Fósforo y sus compuestos. Aplicaciones del fósforo

Entre los elementos biogénicos, se debe dar un lugar especial al fósforo. Sin él es imposible que existan compuestos vitales como, por ejemplo, el ATP o los fosfolípidos, entre muchos otros. Al mismo tiempo, las sustancias inorgánicas de este elemento son muy ricas en diversas moléculas. El fósforo y sus compuestos se utilizan ampliamente en la industria, son participantes importantes en procesos biológicos y se utilizan en una amplia variedad de actividades humanas. Por tanto, consideremos qué es este elemento, cuál es su sustancia simple y los compuestos más importantes.

Fósforo: características generales del elemento

La posición en la tabla periódica se puede describir en varios puntos.

1. Quinto grupo, subgrupo principal.
2. Tercer pequeño período.
3. Número de serie: 15.
4. Masa atómica - 30,974.
5. La configuración electrónica del átomo es 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3.
6. Los posibles estados de oxidación son de -3 a +5.
7. Símbolo químico - P, pronunciación en fórmulas "pe". El nombre del elemento es fósforo. Nombre latino fósforo.

La historia del descubrimiento de este átomo se remonta al lejano siglo XII. Incluso en los registros de los alquimistas había información que hablaba de la producción de una sustancia "luminosa" desconocida. Sin embargo, la fecha oficial para la síntesis y descubrimiento del fósforo fue 1669. El comerciante en quiebra Brand, en busca de la piedra filosofal, sintetizó accidentalmente una sustancia capaz de emitir un resplandor y arder con una llama brillante y cegadora. Lo hizo calcinando repetidamente orina humana.

Después de esto, este elemento se obtuvo independientemente uno del otro utilizando aproximadamente los mismos métodos:

• I. Kunkel;
• R. Boylem;
• A. Marggraf;
• K. Scheele;
• A. Lavoisier.

Hoy en día, uno de los métodos más populares para sintetizar esta sustancia es la reducción de los correspondientes minerales que contienen fósforo a altas temperaturas bajo la influencia de monóxido de carbono y sílice. El proceso se realiza en hornos especiales. El fósforo y sus compuestos son sustancias muy importantes tanto para los seres vivos como para muchas síntesis en la industria química. Por tanto, debemos considerar qué es este elemento como sustancia simple y dónde se encuentra en la naturaleza.

Sustancia simple fósforo

Es difícil nombrar algún compuesto específico cuando se trata de fósforo. Esto se explica por las numerosas modificaciones alotrópicas que tiene este elemento. Hay cuatro tipos principales de fósforo, una sustancia simple.

1. Blanco. Este es un compuesto cuya fórmula es P 4. Es una sustancia volátil blanca con un olor fuerte y desagradable a ajo. Se enciende espontáneamente en el aire a temperaturas normales. Arde con una luz brillante de color verde pálido. Muy venenoso y potencialmente mortal. La actividad química es extremadamente alta, por lo que se obtiene y almacena bajo una capa de agua purificada. Esto es posible debido a la mala solubilidad en disolventes polares. Para este propósito, el disulfuro de carbono y las sustancias orgánicas son las más adecuadas para el fósforo blanco. Cuando se calienta, puede transformarse en la siguiente forma alotrópica: el fósforo rojo. Cuando el vapor se condensa y se enfría, puede formar capas. Al tacto son grasos, blandos, fáciles de cortar con cuchillo, blancos (ligeramente amarillentos). Punto de fusión 44 0 C. Por su actividad química se utiliza en síntesis. Pero debido a su toxicidad, no se utiliza mucho a nivel industrial.
2. Amarillo. Es una forma de fósforo blanco mal purificada. Es aún más venenoso y además huele desagradable a ajo. Se enciende y arde con una llama verde brillante. Estos cristales amarillos o marrones no se disuelven en agua en absoluto, cuando se oxidan por completo emiten nubes de humo blanco con la composición P4O10.
3. El fósforo rojo y sus compuestos son la modificación más común y más utilizada de esta sustancia en la industria. La masa roja pastosa, que bajo presión elevada puede transformarse en cristales de color púrpura, es químicamente inactiva. Este es un polímero que sólo puede disolverse en ciertos metales y nada más. A una temperatura de 250 0 C se sublima, convirtiéndose en una modificación blanca. No tan venenoso como las formas anteriores. Sin embargo, con una exposición prolongada al cuerpo es tóxico. Se utiliza para aplicar una capa de ignición a cajas de cerillas. Esto se explica por el hecho de que no puede encenderse espontáneamente, pero durante la denotación y la fricción explota (se enciende).
4. Negro. Su apariencia recuerda mucho al grafito y también es grasoso al tacto. Es un semiconductor de corriente eléctrica. Cristales oscuros, brillantes, que no se pueden disolver en ningún disolvente. Para que se encienda se necesitan temperaturas muy altas y un precalentamiento.

También es interesante la forma recientemente descubierta del fósforo: el metálico. Es un conductor y tiene una red cristalina cúbica.

Propiedades químicas

Las propiedades químicas del fósforo dependen de la forma en que se encuentre. Como se mencionó anteriormente, las modificaciones amarillas y blancas son las más activas. En general, el fósforo puede interactuar con:

• metales, formando fosfuros y actuando como agente oxidante;
• no metales, que actúan como agente reductor y forman compuestos volátiles y no volátiles de diversos tipos;
• agentes oxidantes fuertes, convirtiéndose en ácido fosfórico;
• con álcalis cáusticos concentrados según el tipo de desproporción;
• con agua a temperaturas muy altas;
• con oxígeno para formar varios óxidos.

Las propiedades químicas del fósforo son similares a las del nitrógeno. después de todo, forma parte del grupo de los pnictógenos. Sin embargo, la actividad es varios órdenes de magnitud mayor, debido a la diversidad de modificaciones alotrópicas.

Estar en la naturaleza

Como nutriente, el fósforo es muy abundante. Su porcentaje en la corteza terrestre es del 0,09%. Esta es una cifra bastante grande. ¿Dónde se encuentra este átomo en la naturaleza? Hay varios lugares principales:

• la parte verde de las plantas, sus semillas y frutos;
• tejidos animales (músculos, huesos, esmalte dental, muchos compuestos orgánicos importantes);
• La corteza terrestre;
• la tierra;
• rocas y minerales;
• agua de mar.

