Phốt pho và các hợp chất của nó. Ứng dụng thực tế của các hợp chất photpho

2024 Tác giả: Angel Austin | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 05:46

Trong số các nguyên tố sinh học, cần có một vị trí đặc biệt cho phốt pho. Thật vậy, nếu không có nó, sự tồn tại của các hợp chất quan trọng như ATP hoặc phospholipid, cũng như nhiều chất hữu cơ khác, là không thể. Đồng thời, chất vô cơ của nguyên tố này rất phong phú với nhiều phân tử khác nhau. Phốt pho và các hợp chất của nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, là những thành phần quan trọng tham gia vào các quá trình sinh học và được sử dụng trong các lĩnh vực hoạt động khác nhau của con người. Do đó, hãy xem xét nguyên tố này là gì, chất đơn giản của nó là gì và các hợp chất quan trọng nhất.

Phốt pho: đặc điểm chung của nguyên tố

Vị trí trong bảng tuần hoàn có thể được mô tả ở một số điểm.

1. Nhóm thứ năm, phân nhóm chính.
2. Giai đoạn nhỏ thứ ba.
3. Số thứ tự - 15.
4. Khối lượng nguyên tử là 30, 974.
5. Cấu hình điện tử của nguyên tử 1s²2s²2p⁶3s 2^3p3.
6. Trạng thái oxy hóa có thể xảy ra từ-3 đến + 5.
7. Ký hiệu hóa học - P, cách phát âm trong công thức "pe". Tên của nguyên tố là photpho. Tên Latinh Phốt pho.

Lịch sử phát hiện ra nguyên tử này bắt nguồn từ thế kỷ XII xa xôi. Ngay cả trong hồ sơ của các nhà giả kim cũng có thông tin chỉ ra việc nhận được một chất "phát sáng" không xác định. Tuy nhiên, ngày chính thức cho việc tổng hợp và phát hiện ra phốt pho là năm 1669. Thương gia bị phá sản Brand trong lúc tìm kiếm viên đá của triết gia đã vô tình tổng hợp được một chất có khả năng phát ra ánh sáng và bùng cháy với ngọn lửa chói lòa. Anh ấy đã làm điều này bằng cách liên tục nung nước tiểu của con người.

Sau nó, độc lập với nhau, phần tử này được nhận theo những cách gần giống nhau:

• Tôi. Kunkel;
• R. Boyle;
• A. Margrave;
• K. Scheele;
• A. Lavoisier.

Ngày nay, một trong những phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp chất này là khử từ các khoáng chất chứa phốt pho tương ứng ở nhiệt độ cao dưới ảnh hưởng của carbon monoxide và silica. Quá trình được thực hiện trong các lò nung đặc biệt. Phốt pho và các hợp chất của nó là những chất rất quan trọng đối với sự sống và nhiều chất tổng hợp trong công nghiệp hóa học. Do đó, người ta nên xem xét nguyên tố này là một chất đơn giản và nó được tìm thấy ở đâu trong tự nhiên.

Phốt pho chất đơn giản

Thật khó để gọi tên một hợp chất cụ thể khi nói đến phốt pho. Điều này là do nhiềucác sửa đổi allotropic mà phần tử này có. Có bốn loại chính của phốt pho chất đơn giản.

