Фосфор

Фосфор

Д.И.Менделеев жасаған химиялық элементтердің периодтық жүйесінде фосфор ІІІ периодта, V топтың негізгі топшасында орналасқан. Салыстырмалы атомдық массасы — 31, реттік нөмipi—15.

Атом құрылысы. Фосфордың соңғы энергиялық қабатында бес электрон бар, оның үшеуі жұптаспаған:

+15Р )2g)8e)5e

Электрондык формуласы:

Is22s22p63s23p3

Фосфор қосылыстарында  -3,  +3,  +5  тотығу дәрежесін көрсетеді.

Азот пен фосфор электрондарының орбитальдарға орналасуына қарасақ, екеуінің ең сыртқы энергиялық деңгейшесіндегі электрон саны бірдей, ал период саны әр түрлі болатынына сәйкес олардың атом радиусындағы айырмашылықты көреміз. Фосфор атомының радиусы азоттан eкі еседей үлкен. Сол себепті бұлардың қасиеттерінде бipaз айырмашылықтар байкалады. Мысалы, фосфордың ұшқыш сутекті қосылысы фосфин РН3, азоттың ұшкыш сутекті қосылысы аммиаққа NH3 қарағанда тұрақсыз, ауада тез тотығып кететін зат.

Фосфорды 1669 ж. неміс химигі Х.Бранд ашқан.

Табиғатта кездесуі. Табиғатта фосфор тау жыныстары мен минералдарда қосылыс түрінде кездеседі. Мысалы, фосфорит және апатитте кальций фосфаты Са3(РО4)2 түрінде болады. Қазақстанда Жамбыл облысындағы Қаратау маңында фосфорит кенінде мол қоры бар екені 1935 жылдан белгілі. Қaзip Қаратау бассейні негізінде "Жаңатас байыту комбинаты" жұмыс  істейді. Ақтөбе облысында фосфорит кен орнын (Шилісай, т.б.) игеру жоспарланып отыр. Фосфорды өңдейтін заводтар Таразда, Шымкентте бар.

Азот тәрізді фосфор да, өсімдік пен жануар белогының нeriзгi құрам болады. Фосфор өсімдіктердің дәнінде, жануарлардың сүтінде, қанда, ми мен жүйке ұлпаларында кездеседі. Мысалы, ересек адамдардың сүйегінде 600 г, ет ұлпасында 56 г, жүйке жүйесінде 5 г-га дейін фосфор болады.

Барлық сүтқоректілердің cүтiндeгi құрамында фосфор Са3(РО4)2 немесе ЗСа3(РО4)2-СаСО3-Н2О түрінде болады. Осындай фосфаттар сүтқоректілер қанқасына беріктік қасиетін береді. Жануарлар мен адамдар фосфорды өсімдік арқылы қабылдайды. Фосфор қосылыстары тіршіліктегі барлық зат алмасу процестеріне катысады.

Алынуы. Бос күйіндегі фосфорды алу үшін табиғи фосфатты электрлегенде кремний (IV) оксидд мен көмірді қосып, ауасыз қыздырады. Бөлінген фосфорды су астында ақ фосфор Р4 түрінде бөліп алады. Реакция теңдеуі:

2Са3(РО4)2 + 6SiO2 + ЮС = Р4 + 6CaSiO3 + ЮСОТ

Физикалық қасиеттері. Фосфор элементі жай зат ретінде бірнеше аллотропиялық түр өзгеріп түзеді. Оның маңыздылары — ақ және қызыл фосфор, ал қара фосфор аз кездеседі. Төмендегі кестеде ақ және қызыл фосфордың касиеттері салыстырмалы түрде берілген.

 

6-кесте

Ақ және қызыл фосфордың негізгі қacиеттері

Ақ фосфор	Қызыл фосфор
1. Ақ түсті кристалл зат, тығыздығы 1,83 г/см3.	1. Аморфты зат, кристалл  емес, тығыздығы 2,20 г/см3.
2.Қаранғыда жарқырайды.	2. Қаранғыда жарқырамайды.
3. Квдамп жағдайда 30 — 40С темпера-турада ауадағы оттекпен тотығады.	3. Ауадағы оттекпен 260°С-та тотығады.
4. От алғыш қауіптілігіне байланысты су астында сақтайды.	4. Отқа қaуіпті емес. Қыздырғанда отталады.
5. Суда ерімейді, күкірткөміртекте ериді	5. Суда да, күкірткөміртекте де ерімейді.
6. Өте кауіпті, улы!	6. Улы емес.
7. 44°С-та балқиды, 280°С-та қайнайды.	7. 400°С-та балқиды.

