Oxidul de fosfor: preparare și interacțiune. Proprietățile chimice ale fosforului Acid ortofosforic plus oxid de fosfor 5

Fosfor- element din perioada a 3-a și grupa VA a Tabelului Periodic, număr de serie 15. Formula electronică a atomului [ 10 Ne]3s 2 3p 3, stare de oxidare stabilă în compușii +V.

Scala stării de oxidare a fosforului:

Electronegativitatea fosforului (2.32) este semnificativ mai mică decât cea a nemetalelor tipice și puțin mai mare decât cea a hidrogenului. Formează diferiți acizi, săruri și compuși binari care conțin oxigen, prezintă proprietăți nemetalice (acide). Majoritatea fosfaților sunt insolubili în apă.

In natura - treisprezecelea element prin abundență chimică (al șaselea dintre nemetale), găsit doar într-o formă legată chimic. Element vital.

Lipsa fosforului din sol este compensată prin introducerea de îngrășăminte cu fosfor - în principal superfosfați.

Modificări alotropice ale fosforului

Fosfor roșu și alb P. Mai multe forme alotrope ale fosforului sunt cunoscute sub formă liberă, principalele fiind fosfor alb R4 și fosfor roșu Pn. În ecuațiile de reacție, formele alotrope sunt reprezentate ca P (roșu) și P (alb).

Fosforul roșu este format din molecule de polimer Pn de lungimi diferite. Amorf, la temperatura camerei se transformă încet în fosfor alb. Când este încălzit la 416 °C, se sublimează (când aburul se răcește, fosforul alb se condensează). Insolubil în solvenți organici. Activitatea chimică este mai mică decât cea a fosforului alb. În aer se aprinde numai când este încălzit.

Este folosit ca reactiv (mai sigur decât fosforul alb) în sinteza anorganică, un umplutură pentru lămpile cu incandescență și o componentă a lubrifiantului de cutie la fabricarea chibriturilor. Nu otrăvitoare.

Fosforul alb este format din molecule P4. Moale ca ceara (tăiată cu un cuțit). Se topește și fierbe fără descompunere (topire 44,14 °C, fierbere 287,3 °C, p 1,82 g/cm3). Se oxidează în aer (strălucire verde în întuneric, cu o masă mare, este posibilă autoaprinderea). În condiții speciale, este transformat în fosfor roșu. Bine solubil în benzen, eteri, disulfură de carbon. Nu reacționează cu apa, depozitată sub un strat de apă. Extrem de activ din punct de vedere chimic. Prezintă proprietăți redox. Reface metalele nobile din soluțiile sărurilor lor.

Este utilizat în producerea de H 3 P0 4 și fosfor roșu, ca reactiv în sinteze organice, dezoxidant de aliaje și agent incendiar. Arderea fosforului trebuie stins cu nisip (dar nu cu apă!). Extrem de otrăvitoare.

Ecuații ale celor mai importante reacții ale fosforului:

Producția de fosfor în industrie

- reducerea fosforitului cu cocs fierbinte (se adauga nisip pentru a lega calciul):

Ca 3 (PO4)2 + 5C + 3SiO2 = 3CaSiO3 + 2 R+ 5СО (1000 °С)

Vaporii de fosfor se racesc si se obtine fosfor alb solid.

Fosforul roșu este preparat din fosfor alb (vezi mai sus în funcție de condiții, gradul de polimerizare n (P n) poate fi diferit.

Compuși ai fosforului

Fosfina PH 3. Compus binar, starea de oxidare a fosforului este III. Gaz incolor cu miros neplăcut. Molecula are structura unui tetraedru incomplet [: P(H) 3 ] (hibridare sp 3). Puțin solubil în apă, nu reacționează cu ea (spre deosebire de NH 3). Un agent reducător puternic, arde în aer, se oxidează la HNO 3 (conc.). Se atașează HI. Folosit pentru sinteza compușilor organofosforici. Foarte otravitoare.