En este caso sólo podemos hablar de formas ligadas, pero no de sustancia simple. Después de todo, es extremadamente activo y esto no le permite ser libre. Entre los minerales más ricos en fósforo se encuentran:

• Inglés;
• fluoropaptita;
• svanbergita;
• fosforita y otros.

No se puede sobreestimar la importancia biológica de este elemento. Después de todo, forma parte de compuestos tales como:

• proteínas;
• fosfolípidos;
• fosfoproteínas;
• enzimas.

Es decir, todos aquellos que son vitales y a partir de los cuales se construye todo el cuerpo. El requerimiento diario para un adulto normal es de unos 2 gramos.

Fósforo y sus compuestos.

Como elemento muy activo, este elemento forma muchas sustancias diferentes. Después de todo, forma fosfuros y actúa él mismo como agente reductor. Gracias a esto, es difícil nombrar un elemento que resulte inerte al reaccionar con él. Por tanto, las fórmulas de los compuestos de fósforo son extremadamente diversas. Se pueden citar varias clases de sustancias en cuya formación participa activamente.

1. Compuestos binarios: óxidos, fosfuros, compuestos volátiles de hidrógeno, sulfuros, nitruros y otros. Por ejemplo: P 2 O 5, PCL 3, P 2 S 3, PH 3 y otros.
2. Sustancias complejas: sales de todo tipo (medias, ácidas, básicas, dobles, complejas), ácidos. Ejemplo: H 3 PO 4, Na 3 PO 4, H 4 P 2 O 6, Ca(H 2 PO 4) 2, (NH 4) 2 HPO 4 y otros.
3. Compuestos orgánicos que contienen oxígeno: proteínas, fosfolípidos, ATP, ADN, ARN y otros.

La mayoría de los tipos de sustancias designados tienen un importante significado industrial y biológico. El uso de fósforo y sus compuestos es posible tanto con fines médicos como para la fabricación de artículos domésticos bastante comunes.

Conexiones a metales

Los compuestos binarios de fósforo con metales y no metales menos electronegativos se denominan fosfuros. Se trata de sustancias parecidas a las sales que son extremadamente inestables cuando se exponen a diversos agentes. Incluso el agua corriente provoca una rápida descomposición (hidrólisis).

Además, bajo la influencia de ácidos no concentrados, la sustancia también se descompone en los productos correspondientes. Por ejemplo, si hablamos de la hidrólisis del fosfuro de calcio, los productos serán hidróxido metálico y fosfina:

Ca 3 P 2 + 6H 2 O = 3Ca(OH) 2 + 2PH 3

Y sometiendo el fosfuro a descomposición bajo la acción de un ácido mineral, obtenemos la correspondiente sal y fosfina:

Ca 3 P 2 + 6HCL = 3CaCL 2 + 2PH 3

En general, el valor de los compuestos considerados radica precisamente en el hecho de que como resultado se forma un compuesto de hidrógeno y fósforo, cuyas propiedades se analizarán a continuación.

Volátiles a base de fósforo

Hay dos principales:

• fósforo blanco;
• fosfina

Ya hemos mencionado el primero arriba y dado las características. Dijeron que era humo blanco espeso, altamente venenoso, con un olor desagradable y que en condiciones normales se inflamaba automáticamente.

Pero ¿qué es la fosfina? Esta es la sustancia volátil más común y conocida, que incluye el elemento en cuestión. Es binario y el segundo participante es el hidrógeno. La fórmula del compuesto de hidrógeno del fósforo es PH 3, el nombre es fosfina.

Las propiedades de esta sustancia se pueden describir de la siguiente manera.

1. Gas volátil incoloro.
2. Muy venenoso.
3. Tiene olor a pescado podrido.
4. No interactúa con el agua y se disuelve muy mal en ella. Bien soluble en materia orgánica.
5. En condiciones normales es muy activo químicamente.
6. Se autoinflama en el aire.
7. Formado durante la descomposición de fosfuros metálicos.

Otro nombre es fosfano. A él se asocian historias de la antigüedad. Todo esto es algo que la gente veía a veces y que ahora se ve en cementerios y pantanos. Las luces en forma de bolas o de velas que aparecen aquí y allá dando la impresión de movimiento, se consideraban de mal augurio y eran muy temidas por las personas supersticiosas. La causa de este fenómeno, según las opiniones modernas de algunos científicos, puede considerarse la combustión espontánea de fosfina, que se forma naturalmente durante la descomposición de residuos orgánicos, tanto vegetales como animales. El gas sale y, al entrar en contacto con el oxígeno del aire, se enciende. El color y el tamaño de la llama pueden variar. La mayoría de las veces se trata de luces brillantes de color verdoso.

Evidentemente, todos los compuestos volátiles de fósforo son sustancias tóxicas que pueden detectarse fácilmente por su olor acre y desagradable. Este signo ayuda a evitar intoxicaciones y consecuencias desagradables.

Compuestos con no metales

Si el fósforo se comporta como un agente reductor, entonces deberíamos hablar de compuestos binarios con no metales. La mayoría de las veces resultan ser más electronegativos. Así, podemos distinguir varios tipos de sustancias de este tipo:

• un compuesto de fósforo y azufre: sulfuro de fósforo P 2 S 3;
• cloruro de fósforo III, V;
• óxidos y anhídridos;
• bromuro y yoduro y otros.

La química del fósforo y sus compuestos es variada, por lo que es difícil identificar los más importantes. Si hablamos específicamente de sustancias que se forman a partir de fósforo y no metales, entonces los óxidos y cloruros de diferente composición son los de mayor importancia. Se utilizan en síntesis químicas como agentes de eliminación de agua, como catalizadores, etc.

Entonces, uno de los agentes secantes más poderosos es el más alto: P 2 O 5. Atrae el agua con tanta fuerza que, al entrar en contacto directo con ella, se produce una reacción violenta con un fuerte ruido. La sustancia en sí es una masa blanca parecida a la nieve, su estado de agregación es más cercano al amorfo.

