10. Фосфор и его соединения

Свойства химического элемента фосфора

Химический элемент фосфор расположен в третьем периоде ПСХЭ, в VА группе. Поэтому в атоме фосфора на внешнем электронном слое находится 5 электронов. Радиус атома фосфора больше, чем у азота, т. к. число электронных слоев больше. Значит, внешние электроны ядро атома фосфора будет притягивать к себе слабее, чем ядро атома азота. И относительная электроотрицательность фосфора будет меньше, чем относительная электроотрицательность азота.

Фосфор может проявлять степени окисления (например, в фосфине ), (в простом веществе ), (в оксиде фосфора ) и (в ортофосфорной кислоте ).

Нахождение в природе и аллотропные модификации фосфора

В отличие от соседнего элемента по группе, азота, фосфор в природе в свободном виде не встречается, поскольку химически гораздо более активен. В природе элемент фосфор достаточно распространен, массовая доля фосфора в земной коре составляет 0,09 % (т. е. занимает 12-е место по распространенности). Важнейшие минералы фосфора – апатит и фосфорит, основу которых составляет фосфат кальция (рис. 1).

Фосфор образует несколько аллотропных модификаций, важнейшими из которых являются белый фосфор, красный фосфор и черный фосфор (рис. 2–3).

Свойства простых веществ, образованных фосфором

Сравним строение и свойства перечисленных простых веществ. 

Белый фосфор – мягкое воскоподобное вещество белого или светло-желтого цвета. Это простое вещество имеет молекулярное строение. В узлах кристаллической решетки белого фосфора находятся молекулы состава . Эта аллотропная модификация самая химически активная. Уже при 50 °С белый фосфор самовоспламеняется на воздухе. При комнатной температуре он окисляется кислородом воздуха, в результате чего выделяется энергия в виде света. Белый фосфор – сильный яд.

Красный фосфор встречался всем вам в повседневной жизни. Он входит в состав намазки спичечных коробков и спичечных головок, придавая им красный цвет.

Красный фосфор образует атомную кристаллическую структуру и является неорганическим полимером. Он химически менее активен, чем белый фосфор. Эта аллотропная модификация не ядовита. При прокаливании без доступа воздуха красный фосфор переходит в газообразное состояние, охлаждение приводит к конденсации паров. В результате образуется белый фосфор.

Черный фосфор тоже полимер, не ядовит, имеет слоистую атомную кристаллическую решетку, напоминающую кристаллическую решетку графита. Черный фосфор обладает электрической проводимостью, его химическая активность меньше, чем у белого фосфора.

При горении фосфора образуется оксид фосфора (V):

При недостатке кислорода может образоваться другой оксид – оксид фосфора (III) – , который постепенно окисляется на воздухе.

Еще одним важным свойством фосфора как типичного неметалла является взаимодействие с металлами с образованием фосфидов.

Например, красный фосфор при нагревании взаимодействует с активными металлами. Смешаем опилки кальция с порошком красного фосфора. Поместим смесь в стеклянную трубку. Нагреем смесь. Взаимодействие фосфора с кальцием сопровождается вспышками. Часть красного фосфора при нагревании и от теплоты протекающей реакции превращается в белый фосфор. Пары белого фосфора загораются при выходе из трубки.

В результате реакции кальция с красным фосфором образуется фосфид кальция – твердое вещество светло-коричневого цвета.

Соединения фосфора

Рассмотрим свойства основных соединений фосфора, в которых он проявляет степень окисления . Оксид фосфора (V) вам уже хорошо знаком. Это белый порошок, расплывающийся на воздухе вследствие поглощения паров воды. Поэтому его используют для очистки органических соединений от следов воды.

При растворении в воде оксида фосфора (V) образуется фосфорная кислота. При этом сначала образуется метафосфорная кислота, после кипячения смеси – ортофосфорная:

Ортофосфорная кислота представляет собой белое кристаллическое вещество. В воде она ступенчато диссоциирует:

В зависимости от числа атомов водорода, которые нейтрализуются щелочью, ортофосфорная кислота может образовать три вида солей: дигидрофосфаты (например, дигидрофосфат натрия ), гидрофосфаты (например, гидрофосфат калия ) и ортофосфаты (например, фосфат кальция ).

Фосфорная кислота является кислотой средней силы, и для нее характерны все общие свойства кислот. Слабые растворы ортофосфорной кислоты добавляют в различные напитки.

Фосфорная кислота является сырьем для производства минеральных удобрений: фосфорных и комплексных. Примером фосфорного удобрения может служить двойной суперфосфат . А одним из комплексных удобрений является аммофоска – содержит так необходимые растению азот, фосфор и калий. 

Список литературы

1. Оржековский П. А. Сборник задач и упражнений по химии: 9-й кл.: к учебнику П. А. Оржековского и др. «Химия. 9 класс» / П. А. Оржековский, Н. А. Титов, Ф. Ф. Гегеле. – М.: АСТ: Астрель, 2007.

2. Оржековский П. А. Химия: 9-й класс: учеб. для общеобраз. учрежд. / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, Л. С. Понтак. – М.: АСТ: Астрель, 2007 (§38).

3. Оржековский П. А. Химия: 9-ый класс: учеб для общеобр. учрежд. / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013 (§25).

4. Рудзитис Г. Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009.

5. Хомченко И. Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008.

6. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В. А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.

Домашнее задание

1. с. 166–167 №№ 2–4 из учебника П. А. Оржековского «Химия: 9-й класс» / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013.