ЗС12 = 2РС13 5С12 = 2РС15

Химиялық қасиеттері. Фосфор тотықтырғыш (азоттан төмен) және тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді. Тотықсыздандырғыш ретінде оттекпен және белсенді бейметалдармен реакцияға түседі.

1. Фосфор оттекте жанып пентаоксид түзеді:

4Р + 5О2=2Р2О5

*1. Реакция жағдайына байланысты фосфор хлормен (70°С) әрекеттесіп, фосфор трихлоридін РС13 және 300°С-та фосфор пентахлоридін РС15 түзеді:

2Р+3Cl 2=2P Cl 3

2Р+5Cl 2=2P Cl 5

2. Фосфор сутекпен әрекеттесіп, фосфин РН3 түзеді:

2Р + ЗН2 = 2РН3

Фосфин РН3 — түссіз, ерекше иici бар, өте улы зат. Аммиакқа қарағанда негіздік қасиеті әлсіз.

3. Шырпының басына жанғыш  заттар — күкірт пен бертолле  тұзынын қоспасы жағылады. Қораптың  жақтауына қызыл фосфор мен  шыны ұнтақ желіммен отырғызылады. Шырпынын басын қорапқа үйкегенде қызыл фосфор бертолле тұзынан от алып тез тұтанады. Реакция тендеуі:

5КClO3 + 6 Р = 5КС1- + 3 Р2О5

2. Фосфор металдармен  фосфидтер түзе ерекеттеседі:

ЗСа + 2Р = Са3Р2

             кальций фосфиді

3Zn+2P=Zn3P2

              мырыш фосфиді

Мырыш фосфиді — зиянкес кетрупплермен күресуде қолданылатын препарат.

Қолданылуы. Қызыл фосфор пиротехникада және фосфор қышқылын алуға пайдаланылады.

Фосфордың ақ және қызыл түр өзгеpici бар. Ақ фосфор химиялық белсенді болып келеді. Сондықтан ақ фосфорды қараңғыда су астында сақтайды. Қызыл фосфор cipiңкe өндіруде, пиротехникада колданылады. Фосфор жай және күрделі заттармен әрекеттеседі.

Қазақстанда Қаратау бассейніндегі фосфориттен фосфор өндіріледі. Фосфор шикізатының тағы бip қоры Ақтөбе облысында бар.

Фосфордың оттекпен қосылыстары

Фосфор (V) оксиді Р2О5 — ақ түсті ұнтақ зат. Кәдімгі жағдайда ылғал тартатын қасиетіне сәйкес оны газдар мен сұйықтарды ылғалдан құрғату үшін қолданады. Фосфор (V) оксиді Р2О5 қышкылдық қасиет көрсетіп, сумен және негіздік оксидтермен реакцияға түседі.

Фосфор қышқылы. Су мен фосфор (V) оксиді әрекеттескенде судың мөлшеріне қарай әр түрлі фосфор қышкылдарын түзететінін берілген реакция теңдеулерінен көруге болады:

Р2О5+H 2O =  2НРО3 метафосфор қышқылы  — 

Р2О5+2H 2O= Н4Р2О7 дифосфор қышқылы 

Р2О5+3H 2O  =  2Н3РО4 ортофосфор қышқылы

Фосфор қышқылдарының ішіндегі аса маңыздысы ортофосфор қышқылы Н3РО4, оны көбіне фосфор қышқылы деп атайды. Оның құрылымдық формуласы:

3Н - 3О - Р = О

Физикалық қасиеттері. Фосфор қышқылы — түссіз кристалды, улы емес зат. Суда жақсы ериді. Фосфор қышқылы Н3РО4 — орташа қышқыл қатарына жатады.

Алынуы.

