Одним из самых распространенных простых веществ в земной коре является фосфор. В чистом виде не встречается, поскольку обладает высокой активностью и быстро реагирует. Часть живых организмов.

Строение

Фосфор находится в V группе, в третьем периоде таблицы Менделеева. Расположен под номером 15. Известны шесть изотопов фосфора, полученных искусственным путем.

Фосфор — элемент p-семейства. Атом фосфора состоит из положительно заряженного ядра +15 и 15 отрицательно заряженных электронов, расположенных в трех электронных оболочках. На внешнем энергетическом уровне расположены пять валентных электронов: 2 на s-орбитали, 3 на p-орбитали. В нормальном состоянии р-орбиталь остается неполной, а фосфор проявляет III валентность. В возбужденном состоянии электроны с s-орбитали переходят на р-орбиталь, а фосфор приобретает высшую валентность – V.

Фосфор

Рис. 1. Строение атома фосфора.

Электронная формула фосфора – 1s22s22p63s23p3.

Физические свойства

В обычных условиях фосфор постоянно находится в агрегатном состоянии. Это твердое кристаллическое вещество, нерастворимое в воде. Относительная атомная масса – 31 а.е.м., молярная масса – 30,9738 г/моль.

Фосфору свойственна аллотропия – способность видоизменяться. Модификации различаются физическими свойствами фосфора. Функции вида описаны в таблице.

Тип

температура плавления, °С

температура кипения, °С

ρ, г/см3

Характеристика

Белый

44

280

1823

Из-за примесей может иметь желтый цвет. Самая мягкая модификация, нарезанная ножом, со специфическим запахом. Молекула состоит из четырех атомов (Р4), расположенных в форме тетраэдра. На воздухе окисляется с тлением, воспламеняется при 40°С. Токсичен, имеет малые смертельные дозы (0,05-0,15 г)

Красный

593 под давлением 4,36 МПа

2.4

Это достигается путем нагревания белого фосфора в отсутствие воздуха и под действием ионизирующего излучения. Это полимер (Pn), состоящий из нескольких молекул P4. Нетоксичный, не светится. Подожгите при 210°С. В обычных условиях он не плавится, а сразу испаряется. Белый фосфор образуется из паров

Черный

1000 под давлением 18·105 Па

2,69

Это достигается длительным нагреванием белого фосфора при температуре 230°С под высоким давлением. Имеет металлический блеск. Выглядит как графит, жирный на ощупь. Нерастворим даже в органических растворителях. Имеет свойства полупроводника. Возгорается при предварительном нагреве до 500°C

Фосфор

Рис. 2. Модификации фосфора.

При обычных условиях фосфор имеет только три модификации. Однако под высоким давлением из чёрного фосфора можно получить металлический фосфор. Это самая плотная модификация (3,83 г/см3), проводящая электрический ток.

Химические свойства

Активность снижается при переходе от одной модификации к другой. Поэтому белый фосфор активен, металлический фосфор инертен.

Фосфор реагирует со многими простыми и сложными веществами. Функции химических свойств описаны в таблице.

Реакция

Характеристики

Уравнение

С кислородом

При избытке кислорода образуется оксид фосфора (V). Медленное окисление дает оксид фосфора (III

– 4Р + 5О2 → 2Р2О5;

– 4P + 3O2 → 2P2O3

С галогенами и неметаллами

Восстанавливает

– 2P + 3Cl2 → 2PCl3;

– Б + П → БП

С металлами

Окисляется. Образует фосфиды

3Мг + 2П → Мг3П2

С водой

Реагирует с водяным паром с образованием фосфина и фосфорной кислоты. Красный фосфор реагирует с теплом и катализатором с образованием фосфорной кислоты

– 8Р + 12Н2О → 5РН3 + 3Н3РО2;

– 2P + 8H2O → 2H3PO2 + 5H2

С кислотой

Связывается с водородом и заменяет неметаллы

2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O

Со щелочами

Образует фосфин

4P + 3KOH + 3H2O → PH3 + 3KH2PO2

Фосфор не взаимодействует со свободным водородом.

Значение

В природе фосфор встречается в виде солей и минералов. В частности, он входит в состав апатита.

В организме животных и человека фосфор выполняет структурную функцию. Это содержит:

  • белки;
  • ДНК;
  • АТФ;
  • фосфолипиды;
  • кость, нервная ткань, мышечная ткань.

Фосфор участвует в построении клеточной мембраны, в обмене веществ и в механизме сокращения мышц. Вместе с кальцием в виде фосфата кальция Ca3(PO4)2 придает прочность скелету.

Фосфор участвует в круговороте веществ. Основным источником фосфора являются растения, которые получают его из почвы. Фосфор попадает в почву в результате гниения. Специальные бактерии преобразуют органические вещества, содержащие фосфор, в фосфаты — неорганические соединения, которые усваиваются растениями.

Фосфор

Рис. 3. Фосфорный цикл.

Что мы узнали?

Фосфор — один из важнейших элементов неорганической химии, входящий в состав живых организмов. Электронная конфигурация – 1с22с22п63с23п3. Имеет переменную валентность — III и V. Это твердый неметалл, образующий три аллотропные формы — белый, красный и черный фосфор. Формы различаются по физическим и химическим свойствам. Наиболее активен белый фосфор, который окисляется на воздухе. Элемент реагирует с кислородом, металлами, неметаллами, галогенами, кислотами, водой и щелочами. Фосфор не реагирует с водородом.