1. Trắng. Đây là một hợp chất có công thức là Р₄. Nó là một chất dễ bay hơi màu trắng, có mùi khó chịu của tỏi. Nó tự bốc cháy trong không khí ở nhiệt độ bình thường. Bỏng với ánh sáng xanh lục nhạt phát sáng. Rất độc và nguy hiểm đến tính mạng. Hoạt tính hóa học rất cao, vì vậy nó được thu nhận và lưu trữ dưới một lớp nước tinh khiết. Điều này có thể xảy ra do khả năng hòa tan kém trong dung môi phân cực. Carbon disulfide và các chất hữu cơ là thích hợp nhất cho loại phốt pho trắng này. Khi đun nóng, nó có khả năng chuyển hóa thành dạng thù hình tiếp theo - photpho đỏ. Khi ngưng tụ và làm lạnh hơi có thể tạo thành các lớp. Khi sờ vào có dầu, mềm, dễ dàng cắt bằng dao, màu trắng (hơi ngả vàng). Điểm nóng chảy 44⁰C. Do hoạt động hóa học của nó, nó được sử dụng trong quá trình tổng hợp. Nhưng do tính độc hại của nó, nó không được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
2. Vàng. Nó là một dạng phốt pho trắng kém tinh khiết. Nó thậm chí còn độc hơn, nó cũng có mùi tỏi khó chịu. Bốc cháy và bùng cháy với ngọn lửa sáng màu xanh lục. Các tinh thể màu vàng hoặc nâu này hoàn toàn không hòa tan trong nước, khi bị oxy hóa hoàn toàn, chúng phát ra khói trắng với thành phần P₄O₁₀.
3. Phốt pho đỏ và các hợp chất của nó là cách biến đổi chất này phổ biến nhất và được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp. Khối màu đỏ nhão, dưới áp suất tăng lên có thểchuyển sang dạng tinh thể màu tím, không hoạt động về mặt hóa học. Nó là một polyme chỉ có thể hòa tan trong một số kim loại nhất định và không có gì khác. Ở nhiệt độ 250⁰С, nó thăng hoa, chuyển thành biến đổi màu trắng. Không độc hại như các hình thức trước đây. Tuy nhiên, nếu tiếp xúc lâu dài với cơ thể sẽ gây độc. Nó được sử dụng để phủ một lớp chống cháy lên các hộp diêm. Điều này được giải thích bởi thực tế là nó không thể tự bốc cháy, nhưng nó phát nổ (bốc cháy) trong quá trình biến tính và ma sát.
4. Đen. Theo dữ liệu bên ngoài, nó rất giống với than chì, khi chạm vào cũng có độ nhờn. Nó là một chất bán dẫn điện. Tinh thể sẫm màu, sáng bóng, hoàn toàn không thể hòa tan trong bất kỳ dung môi nào. Để nó bắt lửa, cần phải có nhiệt độ rất cao và sưởi ấm sơ bộ.

Một điều thú vị nữa là dạng phốt pho - kim loại được phát hiện gần đây. Nó là một chất dẫn điện và có mạng tinh thể lập phương.

Tính chất hóa học

Các tính chất hóa học của phốt pho phụ thuộc vào dạng nó ở dạng nào. Như đã đề cập ở trên, sự thay đổi màu vàng và trắng tích cực nhất. Nói chung, phốt pho có thể tương tác với:

• kim loại, tạo thành photphua và hoạt động như một chất oxy hóa;
• phi kim loại, hoạt động như một chất khử và tạo thành các hợp chất dễ bay hơi và không bay hơi các loại;
• chất oxy hóa mạnh, chuyển thành axit photphoric;
• với kiềm ăn da đậm đặc theo loạikhông cân xứng;
• với nước ở nhiệt độ rất cao;
• với oxy để tạo thành các oxit khác nhau.

Các tính chất hóa học của phốt pho tương tự như của nitơ. Rốt cuộc, anh ta là một phần của nhóm pnictogen. Tuy nhiên, hoạt động cao hơn một số cấp độ do sự đa dạng của các sửa đổi dị hướng.

Mang tính chất

Là một chất dinh dưỡng, phốt pho rất dồi dào. Tỷ lệ phần trăm của nó trong vỏ trái đất là 0,09%. Đây là một chỉ số khá lớn. Nguyên tử này được tìm thấy ở đâu trong tự nhiên? Có một số địa điểm chính để đặt tên:

• phần xanh của thực vật, hạt và trái cây của chúng;
• mô động vật (cơ, xương, men răng, nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng);
• vỏ;
• đất;
• đá và khoáng chất;
• nước biển.

Trong trường hợp này, chúng ta chỉ có thể nói về các hình thức liên quan, nhưng không nói về một chất đơn giản. Rốt cuộc, anh ta cực kỳ tích cực, và điều này không cho phép anh ta được tự do. Trong số các khoáng chất giàu phốt pho nhất là:

• tiếng Anh;
• fluorapaptite;
• svanbergite;
• photphorit và các loại khác.

Ý nghĩa sinh học của nguyên tố này không thể được đánh giá quá cao. Rốt cuộc, nó là một phần của các hợp chất như:

• protein;
• photpholipit;
• DNA;
• RNA;
• phosphoprotein;
• enzym.

Đó là, tất cả những gì quan trọng và từ đó toàn bộ sinh vật được xây dựng. Mức tiêu thụ hàng ngày cho một người lớn trung bình là khoảng 2 gam.

Phốt pho và các hợp chất của nó

Rất hoạt động, nguyên tố này tạo thành nhiều chất khác nhau. Rốt cuộc, nó cũng tạo thành photphua, và bản thân nó hoạt động như một chất khử. Do đó, rất khó để gọi tên một nguyên tố trơ khi phản ứng với nó. Vì vậy, công thức của các hợp chất photpho vô cùng đa dạng. Có một số lớp chất trong quá trình hình thành mà anh ấy là người tham gia tích cực.

