Министерство  образования и науки Украины

Приазовский Государственный  Технический Университет

Механико - металлургического  техникума  
 
 
 

Реферат

по  химии на тему

«Фосфор и его соединения» 
 
 
 

                              Работу выполнил

студент ММТ ПГТУ

                                                     группы ЭСА 13/10

                                                     Журавлёв Николай  
 
 
 
 
 

                             г.Мариуполь

                              2010-12-09

 

 

План:

 

 

    Введение

      Пятая группа Периодической системы  включает два типических элемента                                   азот и  фосфор – и подгруппы мышьяка и ванадия. Между первым и вторым типическими  элементами наблюдается значительное различие в свойствах.

    В состоянии простых  веществ азот – газ, а фосфор – твердое вещество. Эти два  вещества  получили  большую  область  применения,  хотя  когда  азот впервые   был   выделен  из   воздуха  его   посчитали  вредным  газом,  а  на продаже фосфора удавалось заработать большое количество денег (в фосфоре ценили его способность светится в темноте).

    История открытия фосфора

    По  иронии судьбы фосфор открывался несколько раз. Причем всякий раз получали его из … мочи. Есть упоминания о том, что арабский алхимик Альхильд Бехиль (XII век) открыл фосфор при перегонке мочи в смеси с глиной, известью и углем. Однако датой открытия фосфора считается 1669 год. Гамбургский алхимик-любитель Хеннинг Бранд, разорившийся купец, мечтавший с помощью алхимии поправить свои дела, подвергал обработке самые разнообразные продукты. Предполагая, что физиологические продукты могут содержать «первичную материю», считавшейся основой  философского камня, Бранд заинтересовался человеческой мочей.

    Он  собрал около тонны мочи из солдатских казарм и выпаривал ее до образования  сиропообразной жидкости. Эту жидкость он вновь дистиллировал и получил  тяжелое красное «уринное   масло», которое перегонялось с образованием твердого остатка. Нагревая последний, без доступа воздуха, он заметил образование белого дыма, оседавшего на стенках сосуда и ярко светившего в темноте. Бранд назвал полученное им вещество фосфором, что в переводе с греческого означает «светоносец».

    Несколько лет «рецепт приготовления» фосфора  хранился в строжайшем секрете и  был известен лишь нескольким алхимикам. В третий раз фосфор открыл Р.Бойль  в 1680 году.

    В несколько модифицированном виде старинный  метод получения фосфора использовали и в XVIII столетии: нагреванию подвергали смесь мочи с оксидом свинца (PbO), поваренной солью (NaCl), поташом (K₂CO₃) и углем (C). Лишь 1777 году К.В.Шееле заработал способ получения фосфора из рога и костей животных.

    Природные соединения и получение фосфора

    По  распространенности в земной коре фосфор опережает азот, серу и хлор. В  отличие от азота фосфор, из-за большой  химической активности встречается  в природе только в виде соединений. Наиболее важные минералы фосфора - апатит Са₅Х(РО₄)₃ (Х - фтор, реже хлор и гидрооксильная группа) и фосфорит основой которого является Са₃(РО₄)₂. Крупнейшее месторождение апатитов находится на Кольском полуострове, в районе Хибинских гор. Залежи фосфоритов находятся в районе гор Каратау, в Московской, Калужской, Брянской областях и в других местах. Фосфор входит в состав некоторых белковых веществ, содержащихся в генеративных органах растений, в нервных и костных тканях организмов животных и человека. Особенно богаты фосфором мозговые клетки.

    В наши дни фосфор производят в электрических печах, восстанавливая апатит углем в присутствии кремнезема:

    Ca₃(PO₄)₂+3SiO₂+5C®3CaSiO₃+5CO­+P₂­.

    Пары  фосфора при этой температуре  почти полностью состоят из молекул  Р₂, которые при охлаждении конденсируются в молекулы Р₄.

    Химические  свойства

    Электронная конфигурация атома фосфора

    1S²2S²2P⁶3S²3P³3d⁰

    Наружный  электронный слой содержит 5 электронов. Наличием трех неспаренных электронов на внешнем энергетическом  уровне объясняет то, что в нормальном, невозбужденном состоянии валентность фосфора равна 3.

    Но  на третьем энергетическом уровне имеются  вакантные ячейки d-орбиталей, поэтому при переходе в возбужденное состояние 3S-электроны будут разъединяться, переходить на d подуровень, что приводит к образованию 5-ти неспаренных элементов.

    Таким образом, валентность фосфора в  возбужденном состоянии равна 5.

    В соединениях фосфор обычно проявляет степень окисления +5, реже +3, -3.