1. Тәжірибеде фосфор (V) оксидіне  су қосып алады:

Р2О5+3H 2O  =  2Н3РО4 ортофосфор қышқылы

2. Өнеркәсіпте кальций  фосфатына күкірт қышқылын қосып  қыздыру арқылы алады:

Са3(РО4)2 + 3H2SO4 = 3CaS04 + 2Н3РО4

Ортофосфор қышқылының судағы epiтіндісі әлсіз қышқылдық қасиет көрсетеді.

Фосфор қышқылы суда ерігенде сатылап диссоциацияланады:

Н3РО4=Н+ Н 2РО4

                 дигидрофосфат ион

 Н2РО4=Н+ Н РО4

                      гидрофосфат ион

НРО4=Н+ Н РО4

                фосфат ион

Ортофосфор қышқылының алғашкы сатысына қарағанда келесі сатыларында иондарға ыдырау мүмкіндігі біртіндеп төмендейді. Сондықтан ерітіндіде баска иондарға қарағанда дигидрофосфат Н2РО4 ионы көбірек болады.

Химиялық қасиеттері. Фосфор қышқылы барлық басқа қышқылдарға тән қасиеттерді көрсетеді:

1. Негіздік оксидпен әрекеттескенде  ортофосфат түзіледі:

2Н3РО4 + ЗСаО = Са3(РО4)24 + ЗН2О

2. Ерітіндідегі фосфор қышқылы сілтімен сатылап әрекеттескенде үш қатар: орта және екі қышқыл тұз түзеді:

Н3РО4 + NaOH = NaH2PO4 + Н2О

натрий дигидрофосфаты

Н3РО4 + 2NaOH = NaHPO4 +2 Н2О

натрий гидрофосфаты

Н3РО4 + 3NaOH = Na 3PO4 + 3Н2О

қатты натрий фосфаты

3. Қышқыл аммиакпен әрекеттесіп, аммоний дигидрофосфатын түзеді:

Н3РО4+NH3 = NH4H2PO4

Фосфор қышқылының азот қышқылынан айырмашылығы, тотығу-тотықсыздану қасиетін көрсетпейді.

4. Табиғи фосфаттар суда  ерімейді. Оларды фосфор қышқылымен  өндеп ерімтал тұздарға айналдырады  да, тыңайтқыш ретінде пайдаланады. Мысалы:

Са3(РО4)2 + 4Н3РО4 = ЗСа(Н2РО4)2

                                              кальций дигидрофосфаты

Фосфат ионға РО4 сапалық реакция: күміс нитратының 3-4 мл ерітіндісін Н3РО4, Na3PO4 немесе Na2HPO4 ерітінділеріне тамызса сары түсті күміс (I) фосфаты тұнбаға түседі:

Н3РО4 + 3AgNO3 = 3HNO3 + Ag3P04

сары тұнба

P04+3Ag+= AgзРО4

Колданылуы. Фосфор қышқылы дәрі-дәрмек жасайтын өнеркәсіпте пайдаланылады. Кальций дигидрофосфаты Са(Н2РО4)2 нан өсіруде пайдаланатын және алкогольсіз сусындар алуға арналған ұнтақтар ретінде қолданылады. Ал сілті металдардың фосфаттарынан жуғыш заттар алынады. Фосфор қышқылы және оның тұздары көбінесе минералдық тыңайтқыш алуға жұмсалады.

Фосфор (V) оксиді ақ түсті, су тартқыш қасиеті бар қатты зат.

Ортофосфор қышқылы көп негізді қышқыл, ол қышқыл және орта тұздар түзеді. Қазақстанда табиғи фосфаттардың ipi бай кен орны бар. Табиғи фосфаттардан фосфор қышқылы мен тыңайтқыштар алынады.

Фосфор туралы қазақша реферат

 

Табиғатта таралуы және алынуы. Химиялық активтігі азотқа қарағанда жоғары болғандықтан фосфор табиғатта бос күйде кездеспейді. Ол жер қыртысында 200-ге жуық минералдар тұзеді, солардың ішінде практикалық маңыздыларына кальций фосфаттары- фосфорит Ca3(PО)2, апатит Саз(РО4)2 Са(ҒС1)2 жатады. Фосфор барлық тірі организмдердің - өсімдіктің, жануардың, адамның белогынын, құрамына кіреді., Мысалы, ересек адамның қанқасында 600 г, еттерінде 56 г, миында 5 г фосфор болады. Академик A. E. Ферсман фосфорды «тіршілік және  ой элементі» деп атады.