Se sabe que la química orgánica supera con creces a la química inorgánica en términos de número de compuestos. Esto se explica por el fenómeno de la isomería y la capacidad de los átomos de carbono para formar cadenas de átomos de diferentes estructuras, cerrándose entre sí. Naturalmente, existe un cierto orden, es decir, una clasificación a la que está sujeta toda la química orgánica. Las clases de compuestos son diferentes, sin embargo, nos interesa uno en concreto, directamente relacionado con el elemento en cuestión. Es con fósforo. Éstas incluyen:

• coenzimas: NADP, ATP, FMN, fosfato de piridoxal y otros;
• proteínas;
• ácidos nucleicos, ya que el residuo de ácido fosfórico es parte del nucleótido;
• fosfolípidos y fosfoproteínas;
• enzimas y catalizadores.

El tipo de ion en el que participa el fósforo en la formación de la molécula de estos compuestos es el PO 4 3-, es decir, es el residuo ácido del ácido fosfórico. Algunas proteínas lo contienen en forma de átomo libre o ion simple.

Para el funcionamiento normal de todo organismo vivo, este elemento y los compuestos orgánicos que forma son sumamente importantes y necesarios. Después de todo, sin moléculas de proteínas es imposible construir una sola parte estructural del cuerpo. Y el ADN y el ARN son los principales portadores y transmisores de información hereditaria. En general, todas las conexiones deben estar presentes.

Aplicación del fósforo en la industria.

El uso del fósforo y sus compuestos en la industria se puede caracterizar en varios puntos.

1. Se utiliza en la producción de cerillas, compuestos explosivos, bombas incendiarias, algunos tipos de combustible y lubricantes.
2. Como absorbente de gases, y también en la fabricación de lámparas incandescentes.
3. Para proteger los metales de la corrosión.
4. En agricultura como fertilizantes del suelo.
5. Como ablandador de agua.
6. En síntesis químicas en la producción de diversas sustancias.

Su papel en los organismos vivos se reduce a participar en los procesos de formación del esmalte dental y los huesos. Participación en reacciones anabólicas y catabólicas, así como mantener la amortiguación del medio interno de la célula y los fluidos biológicos. Es la base para la síntesis de ADN, ARN y fosfolípidos.

DEFINICIÓN

Fósforo Forma varios cambios alotrópicos: fósforo blanco, rojo y negro.

Fósforo blanco, rojo y negro.

El fósforo blanco es una de las modificaciones alotrópicas del elemento químico fósforo (Fig. 1). Está formado por moléculas P4. Metaestable, suave como la cera a temperatura ambiente (cortada con cuchillo), quebradiza con el frío. Se funde y hierve sin descomposición, volátil a fuego lento, destila con vapor de agua. Se oxida lentamente en el aire (reacción en cadena con radicales, quimioluminiscencia) y con un calentamiento lento se enciende en presencia de oxígeno. Se disuelve bien en disulfuro de carbono, amoníaco, óxido de azufre (IV) y mal en tetracloruro de carbono. Insoluble en agua, bien conservado bajo una capa de agua.

Arroz. 1. Fósforo blanco. Apariencia.

El fósforo rojo es la modificación alotrópica termodinámicamente más estable del fósforo elemental. En condiciones normales, es un polvo de varios tonos (desde rojo violeta hasta violeta) (Fig. 2). El color está determinado por el método de producción y el grado de trituración de la sustancia. Tiene un brillo metálico. Cuando se calienta, se sublima. Se oxida en el aire. Insoluble en agua y disulfuro de carbono. La actividad química del fósforo rojo es mucho menor que la del fósforo blanco y negro. Se disuelve en plomo fundido, del que cristaliza fósforo violeta (fósforo de Hittorf), cuando se enfría el vapor de fósforo rojo se obtiene fósforo blanco.

Arroz. 2. Fósforo rojo. Apariencia.

El fósforo negro se forma a partir de fósforo blanco calentándolo a alta presión a 200-220 o C. En apariencia es similar al grafito, grasoso al tacto. Densidad - 2,7 g/cm3. Semiconductor.

Fórmula química del fósforo.

La fórmula química del fósforo blanco es P4. Muestra que la molécula de esta sustancia contiene cuatro átomos de fósforo (Ar = 31 uma). Usando la fórmula química, puedes calcular el peso molecular del fósforo blanco:

Señor(P 4) = 2×Ar(P) = 4×31 = 124.

El fósforo rojo tiene la fórmula P n y es un polímero con una estructura compleja.

Fórmula estructural (gráfica) del fósforo.

La fórmula estructural (gráfica) del fósforo es más clara. Muestra cómo los átomos están conectados entre sí dentro de una molécula.

La fórmula estructural del fósforo blanco es:

La fórmula estructural del polímero de fósforo rojo es:

fórmula electrónica

A continuación se muestra la fórmula electrónica que muestra la distribución de electrones en un átomo por subnivel de energía:

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 .

También muestra que el fósforo pertenece a los elementos de la familia p, así como el número de electrones de valencia: hay 5 electrones en el nivel de energía exterior (3s 2 3p 3).

Ejemplos de resolución de problemas

EJEMPLO 1

Ejercicio	Determinar la fórmula molecular de una sal con una masa molar inferior a 300, en la que las fracciones masivas de nitrógeno, hidrógeno, cromo y oxígeno son 11,11%; 3,17%; 41,27% y 44,44% respectivamente.
Solución	La fracción de masa del elemento X en una molécula de composición NX se calcula mediante la siguiente fórmula: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Denotemos el número de átomos de nitrógeno en la molécula con "x", el número de átomos de hidrógeno con "y", el número de átomos de cromo con "z" y el número de átomos de oxígeno con "k". Encontremos las masas atómicas relativas correspondientes de los elementos hierro y oxígeno (redondearemos los valores de las masas atómicas relativas tomados de la tabla periódica de D.I. Mendeleev a números enteros). Ar(norte) = 14; Ar(H) = 1; Ar(Cr) = 52; Ar(O) = 16. Dividimos el contenido porcentual de elementos en las masas atómicas relativas correspondientes. Así encontraremos la relación entre el número de átomos en la molécula del compuesto: x:y:z:k = m(N)/Ar(N) : m(H)/Ar(H) : m(Cr)/Ar(Cr) : m(O)/Ar(O); x:y:z:k= 11.11/14:3.17/1:41.27/52: 44.44/16; x:y:z:k= 0,79: 3,17: 0,79: 2,78 = 1: 4: 1: 3,5 = 2: 8: 2: 7. Esto significa que la fórmula más simple para el compuesto de nitrógeno, hidrógeno, cromo y oxígeno es N 2 H 8 Cr 2 O 7 o (NH 4) 2 Cr 2 O 7. Este es dicromato de amonio.
Respuesta	(NH4)2Cr2O7

