Фосфор

15 Силиций ← Фосфор → Сяра N ↑ P ↓ As Периодична система
Външен вид
бял, бледожълт, свети на тъмно, червен, кафяв
Общи данни
Име, символ, №	Фосфор, P, 15
Химическа серия	Неметал
Група, период, блок	15, 3, p
Свойства на атома
Атомна маса	30,973761 u
Атомен радиус (calc)	100 (98) pm
Ковалентен радиус	106 pm
Радиус на ван дер Ваалс	180 pm
Електронна конфигурация	[Ne] 3s2 3p3
e- на енергийно ниво	2, 8, 5
Оксидационни с-ния (оксид)	3, 5, 4,
Физични свойства
Агрегатно състояние	Твърдо вещество
Плътност	kg/m³
Температура на топене	317,3 K (44,15 °C)
Температура на кипене	550 K (277 °C)
Моларен обем	17,02×10-3 m³/mol
Специф. топлина на топене	0,657 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение	12,129 kJ/mol
Скорост на звука	m/s при K
Други
Електроотрицателност	2,19 (скала на Полинг)
Специф. топлинен капацитет	769 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост	1,×10-9 S/m
Топлопроводимост	0,235 W/(m·K)
Йонизационен потенциал	kJ/mol

Фосфорът е химически елемент, който е означен с буквата P в периодичната система на елементите, а атомното му число е 15. Многовалентен неметал от групата на азота, фосфорът се съдържа в неорганичните фосфатни скали и във всички живи клетки, но никога не е единствен елемент — поне в естествени условия. Той е силно реактивен, блести слабо след реакция с кислород (оттук и името), среща се под различни форми, и е много важен елемент за живите организми. Под формата на фосфорна киселина той влиза в състава на нуклеиновите киселини, които играят важна роля при синтезните процеси в живата клетка. Солите на фосфорната киселина, главно калциевият фосфат, са основният градивен материал на костите на гръбначните животни. Големи количества фосфор се съдържат и в мозъчното вещество. Най-важната употреба на фосфора е в производството на торове. Също така той се използва широко при направата на експлозиви, фойерверки, пестициди, пасти за зъби и перилни препарати.

В организмите на животните най-много фосфор се съдържа в костите, мускулите и нервните тъкани. В организма на човека се съдържа средно около 1,5 кг фосфор, като 1,4 кг - в костите, 0,130 кг в мускулите и 12g - в нервите и мозъка.

Откриване

При търсене на философския камък немският аптекар и алхимик Хенниг Бранд (Hennig Brand), през 1669 г. при един от опитите си той нагрява остатъка от изпарена урина с въглища и пясък, и когато го оставя на тъмно той видял ,че съдържанието на колбата свети. Така той открил фосфора. Първо го нарича "студен огън", а после му дава името фосфор (от гръцки phosphóros - светоносен). През 1715 г. Хенсинг установява, че фосфор се съдържа в мозъка, а през 1769 г. Ю. Хан доказва, че в костите се съдържа голямо количество фосфор. Този факт по-късно се потвърждава и от шведския химик К. Шееле. Той получава фосфор от пепелта, която се образува при изгарянето на кости.

Прости вещества

P₄ молекула

При температура над 1000°C фосфорът дава двуатомни молекули, P₂, подобно на Азота. При по-ниски температури са типични четириатомни P₄ и полимерни P_2∞ молекули.

Полиморфни форми

Бял фосфор, молекулна кристална решетка от P₄ молекули. Термодинамично нестабилен, силно отровен. Разтваря се в серовъглерод. Бяло восъкоподобно вещество.

Червен фосфор, получава се от белия фосфор при престояване (или при нагряване в инертна среда). Аморфен червен прах, не се разтваря в серовъглерод, неотровен. При умерено нагряване на аморфен червен фосфор се получава кристална модификация, изградена от полимерни вериги от фосфорни атоми.

Черен фосфор - най-стабилната форма, получава се от бял фосфор при нагряване до 200°C и налягане 1,2 GPa.

