkeitä aineita sekä eläville olennoille että monille kemianteollisuuden synteeseille. Siksi on syytä pohtia, mikä tämä alkuaine on yksinkertaisena aineena ja missä sitä esiintyy luonnossa.

Yksinkertainen aine fosfori

Fosforin suhteen on vaikea nimetä tiettyä yhdistettä. Tämä johtuu lukuisistaallotrooppisia modifikaatioita, joita tällä elementillä on. Yksinkertaista fosforia on neljä päätyyppiä.

1. Valkoinen. Tämä on yhdiste, jonka kaava on Р₄. Se on valkoinen haihtuva aine, jolla on terävä epämiellyttävä valkosipulin haju. Se syttyy spontaanisti ilmassa normaaleissa lämpötiloissa. Palaa kirkkaalla vaaleanvihreällä valolla. Erittäin myrkyllinen ja hengenvaarallinen. Kemiallinen aktiivisuus on erittäin korkea, joten se saadaan ja varastoidaan puhdistetun vesikerroksen alle. Tämä on mahdollista johtuen huonosta liukoisuudesta polaarisiin liuottimiin. Hiilidisulfidi ja orgaaniset aineet sopivat parhaiten tälle valkoiselle fosforille. Kuumennettaessa se pystyy muuttumaan seuraavaan allotrooppiseen muotoon - punaiseksi fosforiksi. Kondensoitaessa ja jäähdytettäessä höyryjä se pystyy muodostamaan kerroksia. Öljyinen kosketukselle, pehmeä, helposti leikattava veitsellä, valkoinen (hieman kellertävä). Sulamispiste 44⁰C. Kemiallisen aktiivisuutensa ansiosta sitä käytetään synteesissä. Mutta myrkyllisyytensä vuoksi sillä ei ole laajaa teollista sovellusta.
2. Keltainen. Se on huonosti puhdistettu valkoisen fosforin muoto. Se on vielä myrkyllisempi, se myös haisee epämiellyttävältä valkosipulilta. Syttyy ja palaa kirkkaalla valovihreällä liekillä. Nämä keltaiset tai ruskeat kiteet eivät liukene veteen ollenkaan, vaan täysin hapettuessaan niistä vapautuu valkoista savua, jonka koostumus on P₄O₁₀.
3. Punainen fosfori ja sen yhdisteet ovat tämän aineen yleisin ja yleisimmin käytetty muunnos teollisuudessa. Tahnamainen punainen massa, joka kohonneessa paineessa voimuuttua violetin kiteen muotoon, on kemiallisesti inaktiivinen. Se on polymeeri, joka voi liueta vain tiettyihin metalleihin eikä mihinkään muuhun. 250⁰С lämpötilassa se sublimoituu ja muuttuu valkoiseksi muunnelmaksi. Ei yhtä myrkyllistä kuin aiemmat muodot. Pitkäaikainen altistuminen keholle on kuitenkin myrkyllistä. Sitä käytetään sytyttävän pinnoitteen levittämiseen tulitikkurasioihin. Tämä selittyy sillä, että se ei voi syttyä itsestään, mutta se räjähtää (syttyy) denotaatiossa ja kitkan aikana.
4. Musta. Ulkoisten tietojen mukaan se on hyvin samanlainen kuin grafiitti, se on myös rasvaista kosketukselle. Se on sähköinen puolijohde. Tummat, kiiltävät kiteet, jotka eivät pysty liukenemaan mihinkään liuottimiin. Jotta se syttyy tuleen, tarvitaan erittäin korkeita lämpötiloja ja esilämmitystä.

Mielenkiintoinen on myös äskettäin löydetty fosforin muoto - metallinen. Se on johdin ja siinä on kuutiokidehila.

Kemialliset ominaisuudet

Fosforin kemialliset ominaisuudet riippuvat siitä, missä muodossa se on. Kuten edellä mainittiin, aktiivisin keltainen ja valkoinen modifikaatio. Yleensä fosfori voi olla vuorovaikutuksessa:

• metallit, jotka muodostavat fosfideja ja toimivat hapettavana aineena;
• epämetallit, jotka toimivat pelkistimenä ja muodostavat erilaisia haihtuvia ja haihtumattomia yhdisteitä;
• voimakkaat hapettavat aineet, jotka muuttuvat fosforihapoksi;
• tiivistetyillä kaustisilla emäksillä tyypin mukaanepäsuhtaisuus;
• erittäin korkean lämpötilan vedellä;
• hapella muodostaen erilaisia oksideja.

Fosforin kemialliset ominaisuudet ovat samanlaiset kuin typen. Loppujen lopuksi hän kuuluu pniktogeeniryhmään. Aktiivisuus on kuitenkin useita suuruusluokkaa suurempi allotrooppisten modifikaatioiden moninaisuuden vuoksi.