1. Реакции с  кислородом:

4P⁰ + 5O₂

2P₂⁺⁵O₅

(при  недостатке кислорода: 4P⁰ + 3O₂

2P₂⁺³O₃)

2. С галогенами  и серой:

2P⁰ + 3Cl₂ ® 2P⁺³Cl₃

P⁰ + 5S

P₂⁺⁵S₅

(галогениды  фосфора легко разлагаются водой,  например:

PCl₃ + 3H₂O ® H₃PO₃ + 3HCl 
PCl₅ + 4H₂O ® H₃PO₄ + 5HCl)

3. С азотной  кислотой:

3P⁰ + 5HN⁺⁵O₃ + 2H₂O ® 3H₃P⁺⁵O₄ + 5N⁺²O

4. С  металлами образует фосфиды, в  которых фосфор проявляет степень  окисления - 3:

2P⁰ + 3Mg ® Mg₃P₂^-3

(фосфид  магния легко разлагается водой  Mg₃P₂ + 6H₂O ® 3Mg(OH)₂ + 2PH₃ (фосфин))

3Li + P ® Li₃P^-3

5. Со щелочью:

4P + 3NaOH + 3H₂O ® PH₃­ + 3NaH₂PO₂

В реакциях (1,2,3) - фосфор выступает как восстановитель, в реакции (4) - как окислитель; реакция (5) - пример реакции диспропорционирования.

    Фосфор  может быть как восстановителем, так и окислителем.

    Заключение

1. Значение фосфора

    Фосфорная кислота имеет большое значение как один из важнейших компонентов питания растений. Фосфор используется растениями для построения своих самых жизненно важных частей - семян и плодов.

    Производные ортофосфорной кислоты очень  нужны не только растениям, но и животным. Кости, зубы, панцири, когти, иглы, шипы у большинства живых организмов состоят, в основном, из ортофосфата кальция. Кроме того, ортофосфорная кислота, образуя различные соединения с органическими веществами, активно участвуют в процессах обмена веществ живого организма с окружающей средой. В результате этого производные фосфора содержатся в костях, мозге, крови, в мышечных и соединительных тканях организмов человека и животных. Особенно много ортофосфорной кислоты в составе нервных (мозговых) клеток, что позволило А.Е. Ферсману¹, известному геохимику, назвать фосфор "элементом мысли". Весьма отрицательно (заболевание животных рахитом, малокровие, и др.) сказывается на состоянии организма понижение содержания в рационе питания соединений фосфора или введение их в неусвояемой форме.

2. Применение фосфора

    Применяют ортофосфорную кислоту в настоящее  время довольно широко. Основным ее потребителем служит производство фосфорных  и комбинированных удобрений. Для этих целей ежегодно добывается во всем мире фосфоросодержащей руды около 100 млн. т. Фосфорные удобрения не только способствуют повышению урожайности различных сельскохозяйственных культур, но и придают растениям зимостойкость и устойчивость к другим неблагоприятным климатическим условиям, создают условия для более быстрого созревания урожая в районах с коротким вегетативным периодом. Они также благоприятно действуют на почву, способствуя ее структурированию, развитию почвенных бактерий, изменению растворимости других содержащихся в почве веществ и подавлению некоторых образующихся вредных органических веществ.

    Немало  ортофосфорной кислоты потребляет пищевая промышленность. Дело в том, что на вкус разбавленная ортофосфорная  кислота очень приятна и небольшие ее добавки в мармелады, лимонады и сиропы заметно улучшают их вкусовые качества. Этим же свойством обладают и некоторые соли фосфорной кислоты. Гидрофосфаты кальция, например, с давних пор входят в хлебопекарные порошки, улучшая вкус булочек и хлеба.

    Интересны и другие применения ортофосфорной кислоты в промышленности. Например, было замечено, что пропитка древесины самой кислотой и ее солями делают дерево негорючим. На этой основе сейчас производят огнезащитные краски, негорючие фосфодревесные плиты, негорючий фосфатный пенопласт и другие строительные материалы.

    Различные соли фосфорной кислоты широко применяют  во многих отраслях промышленности, в  строительстве, разных областях техники, в коммунальном хозяйстве и быту, для защиты от радиации, для умягчения  воды, борьбы с котельной накипью и изготовления различных моющих средств.

    Фосфорная кислота, конденсированные кислоты  и дегидротированные фосфаты служат катализаторами в процессах дегидратирования, алкилирования и полимеризации углеводородов.

    Особое  место занимают фосфорорганические соединения как экстрагенты, пластификаторы, смазочные вещества, присадки к пороху и абсорбенты в холодильных установках. Соли кислых алкилфосфатов используют как поверхностно-активные вещества, антифризы, специальные удобрения, антикоагулянты латекса и др. Кислые алкилфосфаты применяют для экстракционной переработки урановорудных щелоков.