Лилав фосфор

Кафяв фосфор

Дифосфор

Получаване

Основен метод за получаване е редукция на фосфорни минерали с въглища в присъствие на силициев триоксид:

2Ca₃(PO₄)₂ + 10C + 6SiO₃ → 6CaSiO₃ + P₄ + 10CO

или

4Ca₅(PO₄)₃F + 18SiO₂ + 30C → 3P₄ + 30CO + 18CaSiO₃ + 2CaF₂

Химични свойства

Активен неметал, реагира с кислород, халогени, сяра и много метали. Най-реактивоспособен е белият фосфор. С вода и минерални кисели не взаимодейства. При нагряване на бял фосфор с концентрирани разтвори на алкални основи се отделя фосфин

P₄ + 3NaOH + 3H₂O → PH₃ + 3NaH₂PO₂

Хидриди

PH₃ Фосфин - безцветен, силно отровен газ с миризма на риба. Т.т -133.8°C, т.к. -87.7°C.

Директното взаимодействие с водород:

2P + 3H₂ <-> 2PH₃ + Q; ΔH = -9.2kJ/mol

протича със забелижима скорост едва при температура 300°C, при която фосфина се разлага. Поради това PH₃ се получава индиректно, например:

Ca₃P₂ + 6H₂O → 3Ca(OH)₂ + 2PH₃

Оксиди

PO - Фосфорен (II) оксид, фосфорен оксид

2POBr₃ + 3Mg → 2PO + 3MgBr₂

P₄O₆ или P₂O₃ - Фосфорен (III) оксид, дифосфорен триоксид

P₄ + 3O₂ → P₄O₆ , при недостиг на кислород

P₂O₄ - Фосфорен (IV) оксид

4P₄O₆ → 6P₂O₄ + P₄ , нагряване над 210°C

P₄O₁₀ или P₂O₅ - Фосфорен (V) оксид, дифосфорен пентаоксид

P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀ , или

P₄O₆ + 2O₂ → P₄O₁₀ , хемилуминисценция - слаба, бледа светлина

P₂O₆ - Фосфорен пероксид

Хидроксиди

Хидроксидите на фосфора са дву- три- четири- и полиосновни средно силни киселини.

	Наименование	Структурна формула
H3PO2	Хипофосфориста киселина		2P4 + 3Ba(OH)2 + 6H2O → 2PH3 + 3Ba(H2PO2)2; Ba(H2PO2)2 + H2SO4 → 2H3PO2 + BaSO4
H4P2O6	Хипофосфорна киселина		H4P2O6 + H2O → H3PO3 + H3PO4
H3PO3 или H2(HPO3)	Фосфориста киселина		P4O6 + 6H2O → 4H3PO3
H3PO4	Фосфорна(Ортофосфорна) киселина		3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO
H4P2O7 или P2O5.2H2O	Дифосфорна(Пирофосфорна) киселина		2H3PO4 → H4P2O7 + H2O , нагряване до 215°C
H3PO5	Пероксимонофосфорна киселина
H4P2O8	Пероксидифосфорна киселина

Кръговрат на фосфора

Кръговратът на фосфора е по-различен от водния, въглеродния или азотния кръговрат, защото фосфорът се съдържа в утаечните скали, а не в атмосферата. Фосфорът е важна съставка на ДНК, на много молекули в живите клетки, и се съдържа в костите на гръбначните животни. Един по-малък и по-маловажен източник на фосфор е гуаното (животинския тор) на рибоядните морски птици. Кръговратът на фосфора е един от най-бавните.

Ерозията, причинена от дъжда и оттичащите се води на потоците, отстранява фосфора от фосфатната скала. Така почвата се захранва с фосфор, който е на разположение на растенията. Неорганичният фосфор се поглъща от корените на растенията и се използва за изграждането на органични съединения. Когато животните изяждат растенията, фосфорът се предава по веригата. Микроорганизмите разлагат мъртвите растителни и животински остатъци, минерализират ги и фосфора се връща обратно във водата и почвата в изходно положение. Когато морските растения и животни изхвърлят отпадъци или загинат, органичният фосфор затъва в океана. Кръговрата на фосфора е отворена система. Фосфорът в почвата се разтваря във вода, която пък се влива във водните басейни. Част от този фосфор се използва от планктон, който от своя страна се изяжда от рибите. Тези риби след това биват изяждани от морските птици, които отделят после гуано.