Ecuații ale celor mai importante reacții ale fosfinei:

Obținerea fosfinei în laboratoare:

Casp2 + 6HCl (dil.) = 3CaCl + 2 RNZ

Oxid de fosfor (V) P 2 O 5. Oxid acid. Alb, stabil termic. În starea solidă și gazoasă, dimerul P 4 O 10 are o structură de patru tetraedre conectate de-a lungul a trei vârfuri (P - O-P). La temperaturi foarte ridicate se monomerizează la P 2 O 5 . Exista si un polimer sticlos (P 2 0 5) n Este extrem de higroscopic, reactioneaza viguros cu apa si alcalii. Restaurat cu fosfor alb. Îndepărtează apa din acizii care conțin oxigen.

Este folosit ca un agent de deshidratare foarte eficient pentru uscarea solidelor, lichidelor și amestecurilor de gaze, un reactiv în producerea sticlelor de fosfat și un catalizator pentru polimerizarea alchenelor. Otrăvitoare.

Ecuații pentru cele mai importante reacții ale oxidului de fosfor +5:

Chitanță: arderea fosforului în exces de aer uscat.

Acid ortofosforic H 3 P0 4. Oxoacid. Substanță albă, higroscopică, produsul final al interacțiunii P 2 O 5 cu apa. Molecula are structura unui tetraedru distorsionat [P(O)(OH) 3 ] (sp 3 -hibridisadiu), conține legături σ covalente P - OH și σ, legătura π P=O. Se topește fără descompunere și se descompune la încălzire suplimentară. Este foarte solubil în apă (548 g/100 g H 2 0). Un acid slab în soluție, este neutralizat de alcalii și nu complet de hidratul de amoniac. Reacționează cu metalele tipice. Intră în reacții de schimb ionic.

O reacție calitativă este precipitarea unui precipitat galben de ortofosfat de argint (I). Este utilizat la producerea îngrășămintelor minerale, pentru limpezirea zaharozei, ca catalizator în sinteza organică și ca componentă a acoperirilor anticorozive pe fontă și oțel.

Ecuații ale celor mai importante reacții ale acidului ortofosforic:

Producția de acid fosforic în industrie:

fierbere rocă fosfatică în acid sulfuric:

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 (conc.) = 2 H3PO4+ 3CaSO4

Ortofosfat de sodiu Na3PO4. Oxosol. Alb, higroscopic. Se topește fără descompunere, stabilă termic. Este foarte solubil în apă, se hidrolizează la anion și creează un mediu foarte alcalin în soluție. Reacționează în soluție cu zinc și aluminiu.

Intră în reacții de schimb ionic.

Reacție calitativă la ionul PO 4 3-

— formarea unui precipitat galben de ortofosfat de argint(I).

Este folosit pentru a elimina duritatea „permanentă” a apei proaspete, ca componentă a detergenților și a dezvoltatorilor foto și ca reactiv în sinteza cauciucului. Ecuațiile celor mai importante reacții:

Chitanță: neutralizarea completă a H 3 P0 4 cu hidroxid de sodiu sau conform reacției:

Fosfat acid de sodiu Na2HP04. Sare oxo acidă. Alb, se descompune fără a se topi când este încălzit moderat. Este foarte solubil în apă și se hidrolizează la anion. Reacţionează cu H 3 P0 4 (conc.), neutralizat de alcalii. Intră în reacții de schimb ionic.

Reacție calitativă la ionul HPO 4 2-— formarea unui precipitat galben de ortofosfat de argint (I).

Este folosit ca emulgator pentru condensarea laptelui de vacă, o componentă a pasteurizatoarelor alimentare și foto-înălbitori.

Ecuațiile celor mai importante reacții:

chitanta: neutralizarea incompletă a H 3 P0 4 cu hidroxid de sodiu într-o soluție diluată:

2NaOH + H3PO4 = Na2HPO4 + 2H2O

Ortofosfat dihidrogen de sodiu NaH2PO4. Sare oxo acidă. Alb, higroscopic. Când este încălzit moderat, se descompune fără să se topească. Este foarte solubil în apă, anionul H 2 P0 4 suferă o disociere reversibilă. Neutralizat de alcalii. Intră în reacții de schimb ionic.

Reacția calitativă la ionul H 2 P0 4 - formarea unui precipitat galben de ortofosfat de argint (1).

Este folosit în producția de sticlă, pentru a proteja oțelul și fonta de coroziune și ca dedurizator de apă.