 

 

Біздің елімізде фосфор кендерінің бай қоры бар. 1924 ж. академик А. Е. Ферсман Кола түбегінде апатиттың өте көп қорын ашты. Фосфориттың аса көп мөлшері Қаратауда ашылды.

 

Фосфорды арнаулы пештерде өте жоғары температурада фос-фориттен немесе апатиттен алады. Ол үшін пешке фосфорит, құм және кемір қоспасын сальш ертейді. Осы процесс кезінде фосфорит құммен әрекеттесіп кальций силикаты түріндегі иілак тұзеді:

 

Ca3(PO4)2 + 3SiO2 = 3CaSiO3 + P2O5

 

Реакцияның екінші сатысында фосфор (V) оксиді көмірмен то-тықсызданып фосфорға айналады:

 

Р205 + 5С° = 2Р + 5СО

 

Бұл екі сатыны біріктіріп реакцияның жиынтық теңдеуін жазамыз:

 

Ca3(PO4)2 + 5Co + 3SiO2 = 2P° + 5CO + 3CaSiO3

 

Фосфор бірнеше аллотропиялық түр өзгерістер тұзеді, оларға ақ, қызыл және қара фосфор жатады. Ақ фосфор қызыл фосфорды тез суытудың нәтижесінде тұзіледі, ол өте улы болады, ауада өздігінен жанады. Ақ фосфорды суда ерімейтін болғандықтан су астында сақтайды, оның молекуласы төрт атомнан тұрады.

 

Қызыл фосфор кызғылт қоңыр түсті болады, ақ фосфор ауа қатыстырмай қыздыру арқылы алынады. Ол усыз,ауада өздігінен тұтанбайтын тұрақты зат.

 

Қара фосфор ақ фосфорды 200°С температурада (12 000 атм қысымда) қыздыру арқылы алады.

 

Фосфор химиялық қасиеттері жағынан өте актив элементтердің қатарына жатады. Химиялық қосылыстарда фосфор 3 - , 3+, 5+ тотығу дәрежелерін көрсетеді.

 

Фосфор күшті бейметалдармен әрекеттесіп оңай тотығады, мысалы ол оттегімен әрекеттесіп оксидтер, хлормен әрекеттесіп хлоридтер тұзеді:

 

4Р + 3О2 = 2Р2О3;    4Р + 5О2 = 2Р2О6

 

2Р + 3С12 = 2РС13;   2Р + 5СІ2 = 2РС15

 

Фосфор тотықтырғыш кышқылдармен, пассив металдардың ион-дарымен әрекеттесіп ортофосфор қышқылына айналады:

 

Р° + 5HNO3 = Н3РО4 + 5NO2 + Н2О

 

2Р + 5H2SO4 = 2HРО4- 5SO2+ 2H2O

 

Р° + 5AgNO3 + 4Н2О = Н3РО4 + 5Ag + 5HNO3

 

Фосфор сілтілермен әрекеттесіп диспропорцияланады:

 

4Р° + 3NаОН + 3Н2О = 3NН2РО2 + 3РН3↓

 

Реакция нәтижесінде натрий гипофосфиты және фосфин тұзіледі. Фосфор тотықтырғыш ретінде металдармен әрекеттесіп фосфидтер деп аталатын заттар тұзеді, мысалы,

 

3Са + 2Р = Са3Р2

 

Фосфидтер сумен немесе қышқылдармен әрекеттесіп фосфордың сутегімен қосылысын фосфинді тұзеді:

 

Ca3P2 + 3H2SO4 = 3CaSO4+2PH3↑

 

Фосфин түссіз, улы, суда жақсы еритін газ. Ол өзінің химиялық қасиеттері жағынан аммиакқа ұқсас болады да суда еріткенде фосфоний гидроксидін, сілтіде еріткенде фосфоиий тұзын тұзеді.

