22 Фосфор. Фосфордың аллотропиялық түр өзгерістері. Аллотропиялық түр өзгерістерінің құрылысы, физикалық және химиялық қасиеттері. Өндірісте фосфордың алынуы, қолданылуы.

Фосфор, элементтердің периодтық жүйесіндегі азот топшасының (VA) бейметалды химиялық элементі. Табиғатта таралуы Фосфор элементтердің табиғатта таралуы бойынша 12-ші орын алады. I. жер қыртысында – 0,1%, маңызды минералдары – фосфорит (Са₅(РО₄)₃(ОН,СО₃)), апатит (Са₅(РО₄)₃(F,Cl)); II. өсімдіктерде – дәнінің белоктарының құрамында; III . жануарлар организмдарында: Сүт, қан, ми және нерв ткані белоктарының құрамында, Сүйектің және тістің құрамында (3Са₃(РО₄)₂ · Ca(OH)₂ и 3Са₃(РО₄)₂ · CaСO₃ · Н₂О) түрінде болады, ДНҚ, РНҚ-да (тұқым қуалау информациясын сақтайды және тасмалдайды), АТФ (энергия алмасуға жауап береді)

Алу жолы.

Фосфорды бос күйде алу үшін фосфоритті құм және көмірмен араластырып электр пеште 1500˚-қа дейін қыздырады, онда болатын реакциялардың жалпы теңдігі былай жазылады: 2Ca₃(PO₄)₂ + 6SiO₂ + 10C = 6CaSiO₃ + P₄ +10CO ΔН˚ = 1359,8 кДж/моль Бөлініп шыққан фосфор буы салқындатылып, қатты күйге аударылған фосфор, судың астына жиналады.

Аллотропиялық түр өзгерісі

Ақ фосфор.

Р4 молекулаларынан тұратын, еркін қозғала алатын, куб тәрізді молекулалы кристалдық торы болады. Олар өте әлсіз байланыстармен байланысады және тетраэдр пішінді. Төмен темп. морт сынғыш, 15̊-тан жоғары жұмсарады, өзіне тән иісі бар. Өте улы. Суда ерімейді, бірақ көміртек дисульфидінде, бензолда жақсы ериді. Сондықтан оны су астында сақтайды. Қараңғыда жарық шығарады, ауада өздігінен жануы мүмкін.

Қызыл фосфор.

Аморфты құрылысы немесе атомды-кристалдық торы бар. Полимерлі құрылысы: Р4 тетраэдрлері шексіз байланыста байланысады. Қызыл фосфордың олекуласы ақ фосфордың күрделі полимері деп есептеледі. Ұнтақ түсі қызыл, улы емес. Суда да, күкіртті көміртегінде де ерімейді. Қыздырған кезде ғана жанады, ал өздігінен 200-тан жоғары темп. жанады.

Қара фосфор.

Кристалдық пішінді. Бір-бірімен қабатталып байланысқан, төбелерінде фосфор атомдары бар ірі алтыбұрыштардан құралған (графит тәрізді). Қара фосфор графитке ұқсайды, ρ=2,7, шала өткізгіш. Ауасыз қыздырған кезде буға айналады, кейін ақ фосфорға конденсацияланады.

Химиялық қасиеттері:

Жай заттармен – бейметалдармен әрекеттесуі. Фосфор көптеген бейметалдармен реакцияға түсе алады: оттекпен, күкіртпен, галогендермен, сутекпен фосфор нашар немесе мүлдем әрекеттеспейді. Фосфордың мөлшерінің артық немесе кемдігіне байланысты, фосфордың (III) немесе (V) өнімдері алынады, мысалы: 2P + 3Br₂ = 2PBr₃ немесе 2P + 5Br₂ = 2PBr₅ 4P + 5О₂ = 2P₂О₅

2 Р + 3Cl_{2 ( кем)} →2 PCI₃

2 Р + 5Cl_{2 ( артық)} → 2PCI₅

Фосфор трихлориді PCl₃ алу үшін көп етіп балқытқан фосфордың үстімен хлор жібереді, сонда фосфор солғын сары түсті жалынмен жанып:

2P + 3Cl₂ = 2PCl₃ ΔH˚= -644.3 кДж/моль

PCl₃ + 3H₂O = H₃PO₃ + 3HCl

Фосфор пентахлориді – фософр қышқылының хлор ангидриді, гидролиз екі сатыда өтеді:

PCl₅ + H₂O = POCl₃ + 2HCl

POCl₃ + 3H₂O = H₃PO₄ + 3HCl

POCl₃ - фосфор оксо-трихлориді түссіз сұйықтық.

Металдармен әрекеттесуі. Фосфорды металдармен қыздыру арқылы фосфидтер алынады: 3Mg + 2P = Mg₃P₂ Кейбір металдардың фосфидтері суда газ тәрізді фосфин PH₃ түзу арқылы ериді: Mg₃P₂ + 6H₂O = 3Mg(OH)₂ + 2PH₃ Фосфин PH₃ химиялық қасиеттері бойынша аммиакқа NH₃ ұқсас.

Сілтілермен әрекеттесуі.

Ақ фосфорды сілті ерітіндісінде қыздырған кезде ол диспропорцияланады:

P₄ + 3NaOH + 3H₂O = PH₃ + 3NaH₂PO₂

Р⁰ + 3е ^→ Р^-3 1 тотықтырғыш; тотықсызданады;

Р⁰ - 1е ^→ Р⁺¹ 3 тотықсыздандырғыш; тотығады;

Конц. азот қышқылымен әрекеттесуі: 3Р + 5HNO₃ + 2H₂O = 3H₃PO₄ + 5NO

Дифосфор үшоксиді – P₂O₃ фосфор баяу тотыққанда немесе оттек жеткіліксіз болғанда түзілетін, ақ түсті кристалдық зат. Төмен темп. полимерленіп P₄O₆ түзеді. Суық сумен қосылып фосфорлы қышқыл H₃PO₃ түзеді.

P₂O₃ + 3H₂O = 2 H₃PO₃

4H₃PO₃ → PH₃ + 3H₃PO₄

Дифосфор тетраоксиді - P₂O₄ түссіз, жылтыр кристалдық зат.

P₂O₄ + 3H₂O = H₃PO₃ + H₃PO₄

Дифосфор пентаоксиді – P₂O₅ сумен өте шабытты қосылады:

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