Ecuațiile celor mai importante reacții:

Chitanță: neutralizarea incompletă a H3PO4 cu hidroxid de sodiu:

H3PO4 (conc.) + NaOH (diluat) = NaH2PO4+ H2O

Ortofosfat de calciu Ca 3(PO 4)2- Oxosol. Alb, refractar, stabil termic. Insolubil în apă. Se descompune cu acizi concentrați. Restaurat de cocs în timpul fuziunii. Componenta principală a minereurilor de fosforit (apatită etc.).

Se folosește pentru obținerea fosforului în producția de îngrășăminte cu fosfor (superfosfați), ceramică și pulbere precipitată de sticlă este utilizată ca componentă a pastelor de dinți și stabilizator polimeric.

Ecuațiile celor mai importante reacții:

Îngrășăminte cu fosfor

Amestecul de Ca(H2P04)2 și CaS04 se numește superfosfat simplu, Ca(H2P04)2 cu un amestec de CaНР04 - superfosfat dublu, sunt ușor absorbiți de plante atunci când se hrănesc.

Cele mai valoroase îngrășăminte sunt ammofos(conțin azot și fosfor), sunt un amestec de săruri ale acidului de amoniu NH 4 H 2 PO 4 și (NH 4) 2 HPO 4.

Clorura de fosfor (V) PCI5. Conexiune binară. Alb, volatil, instabil termic. Molecula are structura unei bipiramide trigonale (sp 3 d-hibridare). În stare solidă, dimerul P2CI10 cu structură ionică PCl4 + [PCl6]-. „Fum” în aer umed. Foarte reactiv, complet hidrolizat de apă, reacționează cu alcalii. Restaurat cu fosfor alb. Este folosit ca agent de clor în sinteza organică. Otrăvitoare.

Ecuațiile celor mai importante reacții:

Chitanță: clorarea fosforului.

Elementul fosfor formează o serie de oxizi, dintre care cei mai importanți sunt oxidul de fosfor (III). P2O3și oxid de fosfor(V). P2O5 .

Oxid de fosfor (III) sau anhidridă de fosfor (P2O3) obtinut prin oxidarea lenta a fosforului, arderea acestuia in lipsa oxigenului. Este o masă albă cristalină ceroasă cu un punct de topire de 22,5 °C. Otrăvitoare.

Proprietăți chimice:

1) reacţionează cu apa rece, formând acid fosforic H3PO3;

2) interacționând cu alcalii, formează săruri - fosfiți;

3) este un agent reducător puternic.

Interacționând cu oxigenul, acesta este oxidat în oxid de fosfor (V) P2O5.

Oxid de fosfor (V) sau anhidridă de fosfor (P2O5) obtinut prin arderea fosforului in aer sau oxigen. Este o pulbere cristalină albă cu un punct de topire de 36 °C.

Proprietăți chimice:

1) interacționând cu apa, formează acid orto-fosforic H3PO4;

2) având proprietăţile unui oxid acid, reacţionează cu oxizii şi hidroxizii bazici;

3) capabil să absoarbă vaporii de apă.

Acizi fosforici.

Anhidrida fosforică corespunde mai multor acizi. Principalul este acid fosforic H3PO4. Acidul fosforic deshidratat se prezintă sub formă de cristale transparente incolore cu un punct de topire de 42,35 °C și foarte solubile în apă.

Formează trei tipuri de săruri:

1) săruri medii – ortofosfați;

2) săruri acide cu un atom de hidrogen;

3) săruri acide cu doi atomi de hidrogen.

Prepararea acidului fosforic:

1) în laborator: 3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 +5NO?;

2) în industrie: a) metoda termică; b) metoda de extracție: Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = CaSO4? + 2H3PO4.

Fosfații naturali sunt reduși la fosfor liber, care este ars în aer sau oxigen. Produsul de reacție este dizolvat în apă.

Acizii fosforici rămași, în funcție de metoda de unire a grupărilor PO4, se formează 2 tipuri de acizi: acizii polifosforici, care constau din lanțuri - PO3-O-PO3-... și acizii metafosforici, care constau din inele formate din PO4.

Aplicație: acidul fosforic este utilizat în producția de îngrășăminte, reactivi chimici, compuși organici și pentru prepararea acoperirilor de protecție pe metale. Fosfații sunt utilizați în producția de emailuri și produse farmaceutice. Metafosfații se găsesc în detergenți.

– NH4H2PO4 sau (NH4)2H2PO4.

Nitrophoska se obține prin topirea fosfatului acid de amoniu, azotat de amoniu și clorură de sodiu (sulfat).

38. Carbonul și proprietățile sale

Carbon (C)– tipic nemetal; în tabelul periodic se află în a 2-a perioadă a grupei IV, subgrupa principală. Număr de serie 6, Ar = 12.011 amu, sarcină nucleară +6. Proprietăți fizice: carbonul formează multe modificări alotrope: diamant- una dintre cele mai dure substanțe grafit, cărbune, funingine .

Proprietăți chimice: configuratie electronica: 1s22 s22p2 . Pe învelișul de electroni a unui atom sunt 6 electroni; la nivelul de valență exterior – 4 electroni. Cele mai caracteristice stări de oxidare sunt: ​​+4, +2 – în compușii anorganici, – 4, -2 – în compușii organici. Carbonul în orice stare hibridă este capabil să folosească toți electronii și orbitalii de valență. Carbonul tetravalent nu are perechi de electroni singuri și nu are orbitali goale - carbonul este relativ stabil din punct de vedere chimic. Sunt caracteristice mai multe tipuri de hibridizare: sp, sp2 , s p3. La temperaturi scăzute carbonul este inert, dar atunci când este încălzit activitatea acestuia crește. Carbonul este un bun agent reducător, dar atunci când se combină cu metale și forme carburi, acționează ca un agent de oxidare:

Carbonul (cocs) reacționează cu oxizii metalici:

Așa este topit metalul din minereu. La temperaturi foarte ridicate, carbonul reacționează cu multe nemetale. Formează un număr mare de compuși organici cu hidrogen - hidrocarburi. În prezența nichelului (Ni), carbonul, reacționând cu hidrogenul, formează o hidrocarbură saturată - metan: C + H2 = CH4.

Când interacționează cu sulful, formează disulfură de carbon: C + 2S2 = CS2.

La temperatura unui arc electric, carbonul se combină cu azotul, formând un gaz otrăvitor cician: 2С + N2 = С2N2?.

Atunci când este combinat cu hidrogen, cianogenul formează acid cianhidric - HCN. Carbonul reacționează cu halogenii în funcție de activitatea lor chimică, formând halogenuri. La frig reactioneaza cu fluor: C + 2F2 = CF2.

La 2000 °C într-un cuptor electric, carbonul se combină cu siliciul, formând carborundum: Si + C = SiC.

Găsirea în natură: carbonul liber apare sub formă de diamant și grafit. Sub formă de compuși, carbonul se găsește în minerale: cretă, marmură, calcar - CaCO3, dolomit - MgCO3?CaCO3; hidrocarbonați – Mg(HCO3)2 și Ca(HCO3)2, CO2 face parte din aer; Carbonul este componenta principală a compușilor organici naturali - gaz, petrol, cărbune, turbă și face parte din substanțele organice, proteinele, grăsimile, carbohidrații, aminoacizii care formează organismele vii.

Fosforul a fost descoperit și izolat în 1669 de către chimistul german H. Brand. În natură, acest element se găsește numai sub formă de compuși. Principalele minerale sunt fosforit Ca3(PO4)2 și apatita 3Ca3(PO4)2. CaF2 sau Ca5F(PO4)3. În plus, elementul face parte din proteine ​​și se găsește și în dinți și oase. Fosforul reacționează cel mai ușor cu oxigenul și clorul. Cu un exces al acestor substanțe, se formează compuși cu (pentru P) +5, iar cu o deficiență - cu o stare de oxidare de +3. Oxidul de fosfor poate fi reprezentat prin mai multe formule reprezentând diferite substanțe chimice. Dintre acestea, cele mai frecvente sunt P2O5 și P2O3. Alți oxizi rari și puțin studiati includ: P4O7, P4O8, P4O9, PO și P2O6.

Reacția de oxidare a fosforului elementar cu oxigenul are loc lent. Diferitele sale laturi sunt interesante. În primul rând, în întuneric strălucirea care o însoțește este clar vizibilă. În al doilea rând, procesul de oxidare are loc întotdeauna cu formarea ozonului. Acest lucru se datorează producerii unui compus intermediar - fosforil PO - conform schemei: P + O2 → PO + O și apoi: O + O2 → O3. În al treilea rând, oxidarea este asociată cu o schimbare bruscă a conductivității electrice a aerului din jur datorită ionizării acestuia. Eliberarea de lumină fără încălzire vizibilă în timpul reacțiilor chimice se numește chemiluminiscență. În mediile umede, chemiluminiscența verde se datorează formării intermediarului PO.

Oxidarea fosforului are loc numai la o anumită concentrație de oxigen. Nu trebuie să fie sub pragurile minime și peste pragurile maxime de O2. Intervalul în sine depinde de temperaturi și de o serie de alți factori. De exemplu, în condiții standard, oxidarea fosforului cu oxigen pur crește până la 300 mm Hg. Artă. Apoi scade și scade aproape la zero când presiunea parțială a oxigenului ajunge la 700 mmHg. Artă. și mai sus. Astfel, un oxid nu se formează în condiții normale, deoarece fosforul nu este practic oxidat.

Pentoxid de fosfor

Cel mai caracteristic oxid este anhidrida fosforică, sau fosforul, P2O5. Este o pulbere albă cu miros înțepător. La determinarea greutății sale moleculare în vapori, s-a constatat că notarea mai corectă a formulei sale este P4O10. Aceasta este o substanță neinflamabilă, se topește la o temperatură de 565,6 C. Anhidrida P2O5 este un oxid acid cu toate proprietățile caracteristice, dar absoarbe cu lăcomie umiditatea, de aceea este folosită ca desicant pentru lichide sau gaze. Oxidul de fosfor poate elimina apa din substanțele chimice. Anhidrida se formează ca urmare a arderii fosforului într-o atmosferă de oxigen sau aer, cu o cantitate suficientă de O2 conform schemei: 4P + 5O2 → 2P2O5. Este folosit în producerea acidului H3PO4. Când interacționează cu apa, poate forma trei acizi:

• metafosforic: P2O5 + H2O → 2HPO3;
• pirofosforic: P2O5 + 2H2O → H4P2O7;
• ortofosforice: P2O5 + 3H2O → 2H3PO4.

Pentoxidul de fosfor reacționează violent cu apa și substanțele care conțin apă, cum ar fi lemnul sau bumbacul. Acest lucru generează o cantitate mare de căldură, care poate duce chiar la un incendiu. Provoacă coroziune metalică și este foarte iritant (arsuri grave ale ochilor și pielii) tractului respirator și mucoaselor, chiar și la concentrații de până la 1 mg/m³.

Trioxid de fosfor

Anhidrida de fosfor, sau trioxidul de fosfor, P2O3 (P4O6) este o substanță cristalină albă (care arată ca ceara) care se topește la o temperatură de 23,8 C și fierbe la o temperatură de 173,7 C. La fel ca P2O3, este o substanță foarte toxică. Acesta este un oxid acid, cu toate proprietățile inerente. Oxidul de fosfor 3 se formează din cauza oxidării lente sau arderii substanței libere (P) într-un mediu în care există o lipsă de oxigen. Trioxidul de fosfor reacţionează lent cu apa rece pentru a forma un acid: P2O3 + 3H2O → 2H3PO3. Acest oxid de fosfor reacționează energic cu apa fierbinte, iar reacțiile se desfășoară în moduri diferite, ceea ce poate duce la formarea de fosfor roșu (un produs modificat alotropic), hidrură de fosfor, precum și acizi: H3PO3 și H3PO4. Descompunerea termică a anhidridei P4O6 este însoțită de eliminarea atomilor de fosfor, având ca rezultat formarea amestecurilor de oxizi P4O7, P4O8, P4O9. În structură, ele seamănă cu P4O10. Cel mai studiat dintre ele este P4O8.

Oxidul de fosfor este o substanță incoloră amorfă sau sticloasă care există în trei forme cristaline, două amorfe și două lichide.

Substanță toxică. Provoacă arsuri ale pielii și iritații ale membranei mucoase.

Pentoxidul de fosfor este foarte higroscopic. Reacționează cu alcooli, eteri, fenoli, acizi și alte substanțe. În procesul de reacție cu substanțele organice, legăturile fosforului cu oxigenul sunt rupte și se formează compuși organofosforici. Intră în reacții chimice cu amoniacul (NH3) și halogenuri de hidrogen pentru a forma fosfați de amoniu și oxihalogenuri de fosfor. Formează fosfați cu oxizi bazici.

Model tridimensional al unei molecule

Conținutul de pentoxid de fosfor în sol și îngrășăminte

De fapt, în sol există doar săruri ale acidului ortofosforic H 3 PO 4, dar îngrășămintele complexe pot conține și săruri ale acizilor meta-, piro- și polifosforici.

Baza formării acidului ortofosforic este pentoxidul de fosfor. De aceea, și, de asemenea, datorită faptului că plantele nu absorb fosforul elementar, se convine să se indice concentrația de fosfor prin conținutul de pentoxid de fosfor.

P2O5+3H 2O→ 2 H 3PO 4

Toate sărurile acidului ortofosforic și cationii monovalenți (NH 4 +, Na +, K +) și sărurile monosubstituite ale cationilor divalenți (Ca(H 2 PO 4) 2 și Mg(H 2 PO 4) 2) găsite în sol sunt solubile în apă.

Sărurile disubstituite ale cationilor divalenți sunt insolubile în apă, dar se dizolvă ușor în acizii slabi ai secrețiilor radiculare și acizii organici ai microorganismelor. În acest sens, ele sunt și o sursă bună de P 2 O 5 pentru plante.

Absorbția de pentoxid de fosfor de către plante

După cum sa menționat mai sus, în natură principala sursă de fosfor sunt sărurile acidului ortofosforic H3PO4. Cu toate acestea, după hidroliză, piro-, poli- și metafosfații sunt, de asemenea, folosiți de aproape toate culturile.

Hidroliza pirofosfatului de sodiu:

Na 4 P 2 O 7 + H 2 O + 2H + → 2NaH 2 PO 4 +2Na +

Hidroliza tripolifosfatului de sodiu:

Na 5 P 3 O 10 + 2H 2 O + 2H + → 3NaH 2 PO 4 +2Na +

Hidroliza ionului metafosfat (în mediu acid):

(PO 3) 6 6- + 3H 2 O → H 2 P 3 O 10 3- + H 2 P 2 O 7 2- + H 2 PO 4 -

Acidul ortofosforic, fiind tribazic, disociază trei anioni H2PO - 4, HPO42-, PO43-. În condiții de mediu ușor acide, unde se cultivă plante, primul ion este cel mai comun și mai accesibil, al doilea într-o măsură mai mică, iar al treilea practic inaccesibil. Cu toate acestea, lupinul, hrișca, muștarul, mazărea, trifoiul dulce, cânepa și alte plante sunt capabile să absoarbă fosforul din fosfații tribazici.

Unele plante s-au adaptat pentru a absorbi ionii fosfat din compușii organofosforici (fitină, glicefosfați etc.). Rădăcinile acestor plante secretă o enzimă specială (fotoftaza), care desparte anionul acid fosforic din compușii organici, iar apoi plantele absorb acest anion. Plantele de acest fel includ mazărea, fasolea și porumbul. Mai mult, activitatea fosfatazei crește în condiții de foamete de fosfor.

Multe plante pot alimenta fosfor din soluții foarte diluate, până la 0,01 mg/l P 2 O 5. Desigur, plantele pot satisface nevoia de fosfor numai dacă concentrația din acesta este restabilită în mod constant la cel puțin același nivel scăzut.

S-a stabilit experimental că fosforul absorbit de rădăcini este folosit în principal pentru sinteza nucleotidelor, iar pentru avansarea ulterioară către partea de deasupra solului, fosfații intră din nou în vasele conductoare ale rădăcinii sub formă de compuși minerali.

Recalcularea conținutului de fosfor din îngrășăminte

y = x.% × 30.974 (masa molară) × 2 / 30.974 (masa molară) × 2 + 15.999 (masa molară a O) × 5

X- continutul de P 2 O 5 in ingrasamant, %;

y- Conținut de P în îngrășământ, %

y = x, % × 0,43643

De exemplu:

îngrășământul conține 40% oxid de fosfor

pentru a recalcula procentul de element fosfor din îngrășământ, trebuie să înmulțiți fracția de masă a oxidului din îngrășământ cu fracția de masă a elementului din oxid (pentru P 2 O 5 - 0,43643): 40 * 0,43643 = 17,4572 %

Oxidul de fosfor și acizii care apar atunci când este dizolvat în apă sunt materii prime valoroase pentru industria chimică. O substanță simplă arde în oxigen producând fum alb - așa se obține oxidul în laborator. Produsul de reacție este utilizat în industriile moderne ca materie primă pentru producerea diferiților acizi fosforici prin metoda termică. Apoi aceste substanțe sunt utilizate în producția de îngrășăminte minerale complexe și complexe (grăsimi).

Elementul nr. 15

Fosforul este un element din grupa 15 din versiunea lungă a tabelului periodic. Clasificarea anterioară ia atribuit un loc în subgrupa principală a grupei a cincea. Semnul chimic este P, care este prima literă a numelui latin Fosfor. Alte caracteristici importante:

• masa atomică relativă - 31;
• sarcina de bază - +15;
• electroni - 15;
• electroni de valență - 5;
• element nemetalic.

Fosforul are nevoie de 3 electroni pentru a-și completa învelișul exterior de electroni, octetul său. În reacțiile chimice cu metale, elementul acceptă electroni și își completează stratul de valență. În acest caz, este redus și este un agent oxidant. Atunci când interacționează cu nemetale mai puternice, fosforul renunță la o parte sau la toți electronii săi de valență, obținând și o structură completă a nivelului exterior. Aceste modificări sunt asociate cu proprietățile redox active ale elementului. De exemplu, atomii dintr-o substanță simplă sunt oxidați atunci când sunt arși în aer sau oxigen. Se pot obține două tipuri de compuși - oxid de fosfor trivalent sau pentavalent. Ce produs va predomina depinde de condițiile de reacție. Valența tipică prezentată de fosfor în compușii săi este III(-), III(+), V(+).

„Elementul vieții și al gândirii”

Remarcabilul geochimist rus E. Fersman a fost unul dintre primii care a atras atenția asupra conținutului bogat de atomi de fosfor din corpul uman. Ele fac parte din cele mai importante organe, structuri celulare și substanțe: sistemul osos, dinții, țesutul nervos, proteinele și acidul adenozin trifosforic (ATP). Recunoașterea „meritelor” în natura vie a fost celebra frază a academicianului Fersman conform căreia Fosforul este „un element al vieții și al gândirii”.

Fosforul este, de asemenea, răspândit în scoarța terestră. Atomii de P nu se găsesc în formă liberă, deoarece se oxidează ușor - interacționează cu oxigenul, rezultând oxid de fosfor (P 2 O 5). Există mai multe modificări alotropice ale elementului, care sunt grupate în trei grupuri - alb, roșu și negru. Rețeaua cristalină a fosforului alb este formată din molecule P4. Experimentele de laborator în instituțiile de învățământ sunt de obicei efectuate cu modificarea roșie. Este neotrăvitor, spre deosebire de soiul alb.

Prepararea și proprietățile oxidului de fosfor trivalent

Dacă o substanță simplă este arsă cu lipsă de aer, se obține anhidridă de fosfor (P 2 O 3 este formula ei). Oxidul de fosfor (III) este denumirea modernă a substanței. Aceasta este o pulbere cristalină albă care se topește deja la 24 ° C, adică este instabilă când este încălzită. La temperaturi scăzute, compoziția oxidului trivalent corespunde formulei P 4 O 6. Compusul se dizolvă încet în apă pentru a forma acid fosforic H3PO3. De asemenea, este mai puțin stabil decât compușii pentavalenti ai fosforului.

Denumirea „anhidridă de acid fosforic” reflectă proprietatea chimică - capacitatea oxidului de a da naștere la molecule de acid atunci când este hidratat. Pierzând electroni, atomii de P din compușii trivalenți sunt oxidați la o stare pentavalentă stabilă. Anhidrida de fosfor și acidul corespunzător sunt agenți reducători puternici (donează electroni de valență).

Oxid de fosfor (V). Metoda de laborator de obținere

Formarea anhidridei de fosfor are loc în timpul arderii (oxidării) fosforului roșu sau alb. Reacția poate fi efectuată în oxigen pur sau reactivul poate fi ars în aer. După încetarea procesului de ardere, care are loc odată cu degajarea de fum alb, obținem o masă albă liberă în sediment. Acesta este oxidul de fosfor. Ar trebui să fie obținut sub o glugă, deoarece particulele irită membranele mucoase ale organelor respiratorii.