 

РН3 + Н2О = РН4ОН РН3 + НС1 = РН4С1

 

Фосфин күшті тотықсыздандырғыштардың қатарына жататындықтан қыздырғанда ауада жанып кетеді, күшті тотықтырғыштардың әсерінен фосфор қышқылына дейін тотығады, мысалы

 

2PH3+4O2 = P2O5 = 3H2O

 

3PH3 + 4K2Cr2O7+16H2SO4=H3PO4 + 4Cr2(SO4)3 + 4K2SO4+16H2O

 

Фосфордың қолданылуы. Фосфордың көп мөлшері әр түрлі зиянды насекомдарға қарсы қолданылатын хлорофос, тиофос сияқты пестицидтер дайындауға жұмсалады. Қызыл фосфор негізінен сіріңкенің бүйір жағында болатын коңырқай қоспаньщ құрамына кіреді. Жанғыш снарядтар мен бомбаларды, түтш шымылдығын тұзетін гранатаны ақ фосформен толтырады. Фосфордың жартысына жуығы қазіргі кезде синтетикалық жуғыш заттар жасауға қолданылады.

Алынуы және қолданылуы. Фосфорды фосфавриттен алады. Оны көмірмен (кокспен) және құммен араластырып, 1500С электр пешінде қыздырады:

2Са (РО) +10С+6SiO =6CaSiO +P =10CO↑

Якция кезінде фосфор буы су астындағы қабылдағышта конденсацияланады.

Қызыл фосфордың бертолле тұзымен қоспасы әлсіз үикелісте немесе қысқанда тұтынады:

6Р+5КСI =5KCI+3P O

Сондықтан қызыл фосфорды, негізінен бұрынғы ақ фосфордың орнына сіріңке өндірісіне қолданады.

Фосфордан едәуір мөлшері зиянды жәндіктерді жою үшін пайданылатын әр түрлі фосфор органикалық препараттар өндірісіне жұмсалад. Фосфордың оттекті қосылыстар, фосфор қышқылы және оның тұздары кеңінен қолданады.

Ақ фосфор көп қолданылмайды. Оның жанатын және түтіндейтін снаряттарда пайдаланылады. Қара фосфор өте сирек қолданылады.

Фосфор оксидтері. Фосфор бірнеше оксидтер түзеді. Олардың ішіне маңыздылары: Р О және Р О . Олардың формуласын қысқартып, көбінесе Р О және Р О (алдындағылардың индекстерін 2-ге бөлген ) деп жазады.

Фосфор (III) оксиді Р О  балауыз тәрізді кристалдық масса, 22,5 С-та балқиды. Фосфор оттектің аз мөлшерінде жанғанда алынады. Күшті тотықсыздандырғыш, өте улы.

Фосфор (V) оксиді немесе фосфор ангидридінің маңызы үлкен.

Фосфор (V) оксиді немесе фосфор ангридриді Р О ақ, ылғал тартқыш ұнтақ, қыздырғанда бірден буланады, ауаның немесе оттектің артық мөлшерінде фосфор жанғанда алынады. Суды өте белсенді сіңіріп, не оны басқа қосылыстардан тартып алып, фосфор қышқылын түзеді.Фосфор ангидридінің бұл ерекшелігі оны газдар мен сұйықтардың тиімді кептіргіші ретінде кеңінен қолданылуға мүмкіндік береді.

Төменгі температурада Р О азот қышқылынан суды тартып алады:

Р О +2НNO = 2HPO +N O

Қышқылдық оксид болғандықтан негіздік оксидткрмен және гидрооксидтермен әрекеттеседі:

2ВаО+Р  ОһВа (РО )

6NaОН+Р  О=2NаРо +3Н О 

Фосфор қышқылы Кәдәмгі жағдайда Р О сумен әрекеттесіп, тетраметафосфор қышқылын түзеді (HPO ) (қысқартылған түрде көбінесе НРО деп жазады):

Р О +2Н О=(НРО )

Метафосфор қышқылының құрамы (НРО ) тен ерекшеленетін атап өту керек және олардың формуласын жалпы түрде (НРО) деп жазады. Метофосфор қышқылын судың артық мөлшерімен қайнатқанда орто фосфор қышқылы Н Р О түзіледі:

НРО +Н О=HPO

Н РО ті қыздырғанда дифосфор қышқылы Н Р О түзіледі: