Фосфор

 
Распространенность в природе. Массовая доля фосфора в земной коре составляет 0,08% . Важнейшими минералами фосфора, встречающимися в природе, являются фторапатит Ca5(PO4) 3F и фосфорит Ca3(PO4) 2 .
Свойства. Фосфор образует несколько аллотропных модификаций, которые заметно различаются по свойствам. Белый фосфор - мягкое кристаллическое вещество. Состоит из молекул P4 . Плавится при температуре 44,1° С . Очень хорошо растворим в сероуглероде CS2 . Черезвычайно ядовит и легко загорается.
При нагревании белого фосфора образуется Красный фосфор . Он представляет собой смесь нескольких модификаций, которые имеют различную длину молекул. Цвет красного фосфора в зависимости от способа и условий получения может меняться от светло-красного до фиолетового и темно-коричневого. Температура его плавления 585-600° .
Черный фосфор - наиболее устойчивая модификация. По внешнему виду он похож на графит. В отличие от белого фосфора красный и черный фосфор не растворяются в сероуглероде, они не ядовиты и не огнеопасны.
Фосфор химически более активен, чем азот. Химическая активность фосфора зависит от аллотропной модификации, в которой он находится. Так, наиболее активен белый фосфор, а наимнее активен черный фосфор.
В уравнениях химических реакций белый фосфор обычно записывают формулой P4 , которая соответствует составу его молекул. Красная и черная модификации фосфора обычно записываются формулой P . Этот же символ используют, если модификация неизвестна или может быть любой.
1 . Взаимодействие с простыми веществами - неметаллами. Фосфор может реагировать со многими неметаллами: кислородом, серой, галогенами, с водородом фосфор не реагирует. В зависимости от того, находится фосфор в избытке или недостатке, образуются соединения фосфора (III) и (V) , например:
2P + 3Br2 = 2PBr3 или 2P + 5Br2 = 2PBr5
2. Взаимодействие с металлами. При нагревании фосфора с металлами образуются фосфиды :
3Mg + 2P = Mg3P2
Фосфиды некоторых металлов могут разлагаться водой с образованием газообразного фосфина PH3 :
Mg3P2 + 6H2O = 3Mg(OH) 2 + 2PH3
Фосфин PH3 по химическим свойствам похож на аммиак NH3 .
3. Взаимодействие со щелочами. При нагревании белого фосфора в растворе щелочи он диспропорционирует:
0 -3 +1
P4 + 3NaOH + 3H2O = PH3 + 3NaH2PO2
Получение. Фосфор в промышленности получают из фосфата кальция Ca3(PO4) 2 , который выделяют из фосфоритов и фторапатитов. Метод получения основан на реакции восстановления Ca3(PO4) 2 до фосфора.
В качестве восстановителя соединений фосфора используют кокс (углерод) . Для связывания соединений кальция в реакционную систему добавляют кварцевый песок SiO2 . Процесс проводят в электопечах (производство относят к электротермическим) . Реакция протекает по уравнению:
2Ca3(PO4) 2 + 6SiO2 + 10C = 6CaSiO3 + P4 + 10CO
Продукт реакции - белый фосфор. Из-за наличия примесей технический фосфор имеет желтый цвет, поэтому в промышленности его называют желтым фосфором.
Фосфорные удобрения. Фосфор, так же как и азот, является важным элементом для обеспечения роста и жизнедеятельности растений. Растения извлекают фосфор из почвы, поэтому его запасы необходимо восполнять, периодически добавляя фосфорные удобрения . Фосфорные удобрения производят из фосфата кальция, который входит в состав природных фосфоритов и фторапатитов.
Простейшее фосфорное удобрение - фосфоритная мука представляет собой перемолотый фосфорит Ca3(PO4) 2. Это удобрение труднорастворимо, оно может усваиваться растениями только на кислых почвах.
Действием серной кислоты на фосфат кальция получают простой суперфосфат , основным компонентом которого является дигидрофосфат кальция Ca(H2PO4) 2 . Это - растворимое вещество, и оно хорошо усваивается растениями. Метод получения простого суперфосфата основан на реакции
Ca3(PO4) 2 + 2H2SO4 = Ca(H2PO4) 2 + 2CaSO4
Кроме основного компонента суперфосфат содержит до 50% сульфата кальция, который является балластом. Для повышения содержания фосфора в удобрении проводят обработку фосфорита фосфорной кислотой:
Ca3(PO4) 2 + 4H3PO4 = 3Ca(H2PO4) 2
Получаемое удобрение называется двойным суперфосфатом . Еще одно фосфорное удобрение с высоким содержанием фосфора - преципитат CaHPO4· 2H2O .
Высококонцентрированные фосфорные удобрения приготавливают на основе суперфосфорной кислоты - смеси полифосфорных кислот H4P2O7 , H5P3O10 , H6P4O13 и др. Эти кислоты образуются при нагреавнии фосфорной кислоты H3PO4 в вакууме.
При взаимодействии полифосфорных кислот с аммиаком образуются полифосфаты аммония, которые используются как комплексные азотно-фосфорные удобрения.
Вместе с азотом фосфор входит в состав некоторых других комплексных удобрений, например аммофоса NH4H2PO4 и диаммофоса (NH4) 2HPO4.
 
Литература:
И. Г. Хомченко ‘Общая химия’, М. ‘Химия’ 1987
Г. П. Хомченко ‘Химия для поступающих в ВУЗы’, М. ’Высшая школа’ 1994