- відкриття фосфору
- отримання фосфору
- Поширення фосфору в природі
- Фізичні властивості
- Хімічні властивості
- Будова атома фосфору
Гамбурзький купець Генніг Бранд, сподівався поправити свої фінансові справи і уникнути повного розорення, вирішив спробувати щастя в алхімії. Він намагався знайти «філософський камінь». який дав би можливість перетворювати неблагородні метали в золото. Г. Бранду прийшла дійсно щаслива миль провести досвід з сечею. Випарується її майже насухо, Г. Бранд залишився речовина змішав з вугіллям і піском і нагрівав в реторті без доступу повітря. В результаті він отримав нову речовину, яка має дивовижну властивість - світитися в темряві.
Так в 1669 р був відкритий фосфор, який грає виключно важливу роль в живій природі.
Г. Бранд не забарився скористатися незвичайним властивістю нового речовини і став демонструвати світиться фосфор знатним особам за досить високу винагороду. Все, що стикалося з фосфором, набувало здатність світитися. Г. Бранд спритно використовував величезний інтерес вчених і широкої публіки до фосфору і став продавати його за ціною, що перевершував навіть вартість золота. Бранд тримав в найсуворішій таємниці спосіб отримання фосфору. Ніхто з інших алхіміків не міг проникнути в його лабораторію, і тому багато хто з них стали гарячково ставити різні досліди, прагнучи розгадати спосіб отримання речовини, що світиться.
Незабаром рецепт виготовлення «холодного вогню» став відомий І. Кункель і К. Кірхмейру, а в 1680 р секрет отримання фосфору був відкритий в Англії знаменитим хіміком Р. Бойл. Після смерті Р. Бойля його учень - німець А. Ганквіц, зробивши деякі поліпшення в методиці отримання фосфору, налагодив його виробництво. Цікаво, що А. Ганквіц, незважаючи на свою тривалу роботу з фосфором і дуже небезпечні досліди з ним, дожив до восьмидесятирічного віку. Він пережив трьох синів своїх і всіх тих, хто брав участь в роботах, що відносяться до ранньої історії фосфору.
Ціна на фосфор з часу відкриття його І. Кункель і Р. Бойл стала швидко падати, і в кінці кінців спадкоємці першовідкривачів стали знайомити з секретом отримання фосфору за 10 талерів.
Фосфор в промисловості отримують з фосфату кальцію Ca 3 (PO 4) 2. який виділяють з фосфоритів і фторапатитов. Метод отримання заснований на реакції відновлення Ca 3 (PO 4) 2 до фосфору.
В якості відновника сполук фосфору використовують кокс (вуглець). Для зв'язування сполук кальцію в реакційну систему додають кварцовий пісок SiO 2. Процес проводять в електропечах (виробництво відносять до електротермічним). Реакція протікає за рівнянням:
2Ca 3 (PO 4) 2 + 6SiO 2 + 10C = 6CaSiO 3 + P 4 + 10CO
Продукт реакції - білий фосфор. Через наявність домішок технічний фосфор має жовтий колір, тому в промисловості його називають жовтим фосфором.
Поширення фосфору в природі
В історії хімії з фосфором пов'язано багато великих відкриттів. Однак лише через сторіччя після відкриття фосфор перейшов зі світу торгівлі і наживи в світ науки. Лише одна подія за цей тривалий період може бути віднесено до справжньої науки і пов'язане воно з 1715 р коли Генсінг відкрив фосфор в мозковій тканині. Це послужило пізніше для висловлювання «Без фосфору немає думки».
Ю. Ган в 1769 р знайшов фосфор в кістках, а через два роки знаменитий шведський хімік К. Шеєле показав, що кістки складаються головним чином з фосфату кальцію, і запропонував спосіб отримання фосфору з золи, що утворюється при спалювання кісток.
Фосфор за своєю важливістю ані трохи не поступається азоту. Він бере участь в великому природному кругообігу речовин, і, якби не було фосфору, рослинний і тваринний світ був би зовсім іншим. Однак фосфор зустрічається в природних умовах не так вже й часто, і на його частку припадає всього лише 0,08% маси земної кори. За распределенности він займає тринадцяте місце серед інших елементів. Цікаво відзначити, що в тілі людини на частку фосфору припадає приблизно 1,16%. З них 2/3 припадає на кісткову тканину, близько 0,25% - на м'язову і приблизно 0,4% на нервову тканину.
Фосфор зустрічається в природі тільки у вигляді солей фосфорної кислоти, головним чином фосфорита 3 Ca 3 (PO 4) 2 * Ca (OH) 2 і апатитів 3 Ca 3 (PO 4) 2 * Ca (F. Cl) 2. Лише в окремих місцях зустрічаються фосфати заліза, вивианит (синя залізна руда) Fe 3 (PO 4) 2 * 8 H 2 O. алюмінію, наприклад вавеліт 3 Al 2 O 3 * 2 P 2 O 5 * 12 H 2 O. а також рідкісних земель. З'єднання фосфорної кислоти становлять істотну частину рослинних і тваринних організмів. Частина фосфорної кислоти пов'язана в них у вигляді органічних сполук, наприклад в жовтку яйця і в речовині мозку - в формі лецитинов.
Фосфор рідко зустрічається у великих кількостях, і в цілому його слід віднести до розсіяних елементів. У вільному вигляді в природі він не зустрічається, так як легко окислюється, але міститься в багатьох мінералах. Найголовніші з них - фторапатит, гідроксилапатит, фосфорит. Дещо рідше зустрічаються вавіаніт, монацит, амблигонит, Тріфілій і дуже обмежених кількостях - ксенотах і Торберн.