EJEMPLO 2

Ejercicio	Como resultado de la combustión de un compuesto orgánico que contiene oxígeno en exceso de aire, se recogen 1,584 g de dióxido de carbono y 0,972 ml de agua. La densidad de vapor de este compuesto en el aire es 1,5865. Deducir la fórmula química de un compuesto si contiene dos radicales del mismo nombre.
Solución	Dibujemos un diagrama de la reacción de combustión de un compuesto orgánico, designando el número de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno como “x”, “y” y “z”, respectivamente: C x H y O z + O z →CO 2 + H 2 O. Determinemos las masas de los elementos que componen esta sustancia. Valores de masas atómicas relativas tomados de la Tabla Periódica de D.I. Mendeleev, redondea a números enteros: Ar(C) = 12 uma, Ar(H) = 1 uma, Ar(O) = 16 uma. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO 2)×M(C) = /M(C); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H2O)×M(H) = ×M(H); metro(H) =. Calculemos las masas molares de dióxido de carbono y agua. Como se sabe, la masa molar de una molécula es igual a la suma de las masas atómicas relativas de los átomos que componen la molécula (M = Mr): M(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 g/mol; M(H 2 O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 g/mol. m(C) = /12 = 0,432 g; metro(H) = = 0,108 g. La masa molar de una sustancia orgánica se puede determinar mediante su densidad del aire: M sustancia = M aire × D aire; Sustancia M = 29 × 1,5862 = 46 g/mol. Encontremos la cantidad de átomos de carbono e hidrógeno en el compuesto: x:y = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H); x:y = 0,432/12:0,108/1; x:y = 0,036: 0,108 = 1: 3. Esto significa que la fórmula más simple del radical hidrocarbonado de este compuesto es CH 3 y una masa molar de 15 g/mol. Esto significa que el oxígeno representa, lo cual es imposible. Teniendo en cuenta la condición del problema sobre dos radicales del mismo nombre 2×M(CH 3) = 2×15 = 30 g/mol, encontramos que el oxígeno representa , es decir el compuesto orgánico que contiene oxígeno tiene la forma CH 3 -O-CH 3 . Esta es acetona (dimetilcetona).
Respuesta	CH3-O-CH3

ESTRUCTURA DEL ÁTOMO DE FÓSFORO

El fósforo se ubica en el período III, en el grupo 5 del subgrupo principal “A”, bajo el número de serie No. 15. Masa atómica relativa Ar (P) = 31.

P+15) 2) 8) 5

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 3, fósforo: p – elemento, no metálico

Entrenador número 1. "Características del fósforo por posición en la tabla periódica de elementos de D. I. Mendeleev"

Las posibilidades de valencia del fósforo son más amplias que las del átomo de nitrógeno, ya que el átomo de fósforo tiene orbitales d libres. Por lo tanto, puede ocurrir el emparejamiento de electrones 3S 2 y uno de ellos puede moverse al orbital 3d. En este caso, el tercer nivel de energía del fósforo tendrá cinco electrones desapareados y el fósforo podrá exhibir valencia V.

En estado libre, el fósforo forma varios átomos.modificaciones comunes: fósforo blanco, rojo y negro

"El fósforo blanco brilla en la oscuridad"

El fósforo está presente en las células vivas en forma de ácidos orto y pirofosfóricos y forma parte de nucleótidos, ácidos nucleicos, fosfoproteínas, fosfolípidos, coenzimas y enzimas. Los huesos humanos están formados por hidroxiapatita 3Ca 3 (PO 4) 3 ·CaF 2. La composición del esmalte dental incluye fluorapatita. El hígado desempeña el papel principal en la transformación de compuestos de fósforo en el cuerpo de humanos y animales. El metabolismo de los compuestos de fósforo está regulado por hormonas y vitamina D. La necesidad humana diaria de fósforo es de 800 a 1500 mg. Con la falta de fósforo en el cuerpo, se desarrollan diversas enfermedades óseas.

TOXICOLOGÍA DEL FÓSFORO

· fósforo rojo prácticamente no tóxico. El polvo de fósforo rojo, cuando se inhala en los pulmones, provoca neumonía crónica.

· fósforo blanco Muy tóxico, soluble en lípidos. La dosis letal de fósforo blanco es de 50 a 150 mg. Cuando el fósforo blanco entra en contacto con la piel, provoca quemaduras graves.

La intoxicación aguda por fósforo se manifiesta por sensación de ardor en la boca y el estómago, dolor de cabeza, debilidad y vómitos. Después de 2-3 días, se desarrolla ictericia. Las formas crónicas se caracterizan por trastornos del metabolismo del calcio y daños a los sistemas cardiovascular y nervioso. Los primeros auxilios en caso de intoxicación aguda son lavado gástrico, laxantes, enemas de limpieza y soluciones intravenosas de glucosa. Para quemaduras en la piel, trate las áreas afectadas con soluciones de sulfato de cobre o bicarbonato de sodio. La concentración máxima permitida de vapores de fósforo en el aire es de 0,03 mg/m³.

OBTENCIÓN DE FÓSFORO

El fósforo se obtiene a partir de apatitas o fosforitas como resultado de la interacción con coque y sílice a una temperatura de 1600 ° C:

2Ca 3 (PO 4) 2 + 10C + 6SiO 2 → P 4 + 10CO + 6CaSiO 3.

Los vapores de fósforo blanco resultantes se condensan en un receptor bajo el agua. En lugar de fosforitas, se pueden reducir otros compuestos, por ejemplo, ácido metafosfórico:

4HPO 3 + 12C → 4P + 2H 2 + 12CO.