Puteți colecta fosfor roșu într-o lingură pentru arderea substanțelor, fixată într-un dop de cauciuc cu orificiu. Substanța trebuie aprinsă și, când începe arderea, trebuie plasată într-un balon de sticlă rezistent la căldură. Recipientul, închis cu dop, va fi umplut cu nori de fum formați din molecule de dimer de anhidridă de fosfor (P 4 O 10 este formula sa). Oxidul de fosfor (V) este numele acestei substanțe. Când tot oxigenul din recipient este epuizat, arderea se va opri și fumul alb se va depune.

Interacțiunea oxidului de fosfor cu apa. Prepararea acizilor fosforici

De obicei, compoziția pentoxidului de fosfor este scrisă sub această formă: P 2 O 5 . Când îl primiți, puteți turna puțină apă în balon și îl puteți agita. Fumul alb se va dizolva pentru a forma acid. Pentru a-i demonstra prezența, trebuie să înmuiați o bandă de hârtie a unui indicator universal în soluție, culoarea acestuia se va schimba de la galben la roșu, ceea ce este tipic pentru lichidele acide. Apa și oxidul de fosfor interacționează în balon. Reacțiile pentru producerea acizilor sunt însoțite de disocierea lor într-o soluție apoasă în reziduuri acide, precum și ioni de hidrogen, mai precis, hidroniu.

• Când fosforul este ars, are loc o reacție compusă: 4P + 5O 2 = P 4 O 10.
• Dizolvarea anhidridei rezultate în apă rece are loc cu formarea acidului metafosforic: P 2 O 5 + H 2 O = 2HPO 3.
• Fierberea soluției duce la apariția acidului ortofosforic în ea: HPO 3 + H 2 O = H 3 PO 4.

Disocierea unui acid are loc într-o soluție apoasă treptat: un proton este cel mai ușor îndepărtat și apare anionul fosfat dehidrogen H 2 PO 4 -. Anhidrida fosforică corespunde nu numai acidului ortofosforic. Oxidul de fosfor (V), atunci când este dizolvat în apă, produce un amestec de acizi.

Reacții cu oxizi metalici

Oxidul de sodiu reacţionează cu substanţa P 2 O 5. Oxidul de fosfor reacționează și cu compuși similari atunci când este încălzit (fuziune). Compoziția fosfaților rezultați depinde de reactivi și de condițiile de reacție.
3Na 2 O + P 2 O 5 = 2Na 3 PO 4 - ortofosfat de sodiu (sare medie). Interacțiunea substanței de testat cu alcalii duce la formarea de sare și apă.

Metodă industrială de producere a anhidridei fosforice

P2O5 este produs prin arderea fosforului tehnic. Aceasta este o substanță higroscopică, deci trebuie uscată mai întâi. Într-o cameră specială la temperatură ridicată are loc reacția de oxidare a fosforului la diferite forme de P 4 O 10. Această masă vaporoasă albă este purificată și utilizată ca agent de deshidratare pentru uscarea diferitelor gaze industriale. Acidul fosforic se obține din anhidrida fosforică. Metoda constă în reducerea materiilor prime naturale la fosfor molecular, arderea acestuia și dizolvarea produsului de ardere în apă.

Îngrășăminte cu fosfor

„Elementul vieții” joacă un rol important în formarea de ATP și proteine ​​în celule și în metabolismul energetic în corpul plantei. Dar în fiecare an, odată cu recolta, o parte semnificativă a nutrienților este îndepărtată din sol. Pentru a le completa, se aplică îngrășăminte minerale și organice. Fosforul este unul dintre cele trei macroelemente, pe lângă acesta, azotul și potasiul aparțin și ele.

Îngrășămintele cu fosfor - superfosfații - se obțin din roci și minerale prin tratarea lor cu acizi. În ultimii ani, principalele eforturi ale industriei de îngrășăminte au fost îndreptate spre producerea de îngrășăminte complexe și complexe. Acestea conțin mai multe baterii, ceea ce face ca utilizarea lor să fie mai economică.