Що стосується мінералів фосфору, то вони діляться на первинні і вторинні. Серед первинних найбільш поширені апатити, що представляють в основному породи магматичного походження. Хімічний склад апатиту - фосфат кальцію, що містить деяку кількість фториду і хлориду кальцію. Саме цим визначається існування мінералів фторапатита і хлорапатіта. Вони містять від 5 до 36% P 2 O 5. Зазвичай ці мінерали в більшості випадків зустрічаються в зоні магми, але не рідко вони виявляються в місцях, де вивержені породи стикаються з осадовими. З усіх відомих родовищ фосфатів найбільш значні є в Норвегії та Бразилії.
Фосфін і дифосфин в природі зустрічаються досить рідко і частіше доводиться мати справу з такими сполуками фосфору, як фосфорити. Фосфорити - фосфати органічного походження грають особливо важливу роль в сільському господарстві. На островах Тихого океану, в Чилі та Перу вони утворені на основі пташиного посліду - гуано, який в умовах сухого клімату накопичується потужними шарами, нерідко перевищують сотню метрів. Освіта фосфоритів може бути пов'язано і з геологічними катастрофами,
наприклад, з льодовиковим періодом, коли загибель тварин носила масовий характер. Подібні процеси можливі й у океані при масової загибелі морської фауни. Фосфор з органічних залишків частково засвоюється рослинами, але в основному, розчиняючись в морській воді, переходить в мінеральні форми. Морська вода містить фосфати в досить великих кількостях - 100 - 200 мг / м 3. При певних хімічних змінах фосфати можуть випадати в осад і накопичуватися на дні. А при піднятті морського дна в певні геологічні періоди поклади фосфоритів виявляються на суші. Подібним чином могли утворитися фосфорити великого вітчизняного родовища фосфоритів поблизу Кара-Тау в Казахстані. Зустрічаються фосфорити і в Підмосков'ї.
Фосфор існує в багатьох модифікаціях. Однак «багатоликість» фосфору можна звести до трьох основних видів: білому, червоному і чорному.
Білий фосфор виходить в твердому стані при швидкому охолодженні парів фосфору; його щільність 1,83 г / см 3. Теплота плавлення білого фосфору становить 0,6 ккал. а теплота випаровування 12 ккал (на моль P 4). У чистому вигляді білий фосфор абсолютно безбарвний і прозорий; Продається він зазвичай відлитий в палички, які легко ріжуться ножем. Цю операцію необхідно проводити під водою (краще при 20-25 о С), так як при розрізання на повітрі фосфор може спалахнути від тертя. На холоду білий фосфор крихкий, але при температурі вище 15 ° С стає м'яким.
На повітрі білий фосфор дуже швидко окислюється і при цьому світиться в темряві. Звідси пішла назва «фосфор», який в перекладі з грецького означає «світлоносний». Уже при слабкому нагріванні, для чого достатньо простого тертя, фосфор спалахує і згорає, виділяючи велику кількість теплоти. Він згорає жовтувато-білим полум'ям, утворюючи пятиокись: 2 P + 5/2 O 2 = P 2 O 5 + 370 ккал. Фосфор може і спалахнути на повітрі внаслідок виділення теплоти при окисленні. Щоб захистити білий фосфор від окислення, його зберігають під водою. У воді білий фосфор не розчинний; добре розчиняється в сірковуглеці. Розчинність його в сероуглероде виключно велика (порядка 10: 1 при звичайних умовах).
Білий фосфор - сильна отрута. Доза в 0,1 г смертельна для людини.
Якщо білий фосфор довго нагрівати без доступу повітря при температурі 250 - 300 ° С, то він перетворюється в іншу взаємодію фосфору, що має червоно - фіолетовий колір і зване червоним фосфором. Таке ж перетворення відбувається, але тільки дуже повільно, під дією світла.
Червоний фосфор за своїми властивостями різко відрізняється від білого: він дуже повільно окислюється на повітрі, не світиться в темряві, загоряється тільки при температурі 260 ° С, не розчиняється в сірковуглеці і неядовіт. Щільність червоного фосфору становить 2,0-2,4 г / см 3. Змінна значення щільності обумовлено тим, що червоний фосфор складається з декількох форм.
При сильному нагріванні червоний фоссфор, що не плавлячи, випаровується (сублімується). При охолодженні парів виходить білий фосфор.
Чорний фосфор утворюється з білого при нагріванні його до 200-220 о С під дуже високим тиском. По виду він схожий на графіт, жирний на дотик і важче інших видозмін; його щільність дорівнює 2,7 г / м 3. Чорний фосфор володіє напівпровідникової провідністю (з шириною забороненої зони 0,33 в). Під тиском 18 тис. Атм. Чорний фосфор плавиться близько 1000 о С, а під тиском тільки свого пара вище 550 о С переходить у фіолетовий.
1. З'єднання фосфору з воднем і галогенами. З воднем фосфор утворює газоподібний фосфористий водень, або фосфін, PH 3. Його можна отримати шляхом кип'ятіння білого фосфору з розчином лугу або дією соляної кислоти на фосфід кальцію Ca 3 P 2.
Будова атома фосфору
Будова зовнішнього електронного шару атома фосфору 3 s 2 p 3
Енергія іонізації атома, еВ 10.49.
Відносна електронегативність 2,2.
Заряд ядра атома фосфору +15 (+15 P)
Радіус атома, нм 0,13