Luonnossa oleminen

Ravintoaineena fosforia on erittäin runsaasti. Sen prosenttiosuus maankuoressa on 0,09 %. Tämä on melko suuri indikaattori. Mistä tämä atomi löytyy luonnosta? On useita tärkeimpiä paikkoja nimettäväksi:

• kasvien vihreä osa, niiden siemenet ja hedelmät;
• eläinkudokset (lihakset, luut, hammaskiille, monet tärkeät orgaaniset yhdisteet);
• kuori;
• maa;
• kivet ja mineraalit;
• merivesi.

Tässä tapauksessa voimme puhua vain toisiinsa liittyvistä muodoista, mutta emme yksinkertaisesta aineesta. Loppujen lopuksi hän on erittäin aktiivinen, ja tämä ei salli hänen olla vapaa. Fosforirikkaimpia mineraaleja ovat:

• englanti;
• fluoraapptiitti;
• svanbergiitti;
• fosforiitti ja muut.

Tämän alkuaineen biologista merkitystä ei voi yliarvioida. Loppujen lopuksi se on osa yhdisteitä, kuten:

• proteiinit;
• fosfolipidit;
• DNA;
• RNA;
• fosfoproteiinit;
• entsyymit.

Toisin sanoen kaikki ne, jotka ovat elintärkeitä ja joista koko organismi rakentuu. Keskimääräisen aikuisen päiväraha on noin 2 grammaa.

Fosfori ja sen yhdisteet

Olen erittäin aktiivinen, tämä alkuaine muodostaa monia erilaisia aineita. Loppujen lopuksi se muodostaa myös fosfideja ja toimii itse pelkistimenä. Tästä johtuen on vaikea nimetä elementtiä, joka olisi inertti reagoiessaan sen kanssa. Siksi fosforiyhdisteiden kaavat ovat erittäin erilaisia. On olemassa useita aineluokkia, joiden muodostuksessa hän on aktiivinen osallistuja.

1. Binääriyhdisteet - oksidit, fosfidit, haihtuvat vetyyhdisteet, sulfidit, nitridit ja muut. Esimerkiksi: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{ja muut.}
2. Monimutkaiset aineet: kaiken tyyppiset suolat (keskikokoiset, happamat, emäksiset, kaksois-, kompleksiset), hapot. Esimerkki: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ ja muut.
3. Happea sisältävät orgaaniset yhdisteet: proteiinit, fosfolipidit, ATP, DNA, RNA ja muut.

Useimmilla nimetyillä ainetyypeillä on suuri teollinen ja biologinen merkitys. Fosforin ja sen yhdisteiden käyttö on mahdollista sekä lääketieteellisiin tarkoituksiin että aivan tavallisten taloustavaroiden valmistukseen.

Yhdisteet metallien kanssa

Fosforin binaarisia yhdisteitä metallien ja vähemmän elektronegatiivisten epämetallien kanssa kutsutaan fosfideiksi. Nämä ovat suolan k altaisia aineita, jotka ovat erittäin epästabiileja joutuessaan alttiiksi erilaisille aineille. Nopea hajoaminen (hydrolyysi) aiheuttaa tasaisentavallista vettä.

Lisäksi tiivistämättömien happojen vaikutuksesta aine hajoaa myös vastaaviksi tuotteiksi. Jos esimerkiksi puhumme kalsiumfosfidin hydrolyysistä, tuotteet ovat metallihydroksidia ja fosfiinia:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

Ja alistamalla fosfidin hajoamiseen mineraalihapon vaikutuksesta, saamme vastaavan suolan ja fosfiinin:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Yleensä tarkasteltavien yhdisteiden arvo on juuri siinä, että tuloksena muodostuu fosforin vetyyhdiste, jonka ominaisuuksia tarkastellaan alla.

Fosforiin perustuvat haihtuvat aineet

On kaksi pääasiallista:

• valkoinen fosfori;
• fosfiini.

Mainitsimme jo ensimmäisen yllä ja annoimme ominaisuudet. He sanoivat sen olevan paksua valkoista savua, erittäin myrkyllistä, pahanhajuista ja itsestään syttyvää normaaleissa olosuhteissa.

Mutta mikä on fosfiini? Tämä on yleisin ja tunnetuin haihtuva aine, joka sisältää kyseisen alkuaineen. Se on binäärinen, ja toinen osallistuja on vety. Fosforin vetyyhdisteen kaava on pH₃, nimi on fosfiini.

Tämän aineen ominaisuuksia voidaan kuvata seuraavasti.

1. Haihtuva väritön kaasu.
2. Erittäin myrkyllistä.
3. Se haisee mätä kal alta.
4. Ei ole vuorovaikutuksessa veden kanssa ja liukenee siihen erittäin huonosti. Hyvin liukenevaluomu.
5. Normaaleissa olosuhteissa erittäin reaktiivinen.
6. Syttyy itsestään ilmassa.
7. Tuotettu metallifosfidien hajoamisesta.

Toinen nimi on Phosphane. Siihen liittyy tarinoita muinaisista ajoista. Kyse on "vaellusvaloista", joita ihmiset joskus näkivät ja näkevät nyt hautausmailla ja soilla. Siellä täällä esiintyviä pallomaisia tai kynttilän muotoisia valoja, jotka antavat vaikutelman liikkeestä, pidettiin huonona enteenä ja taikauskoiset ihmiset pelkäsivät niitä kovasti. Tämän ilmiön syynä joidenkin tutkijoiden nykyaikaisten näkemysten mukaan voidaan pitää fosfiinin itsestään palamista, joka muodostuu luonnollisesti sekä kasvi- että eläinperäisten orgaanisten jäämien hajoamisen aikana. Kaasu tulee ulos ja joutuessaan kosketuksiin ilman hapen kanssa syttyy palamaan. Liekin väri ja koko voivat vaihdella. Useimmiten nämä ovat vihertäviä kirkkaita valoja.

Ilmeisesti kaikki haihtuvat fosforiyhdisteet ovat myrkyllisiä aineita, jotka on helppo havaita terävän epämiellyttävän hajun perusteella. Tämä merkki auttaa välttämään myrkytyksen ja epämiellyttäviä seurauksia.

Yhdisteet epämetallien kanssa

Jos fosfori toimii pelkistimenä, meidän pitäisi puhua binääriyhdisteistä ei-metallien kanssa. Useimmiten ne ovat elektronegatiivisempia. Joten voimme erottaa useita tämän tyyppisiä aineita:

• fosforin ja rikin yhdiste - fosforisulfidi P₂S₃;
• fosforikloridi III, V;
• oksidit ja anhydridi;
• bromidi ja jodidi jamuut.

Fosforin ja sen yhdisteiden kemia on monipuolinen, joten niistä on vaikea tunnistaa tärkeimpiä. Jos puhumme erityisesti aineista, jotka muodostuvat fosforista ja ei-metalleista, niin eri koostumuksilla olevat oksidit ja kloridit ovat erittäin tärkeitä. Niitä käytetään kemiallisissa synteeseissä vedenpoistoaineina, katalyytteinä ja niin edelleen.

Joten, yksi tehokkaimmista kuivausaineista on korkein fosforioksidi - P₂O₅. Se vetää puoleensa vettä niin voimakkaasti, että suorassa kosketuksessa sen kanssa tapahtuu raju reaktio voimakkaan melun kanssa. Aine itsessään on valkoinen lumimainen massa, lähempänä amorfista aggregaatiotilassaan.

Hapetetut orgaaniset yhdisteet, joissa on fosforia

On tunnettua, että orgaaninen kemia on huomattavasti enemmän kuin epäorgaaninen kemia yhdisteiden lukumäärällä mitattuna. Tämä selittyy isomeria-ilmiöllä ja hiiliatomien kyvyllä muodostaa eri rakenteiden atomien ketjuja, jotka sulkeutuvat keskenään. Luonnollisesti on olemassa tietty järjestys, toisin sanoen luokitus, jolle kaikki orgaaninen kemia on alistettu. Yhteysluokat ovat erilaisia, mutta olemme kiinnostuneita yhdestä tietystä, suoraan kyseiseen elementtiin liittyvästä. Nämä ovat happea sisältäviä yhdisteitä, joissa on fosforia. Näitä ovat:

• koentsyymit - NADP, ATP, FMN, pyridoksaalifosfaatti ja muut;
• proteiinit;
• nukleiinihapot, koska fosforihappotähde on osa nukleotidia;
• fosfolipidit ja fosfoproteiinit;
• entsyymit ja katalyytit.

Ionityyppi, jossafosfori osallistuu näiden yhdisteiden molekyylin muodostumiseen, seuraava on PO₄^3-, eli se on happojäännös fosforihaposta. Sitä esiintyy joissakin proteiineissa vapaana atomina tai yksinkertaisena ionina.

Jokaisen elävän organismin normaalille toiminnalle tämä alkuaine ja sen muodostamat orgaaniset yhdisteet ovat erittäin tärkeitä ja välttämättömiä. Itse asiassa ilman proteiinimolekyylejä on mahdotonta rakentaa yhtä kehon rakenneosaa. Ja DNA ja RNA ovat tärkeimmät perinnöllisen tiedon kantajat ja välittäjät. Yleensä kaikkien liitäntöjen on oltava olemassa ilman epäonnistumisia.

Fosforin käyttö teollisuudessa

Fosforin ja sen yhdisteiden käyttöä teollisuudessa voidaan luonnehtia useilla seikoilla.

1. Käytetään tulitikkujen, räjähdysaineiden, sytytyspommien, joidenkin polttoaineiden ja voiteluaineiden valmistukseen.
2. Kaasun absorboijana ja hehkulamppujen valmistuksessa.
3. Metallien suojaamiseen korroosiolta.
4. Maataloudessa maan lannoitteena.
5. Vedenpehmennysaineena.
6. Kemiallisissa synteeseissä erilaisten aineiden tuotannossa.

Elävien organismien rooli rajoittuu osallistumiseen hammaskiilteen ja luuston muodostukseen. Osallistuminen ana- ja katabolian reaktioihin sekä solun sisäisen ympäristön ja biologisten nesteiden puskuroinnin ylläpitämiseen. Se on DNA:n, RNA:n ja fosfolipidien synteesin perusta.