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL FÓSFORO

oxidante	Agente reductor
1. Con metales: se forma un agente oxidante. fosfuros: 2P + 3Ca → Ca3P2 Experimento "Preparación de fosfuro de calcio" 2P + 3Mg → Mg3P2 . Los fosfuros se descomponenÁcidos y agua para formar gas fosfina. Mg 3 P 2 + 3H 2 SO 4 (p-p) = 2PH 3 + 3MgSO 4 Experimento "Hidrólisis de fosfuro de calcio" Propiedades de la fosfina- PH3 + 2O2 = H3PO4. PH 3 + ALTA = PH 4 I	1. El fósforo se oxida fácilmente con el oxígeno: "Quema de fósforo" "Fósforo blanco ardiendo bajo el agua" "Comparación de las temperaturas de ignición del fósforo blanco y rojo" 4P + 5O 2 → 2P 2 O 5 (con exceso de oxígeno), 4P + 3O 2 → 2P 2 O 3 (con oxidación lenta o con falta de oxígeno).
	2. Con no metales - agente reductor: 2P + 3S → P 2 S 3, 2P + 3Cl 2 → 2PCl 3. ! No interactúa con el hidrógeno. .
	3. Los agentes oxidantes fuertes convierten el fósforo en ácido fosfórico: 3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO; 2P + 5H 2 SO 4 → 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O.
	4. La reacción de oxidación también ocurre cuando se encienden cerillas, la sal de Berthollet actúa como agente oxidante: 6P + 5KClO 3 → 5KCl + 3P 2 O 5

APLICACIÓN DEL FÓSFORO

El fósforo es el elemento biogénico más importante y al mismo tiempo encuentra una aplicación muy amplia en la industria.

Quizás la primera propiedad del fósforo que el hombre ha puesto a su servicio sea la inflamabilidad. La inflamabilidad del fósforo es muy alta y depende de la modificación alotrópica.

Más químicamente activo, tóxico e inflamable. fósforo blanco (“amarillo”) Por eso se utiliza con mucha frecuencia (en bombas incendiarias, etc.).

fósforo rojo- la principal modificación producida y consumida por la industria. Se utiliza en la producción de cerillas; se aplica, junto con vidrio finamente molido y pegamento, a la superficie lateral de la caja; cuando se frota la cabeza de la cerilla, que contiene clorato de potasio y azufre, se produce la ignición. El fósforo rojo también se utiliza en la producción de explosivos, composiciones incendiarias y combustibles.

El fósforo (en forma de fosfatos) es uno de los tres elementos biogénicos más importantes y participa en la síntesis de ATP. La mayor parte del ácido fosfórico producido se utiliza para producir fertilizantes de fósforo: superfosfato, precipitado, etc.

TAREAS DE ASIGNACIÓN

N° 1. El fósforo rojo es la principal modificación producida y consumida por la industria. Se utiliza en la producción de cerillas; se aplica, junto con vidrio finamente molido y pegamento, a la superficie lateral de la caja; cuando se frota la cabeza de la cerilla, que contiene clorato de potasio y azufre, se produce la ignición.
La reacción ocurre:
P + KClO 3 = KCl + P 2 O 5
Ordene los coeficientes utilizando una balanza electrónica, indique el agente oxidante y el agente reductor, los procesos de oxidación y reducción.

No. 2. Realizar transformaciones según el esquema:
P -> Ca 3 P 2 -> PH 3 -> P 2 O 5
Para la última reacción PH 3 -> P2O5 Elaborar una balanza electrónica, indicar el agente oxidante y el agente reductor.

Numero 3. Realizar transformaciones según el esquema:
Ca 3 (PO 4 ) 2 -> P -> P 2 O 5

Se cree que el fósforo es un mineral que brilla en la oscuridad, que es venenoso e inflamable. Pero esto es sólo una parte de la verdad sobre este sorprendente elemento. El fósforo también puede ser diferente, con propiedades directamente opuestas.

¿Qué es el fósforo rojo?

El fósforo puede existir en varias variedades (formas alotrópicas), que difieren mucho en sus propiedades físicas y químicas. La razón de esto son las diferencias en la estructura. Por ejemplo, la red cristalina del fósforo blanco es molecular y la red cristalina del fósforo rojo es atómica. Gracias a ello, reacciona lentamente con otras sustancias y es estable en el aire en condiciones normales (el fósforo blanco se enciende en el aire). En total, se han encontrado más de veinte modificaciones en el fósforo, cuatro de las cuales son estables (fósforo blanco, rojo, negro y metálico), el resto son inestables.

El fósforo rojo es una sustancia muy interesante, un polímero inorgánico natural de fórmula (P 4)n y una estructura muy compleja de átomos unidos piramidales.

Las propiedades del fósforo rojo dependen en cierta medida de las condiciones de su producción. Al cambiar la temperatura, la luz y los catalizadores, es posible crear tipos de fósforo rojo con propiedades predecibles.

El descubridor del fósforo rojo es el austriaco A. Schrötter, quien lo obtuvo calentando una ampolla sellada con fósforo blanco y monóxido de carbono a una temperatura de +500 ° C.

Propiedades del fósforo rojo

El fósforo rojo se produce mediante el calentamiento prolongado de fósforo blanco a altas temperaturas (250-300 °C) sin acceso al aire. El color de la sustancia varía del rojo púrpura al violeta.

El fósforo rojo, a diferencia de su “hermano” más famoso, el fósforo blanco, es una sustancia sólida, no luminiscente y prácticamente insoluble en nada (ni en agua, ni en disolventes orgánicos, ni en disulfuro de carbono). No es tóxico, se enciende espontáneamente en el aire solo a una temperatura de +240-260 ° C (de hecho, no es el fósforo rojo el que se enciende, sino sus vapores, que, después de enfriarse, se convierten en fósforo blanco inflamable) .

La densidad del fósforo rojo es mayor que la del fósforo blanco y es igual a 2,0 - 2,4 g/cm3 (dependiendo de la modificación específica).

En el aire, el fósforo rojo absorbe la humedad y se oxida, convirtiéndose en óxido; Al continuar absorbiendo humedad, se convierte en ácido fosfórico espeso (“remojos”). En vista de esto, el reactivo debe sellarse herméticamente, evitando el acceso a la humedad del aire. Cuando se calienta, el fósforo rojo no se derrite, sino que se sublima (se evapora). Después de la condensación, el vapor de la sustancia se convierte en fósforo blanco.

