18.8: Виникнення, підготовка та властивості фосфору

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22581

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть властивості, підготовку та використання фосфору

Промислове отримання фосфору полягає в нагріванні фосфату кальцію, отриманого з фосфатної породи, з піском і коксом:

\[\ce{2Ca3(PO4)2}(s)+\ce{6SiO2}(s)+\ce{10C}(s) \xrightarrow{Δ} \ce{6CaSiO3}(l)+\ce{10CO}(g)+\ce{P4}(g) \nonumber \]

Фосфор виганяється з печі і конденсується в тверде тіло або спалюється з утворенням П ₄ О ₁₀. Отримання багатьох інших сполук фосфору починається з Р ₄ О ₁₀. Кислоти і фосфати корисні як добрива і в хімічній промисловості. Інші види застосування - у виробництві спеціальних сплавів, таких як ферофосфор та фосфорна бронза. Фосфор важливий при виготовленні пестицидів, сірників та деяких пластмас. Фосфор - активний неметал. У сполуках фосфор зазвичай зустрічається в ступенях окислення 3−, 3+ та 5+. Фосфор проявляє номери окислення, незвичні для елемента групи 15 у сполуках, що містять фосфорно-фосфорні зв'язки; приклади включають тетрагідрид дифосфору, H ₂ P-PH ₂ та трисульфід тетрафосфору, P ₄ S ₃, проілюстрований на малюнку\(\PageIndex{1}\).

альт — Малюнок\(\PageIndex{1}\): P ₄ S ₃ є складовою частини головок ударно-де завгодно сірників.

Сполуки фосфору кисню

Фосфор утворює два загальних оксиду: оксид фосфору (III) (або гексаоксид тетрафосфору), P ₄ O ₆ і оксид фосфору (V) (або декаоксид тетрафосфору), P ₄ O ₁₀, обидва показані на рис\(\PageIndex{2}\). Оксид фосфору (III) - біле кристалічне тверде речовина з часниковим запахом. Його пари дуже отруйні. Він повільно окислюється на повітрі і запалюється при нагріванні до 70° С, утворюючи Р ₄ О ₁₀. Оксид фосфору (III) повільно розчиняється в холодній воді з утворенням фосфорної кислоти, H ₃ PO ₃.

Оксид фосфору (V), P ₄ O ₁₀, являє собою білий порошок, який отримують шляхом спалювання фосфору в надлишку кисню. Його ентальпія освіти дуже висока (−2984 кДж), і він досить стабільний і дуже поганий окислювач. Скидання Р ₄ О ₁₀ в воду виробляє шиплячий звук, тепло і ортофосфорну кислоту:

\[\ce{P4O10}(s)+\ce{6H2O}(l)⟶\ce{4H3PO4}(aq) \nonumber \]

Через велику спорідненість до води оксид фосфору (V) є відмінним сушильним агентом для газів і розчинників, а також для видалення води з багатьох сполук.

Фосфорні галогенні спо

Фосфор буде безпосередньо реагувати з галогенами, утворюючи тригалогени, PX ₃, і пентагалогени, PX ₅. Тригалогеніди набагато стабільніші, ніж відповідні тригалогеніди азоту; пентагалогеніди азоту не утворюються через нездатність азоту утворювати більше чотирьох зв'язків.

Хлориди PCl ₃ і PCl ₅, обидва показані на малюнку\(\PageIndex{3}\), є найважливішими галогенідами фосфору. Трихлорид фосфору - безбарвна рідина, яка готується шляхом пропускання хлору над розплавленим фосфором. Пентахлорид фосфору - це брудно-біла тверда речовина, яка готується шляхом окислення трихлориду надлишком хлору. Пентахлорид підноситься при нагріванні і при нагріванні утворює рівновагу з трихлоридом і хлором.

Як і більшість інших неметалевих галогенідів, обидва хлориди фосфору реагують з надлишком води і отримують хлористий водень і оксикислоту: PCl ₃ дає фосфорну кислоту H ₃ PO ₃ і PCl ₅ дає фосфорну кислоту, H ₃ PO ₄.

Пентагалогеніди фосфору - кислоти Льюїса через порожніх валентних d орбіталів фосфору. Ці сполуки легко реагують з галогенідними іонами (основами Льюїса), щоб дати аніон\(\ce{PX6-}\). У той час як пентафторид фосфору є молекулярною сполукою у всіх станах, рентгенівські дослідження показують, що твердий пентахлорид фосфору є іонною сполукою\(\ce{[PCl4+][PCl6- ]}\), як і пентабромід фосфору,\(\ce{[PBr4+]}\) [Br ⁻] та пентайодид фосфору,\(\ce{[PI4+]}\) [I ⁻].

Резюме

Фосфор (група 15) зазвичай проявляє ступінь окислення 3− з активними металами та 3+ та 5+ з більшою кількістю електронегативних неметалів. Галогени і кисень будуть окислювати фосфор. Оксиди - оксид фосфору (V), P ₄ O ₁₀ та оксид фосфору (III), P ₄ O ₆. Два поширені способи отримання ортофосфорної кислоти, H ₃ PO ₄, - це або реакція фосфату з сірчаною кислотою, або реакція води з оксидом фосфору (V). Ортофосфорна кислота - це трипротова кислота, яка утворює три види солей.