Aplicaciones del fósforo rojo

El fósforo rojo es prácticamente no tóxico y mucho más seguro. en funcionamiento y almacenamiento que el fósforo blanco. Por lo tanto, en la producción industrial de fosfuros, fertilizantes que contienen fósforo y diversos derivados del ácido fosfórico, el fósforo rojo se utiliza con mayor frecuencia.

El propio fósforo rojo se utiliza principalmente para fabricar cerillas. Está incluido en la mezcla de “rejilla”, que se aplica a la caja. También se utiliza en lubricantes, composiciones incendiarias, combustibles y en la producción de lámparas incandescentes.

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FÓSFORO, P, elemento V del grupo del sistema periódico; peso atómico 31,03; no se encontraron isótopos de fósforo. En los compuestos, el fósforo puede ser trivalente y pentavalente. Su compuesto superior es el hidrógeno PH 3; con oxígeno da los óxidos P 2 O 3, P 2 O 4 y P 2 O 5. En términos de valencia y tipo de compuestos, el fósforo se parece al nitrógeno, pero en términos de propiedades (tanto el fósforo como sus compuestos) es completamente diferente del nitrógeno. Distribuido en la naturaleza y encontrado en casi todas las rocas en forma de inclusiones de cristales del mineral apatita. El fósforo se presenta en forma de acumulaciones de los minerales fosforitas y apatitas. La apatita rara vez se encuentra en grandes masas, y los colosales depósitos de este mineral en la tundra de Khibiny en la URSS son una excepción. Las fosforitas se conocen en Georgia, Florida, Carolina del Norte y del Sur, Tennessee, Argelia, Túnez y algunas islas del Gran Océano. La URSS es extremadamente rica en fosforitas, cuyos depósitos se conocen en la región de Moscú, los Urales, Kazajstán, Ucrania, la República de Chuvash, Podolia, el Cáucaso del Norte, etc. Minerales como la vivianita Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O y turquesa (Al 2 O 3) 2 P 2 O 5 ·5H 2 O son sales acuosas de ácido fosfórico. El fósforo es un componente indispensable, parte de los tejidos de los organismos vivos. Las proteínas que contienen fósforo y lecitina se encuentran en los músculos, los nervios y el cerebro. Los huesos contienen fósforo en forma de fosfato tricálcico.

El fósforo se puede obtener en varias formas alotrópicas. El fósforo blanco (ordinario, amarillo) es una sustancia vítrea transparente e incolora o pequeños cristales blancos; En su forma pura, el fósforo blanco sólo se puede obtener en la oscuridad, en ausencia de oxígeno y humedad. La destilación fraccionada o la cristalización fraccionada producen fósforo completamente puro, que rápidamente se vuelve amarillo con la luz. Este color amarillento se explica por la formación de una fina película de modificación roja en la superficie del fósforo. Con una exposición prolongada a la luz intensa, el fósforo común puede convertirse completamente en rojo. A 150°C, en ausencia de oxígeno, el fósforo ordinario se sublima sin cambiar de color. Para el fósforo blanco, se conocen dos modificaciones: α y β; el primero cristaliza en un sistema regular (gravedad específica 1,84), el segundo (fósforo ordinario), en un sistema hexagonal (gravedad específica 1,88). La transición de α-fósforo a β-fósforo se produce en las siguientes condiciones:

La dureza de Mohs del fósforo es 0,5. Su plasticidad aumenta al aumentar la temperatura. El fósforo fundido apenas moja el vidrio; tensión superficial 35,56 D/cm a 132,1°C y 43,09 D/cm a 78,3°C. Las gravedades específicas correspondientes del fósforo son 1,665 y 1,714. La compresibilidad del fósforo ordinario entre 100 y 500 atm es de 0,0000199 cm 2 /kg. El coeficiente de expansión del fósforo ordinario de 0°C a 40° = 0,000125, y su volumen a 44°C es 1,017 veces mayor que el volumen a 0°C. Capacidad calorífica del fósforo blanco (0-51°C) 0,183 cal/g; calor de fusión 5,03 cal/g. El peso de 1 litro de vapor de fósforo es de 2,805 g (Williamson). Su peso molar en el rango de temperatura de 313°C al rojo vivo oscila entre 128 y 119,8. Por tanto, la estructura de su molécula en este rango corresponde a P4. A altas temperaturas se disocia parcialmente en P 2 . En solución, su molécula corresponde a la fórmula P 4; el punto de fusión del fósforo ordinario es 44,5°C; se sublima lentamente a 40°C y se evapora a temperatura normal. La presión de vapor del fósforo sólido ordinario a 5°C es de 0,03 mm, a 40°C es de 0,50 mm. Solubilidad del fósforo en agua: 0,0003 g por 100 g de agua a 15°C. Varios disolventes disuelven aproximadamente fósforo (en 100 partes de disolvente): disulfuro de carbono 25, gasolina 1,5, aceite de almendras 1,00, ácido acético concentrado 1,00, éter 0,45, alcohol etílico (gravedad específica 0,822) 0,25, glicerina 0,17 horas. El hidrógeno es bien absorbido por fósforo, especialmente durante una descarga eléctrica. El hidrógeno es capaz de reaccionar con el fósforo in statu nascendi; el gas liberado ya no posee esta capacidad. El flúor reacciona a temperatura normal con el fósforo sin ignición, formando PF 3 en exceso de fósforo y PF 5 en exceso de flúor. El fósforo se combina energéticamente con el oxígeno, formando fósforo o anhídrido fosfórico, según la cantidad de reactivos. La hidroquinona, el azúcar, la glicerina y el ácido arsénico de sodio ralentizan la reacción de oxidación del fósforo. Cuando se combina con el oxígeno del aire, el fósforo se enciende, por lo que debe almacenarse bajo el agua. La temperatura de ignición del fósforo en el aire, en oxígeno o en aire diluido con un volumen igual de dióxido de carbono es de 45,0 a 45,2°C. La ignición del fósforo ordinario se ve favorecida por la rarefacción del aire y obstaculizada por la compresión. La presencia de ozono y humedad en la atmósfera aumenta la temperatura de ignición. En una atmósfera de disulfuro de carbono, la temperatura de ignición del fósforo es de 87°C, la trementina de 18°C; el fósforo se puede calentar sin ignición hasta 205°C si está en reposo; La más mínima agitación provoca la ignición ya a 45°C. El fósforo común se enciende en 20 segundos cuando se pone en contacto con aluminio amalgamado puro. El nitrógeno es absorbido por el fósforo, pero no reacciona con él. El fósforo blanco brilla en la oscuridad cuando entra en contacto con el oxígeno del aire. La intensidad del resplandor depende de la concentración de oxígeno. En oxígeno puro por debajo de 27°C, el fósforo no brilla ni se oxida. El fósforo blanco es venenoso y una dosis de 0,15 g es letal. Debido a la capacidad del fósforo para disolverse en grasas, en caso de intoxicación, los alimentos grasos y la leche son completamente inaceptables, ya que contribuyen a una mejor absorción del fósforo en el cuerpo.

El fósforo rojo es una modificación que difiere marcadamente del fósforo blanco en sus propiedades físicas y químicas. El fósforo rojo se forma a partir del fósforo ordinario haciendo pasar una descarga eléctrica a través de los vapores de este último. Calentando una solución de fósforo blanco en tribromuro de fósforo a una temperatura de 170-190°C, se obtiene el llamado variedad de frambuesa fósforo. Esta variedad tiene una estructura coloidal y es de transición entre el fósforo ordinario y el rojo; la presencia de triyoduro de fósforo acelera (3 veces) la reacción. Calentando fósforo ordinario con azufre o sulfuro y luego tratando la mezcla resultante con una solución acuosa de álcali o amoníaco, también se puede obtener fósforo rojo. En tecnología, el fósforo rojo se obtiene calentando fósforo ordinario sin acceso al aire a una temperatura de 240-250 ° C; la reacción va acompañada de la liberación de calor. El color del fósforo rojo varía según la temperatura de producción. A bajas temperaturas tiene una tonalidad carmesí, a altas temperaturas tiene una tonalidad violeta o violeta. El selenio acelera la transición del fósforo blanco al rojo. La separación de las impurezas de fósforo ordinario del fósforo rojo se realiza mediante tratamiento con disulfuro de carbono durante 50 horas a 250-260°C o con una solución alcalina de sodio al 10% durante 2 horas; También es posible lavar el fósforo con una mezcla de disulfuro de carbono y una solución de cloruro de calcio con un peso específico de 1,349-1,384. El fósforo común se disuelve en disulfuro de carbono y el fósforo rojo se deposita en una solución de cloruro de calcio. Se supone que las modificaciones blanca y roja del fósforo son químicamente diferentes; prueba de esta posición es que cuando se mezclan fósforo amarillo y rojo fundidos, no se observa ninguna transición del primero al segundo. Cuando se calientan entre 280 y 400°C, los vapores de fósforo rojo se condensan parcialmente formando el llamado. fósforo metálico. Cuando el vapor se enfría rápidamente, se forma parcialmente fósforo rojo y cuanto mayor es la temperatura antes de la solidificación, mayor es la cantidad. La superficie del receptor actúa catalíticamente para formar fósforo rojo. La duración del calentamiento no afecta el proceso, pero el enfriamiento debe ocurrir rápidamente. Existe la opinión (A. Stock) de que el fósforo rojo se forma como resultado de la combinación de moléculas de fósforo disociadas entre sí o con moléculas no disociadas y que la formación de moléculas P 4 de fósforo amarillo es relativamente más lenta que la formación de rojo. moléculas de fósforo. La condensación del fósforo rojo desde el estado de vapor no depende de la presencia de fósforo amarillo líquido. El fósforo rojo, obtenido enfriando vapores a una temperatura de 1200 ° C y una presión de 5 mm, no contiene más del 1% de fósforo amarillo; de ello se deduce que las moléculas P 2 y P 4 participan en la formación del fósforo rojo. Es posible que esta formación se produzca según la ecuación mP 2 + nP 4 = P 2 m+4 n. Hay sugerencias de que el fósforo fundido contiene moléculas de fósforo amarillo P 4 y moléculas de fósforo rojo P n en equilibrio:

Por encima del punto de fusión del fósforo rojo (592,5°C, según otras fuentes 589,5°C), la mayoría de las moléculas se encuentran en forma de P 4, de modo que con un enfriamiento rápido se forma una variedad blanca, pero un enfriamiento lento permite un cambio. del equilibrio hacia la derecha, y Cuando se endurece, se libera fósforo rojo. El peso específico del fósforo rojo oscila entre 2,05 y 2,3, lo que nos obliga a considerarlo como una mezcla de dos modificaciones. Se supone que el fósforo rojo tiene una estructura cristalina monoclínica. La compresibilidad del fósforo rojo (entre 100 y 500 atm) es de 0,0000092 cm 2 /kg; El punto de fusión del fósforo rojo depende de la velocidad de calentamiento y fluctúa dentro de ±0,5°C. La presión de vapor del fósforo rojo a 230°C es 0 mm, a 360°C - 0,1 mm, a 500°C - 9 atm. El fósforo rojo es insoluble en disulfuro de carbono. El fósforo rojo obtenido mediante liberación de calor contiene menos energía y es significativamente menos activo que el fósforo blanco. El fósforo rojo no es venenoso, no se enciende en el aire, por lo que almacenarlo no es tan peligroso. El fósforo rojo se enciende al impactar. Hittorf afirma que la transición del fósforo rojo al amarillo no se observa a una temperatura de 320 °C, pero este último se forma a 358 °C. En un tubo sellado, el fósforo rojo es estable a temperaturas de 450 a 610°C.

Fósforo cristalino o violeta Tiene una estructura cristalina, los cristales son trigonales con una relación axial a:c = 1:1,1308. Se obtiene por cristalización a partir de plomo o bismuto fundidos, así como calentando fósforo blanco a una presión de 500 kg/cm 2 en presencia de sodio. Insoluble en disulfuro de carbono; gravedad específica del fósforo violeta 2,34; se sublima a 690,9°C; punto de fusión 589,5°C a una presión de 43,1 atm.

El fósforo negro (P. Bridgeman) se obtiene a partir de fósforo ordinario calentándolo a 216°C bajo una presión de 89 atm. Es insoluble en disulfuro de carbono; se enciende a una temperatura de 400°C y no se enciende por impacto; la temperatura de transición del fósforo rojo al negro es de 575°C; El fósforo rojo se vuelve negro cuando se calienta en una atmósfera de hidrógeno a 200°C y una presión de 90 atm (V. Ipatiev). Sólo 2 modificaciones tienen importancia técnica: el fósforo blanco (amarillo) y el rojo.

Obtención de fósforo. Por lo general, se prepara fósforo blanco que, si es necesario, se convierte posteriormente en una modificación roja. El material de partida para la producción de fósforo son las fosforitas: fosfato tricálcico natural, lo mejor de todo, ceniza de huesos. El proceso consiste en la reducción del fosfato mediante carbón o la acción del aluminio sobre metafosfato de sodio mezclado con sílice:

6NaPO3 +3SiO2 +10Al=3Na2 SiO3 +5Al2O3 +6P.

Se conocen 2 métodos para la producción industrial de fósforo: 1) el antiguo método Pelletier, que consiste en tratar el fosfato (harina de huesos) con ácido sulfúrico diluido, y el fosfato tricálcico se convierte en fosfato monocálcico:

Ca 3 (PO 4) 2 +2H 2 SO 4 =2CaSO 4 +Ca(H 2 PO 4) 2.

La solución de este último se separa del yeso (CaSO 2H 2 O), se evapora, se calcina con carbón y se obtiene metafosfato de calcio:

Ca(H 2 PO 4) 2 =2H 2 O+Ca(PO 3) 2,

que, fuertemente calcinado, da fósforo, fosfato tricálcico y monóxido de carbono:

ZCa(PO3)2+10C=Ca3(PO4)2+4P+10CO.

Según el método Wöhler se parte directamente del fosfato tricálcico:

2Ca 3 (PO 4) 2 +6SiO 2 +10C=6CaSiO 3 +10CO+4P.

Este proceso requiere altas temperaturas y comenzó a utilizarse sólo con la introducción de los hornos eléctricos. También existe un método para producir fósforo a partir de ácido fosfórico libre mezclado con carbón mediante corriente eléctrica. Académico en la URSS. E.V. Britske desarrolló un método para producir fósforo en altos hornos.

El producto comercial siempre contiene trazas de arsénico, compuestos de silicio y carbono. Las impurezas mecánicas se eliminan mediante filtración o, mejor aún, mediante redestilación. La transformación del fósforo blanco en rojo se realiza a una temperatura de 260°C; la disminución de la presión ralentiza la reacción; la iluminación acelera el proceso; Los catalizadores (yodo, selenio) también tienen efecto.

Determinación analítica de fósforo.. El vapor de fósforo actúa sobre el papel mojado empapado en nitrato de plata, provocando su ennegrecimiento. La negrura es causada por la formación de fósforo y metales. plata . La reacción se produce en 2 etapas. Al reaccionar con el agua, el fósforo forma fosfuro de hidrógeno y ácido hipofosforoso:

P4 +6H2O=ZN3RO2 +RN3.

Los compuestos resultantes de la reacción actúan sobre el nitrato de plata:

H 3PO 2 +2H2O+4AgNO3 =4HNO 3 +H 3PO 4 +4Ag;

PH 3 +3AgNO 3 =3HNO 3 +PAg 3.

Esta reacción es aplicable para descubrir fósforo blanco solo en ausencia de H 2 S, AsH 3, SbH 3, así como de aldehído fórmico y ácido fórmico. El descubrimiento del fósforo venenoso (según Mitscherlich) se basa en la capacidad del fósforo de brillar en el aire húmedo en la oscuridad. La sustancia triturada en la que se supone que se encuentra el fósforo se coloca en un matraz conectado a un frigorífico. Se vierte tanta agua en el matraz para obtener una suspensión líquida y el contenido del matraz se neutraliza con ácido tartárico hasta una reacción ligeramente ácida. Cuando el matraz se calienta en la oscuridad, una cantidad insignificante de fósforo (varios mg) ya provoca un brillo en el frigorífico. Dado que el fenómeno del resplandor también puede ser causado por la presencia de sulfuro de fósforo después de su descomposición durante el calentamiento, se recomienda calentar el matraz no directamente, sino pasando vapor de agua. El brillo del fósforo no se observa en presencia de trazas de amoníaco, disulfuro de carbono, vapores de alcohol, aceites esenciales e hidrocarburos insaturados, por lo que no se debe detener la destilación demasiado pronto. Si no se observa brillo, el filtrado se oxida con agua con cloro, se evapora en un baño de agua hasta un pequeño volumen y se realiza una prueba de ácido fosfórico. El brillo del fósforo también se puede observar en un matraz calentando primero el líquido hasta que hierva, luego enfriándolo un poco y calentándolo nuevamente hasta que hierva; 0,0171 mg de fósforo brillan muy claramente, 0,0085 mg - claramente, 0,0042 mg - débilmente y 0,001 mg - dudoso. El fósforo, reducido por hidrógeno in statu nascendi, da hidrógeno fósforo que, cuando se mezcla con hidrógeno, cuando se enciende a la salida de un tubo con punta de platino, arde con una llama verde esmeralda. Las sustancias orgánicas previenen la aparición de color y, por tanto, deberían hacerlo. apartado. El ácido nítrico oxida fácilmente el fósforo en ácido fosfórico:

ZR 4 +20NNO3 +8H2O=12H3RO4+20NUMERO 3.

El fósforo se determina cuantitativamente después de oxidación en ácido fosfórico y precipitación en forma de MgNH 4 PO 4 .

Solicitud. El fósforo es uno de los elementos sin los cuales es imposible el correcto desarrollo de los organismos vegetales y animales. Existe una relación directa entre el contenido de fósforo en el medio nutritivo y el crecimiento de las plantas. El fósforo, junto con el nitrógeno y el potasio, es el nutriente más importante que necesitan los cultivos agrícolas. plantas. Al ser retirado del campo junto con la cosecha de cereales, el fósforo no tiene un ciclo cerrado en su circulación y, por lo tanto, sin su introducción artificial en el suelo desde el exterior, se observa agotamiento del suelo. Los fertilizantes que contienen fósforo constituyen el grupo más grande. El fósforo se utiliza en la guerra como agente formador de humo y para llenar proyectiles incendiarios.