1. Hợp chất nhị phân - oxit, photphua, hợp chất hydro dễ bay hơi, sunfua, nitrua và các hợp chất khác. Ví dụ: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3_{và những thứ khác.}
2. Phức chất: muối các loại (vừa, axit, bazơ, kép, phức), axit. Ví dụ: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca (H_{2 PO}4 ₎2_{, (NH}4 ₎2 HPO₄và các loại khác.
3. Hợp chất hữu cơ chứa oxy: protein, phospholipid, ATP, DNA, RNA và các hợp chất khác.

Hầu hết các loại chất được chỉ định đều có tầm quan trọng lớn trong công nghiệp và sinh học. Việc sử dụng phốt pho và các hợp chất của nó có thể được sử dụng cho cả mục đích y tế và sản xuất các đồ gia dụng khá thông thường.

Hợp chất với kim loại

Hợp chất kép của photpho với kim loại và phi kim kém âm điện hơn được gọi là photpho. Đây là những chất giống như muối, rất không ổn định khi tiếp xúc với các tác nhân khác nhau. Phân hủy nhanh chóng (thủy phân) gây ranước lã.

Ngoài ra, dưới tác dụng của axit không đậm đặc, chất này cũng bị phân huỷ thành các sản phẩm tương ứng. Ví dụ, nếu chúng ta nói về sự thủy phân của canxi photphua, thì các sản phẩm sẽ là hiđroxit kim loại và photphin:

Ca₃P₂+ 6H₂O=3Ca (OH) 2_{+ 2PH}3_↑

Và bằng cách cho photphua phân hủy dưới tác dụng của axit khoáng, chúng ta nhận được muối và photphin tương ứng:

Ca₃P₂+ 6HCL=3CaCL₂+ 2PH₃↑

Nói chung, giá trị của các hợp chất đang được xem xét nằm chính xác ở chỗ, kết quả là hợp chất hydro của photpho được hình thành, các tính chất của chúng sẽ được xem xét dưới đây.

Các chất dễ bay hơi dựa trên phốt pho

Có hai cái chính:

• phốt pho trắng;
• phosphine.

Chúng tôi đã đề cập đến cái đầu tiên ở trên và đưa ra các đặc điểm. Họ nói rằng đó là khói trắng dày, rất độc, có mùi hôi và tự bốc cháy trong điều kiện bình thường.

Nhưng phosphine là gì? Đây là chất bay hơi phổ biến và được biết đến nhiều nhất, bao gồm nguyên tố được đề cập. Nó là dạng nhị phân, và chất tham gia thứ hai là hydro. Công thức của hợp chất hydro của photpho là pH₃, tên là photphin.

Các đặc tính của chất này có thể được mô tả như sau.

1. Khí không màu dễ bay hơi.
2. Cực độc.
3. Nó có mùi như cá thối.
4. Không tương tác với nước và hòa tan rất kém trong đó. Hòa tan tốt trongđàn organ.
5. Trong điều kiện bình thường, rất dễ phản ứng.
6. Tự bốc cháy trong không khí.
7. Được tạo ra từ sự phân hủy của photphua kim loại.

Tên khác là Phosphane. Những câu chuyện từ xa xưa gắn liền với nó. Đó là tất cả về những "ngọn đèn lang thang" mà đôi khi người ta nhìn thấy và nhìn thấy bây giờ trong các nghĩa trang và đầm lầy. Những ngọn đèn hình cầu hoặc giống như ngọn nến xuất hiện ở đây, tạo cảm giác chuyển động, được coi là một điềm xấu và những người mê tín rất sợ chúng. Nguyên nhân của hiện tượng này, theo quan điểm hiện đại của một số nhà khoa học, có thể được coi là quá trình đốt cháy tự phát của phosphine, được hình thành tự nhiên trong quá trình phân hủy các tàn dư hữu cơ, cả thực vật và động vật. Khí bay ra và tiếp xúc với oxi trong không khí sẽ bốc cháy. Màu sắc và kích thước ngọn lửa có thể khác nhau. Thông thường, đây là những đèn sáng màu lục.

Rõ ràng, tất cả các hợp chất phốt pho dễ bay hơi đều là những chất độc rất dễ phát hiện bởi mùi khó chịu. Dấu hiệu này giúp tránh ngộ độc và những hậu quả khó chịu.

Hợp chất với phi kim

Nếu phốt pho hoạt động như một chất khử, thì chúng ta nên nói về các hợp chất nhị phân với phi kim loại. Thông thường, chúng có độ âm điện cao hơn. Vì vậy, chúng ta có thể phân biệt một số loại chất thuộc loại này:

• hợp chất của photpho và lưu huỳnh - photpho sunfua P₂S₃;
• phốtpho clorua III, V;
• oxit và anhydrit;
• bromua và iotua vànhững người khác.

Hóa học của phốt pho và các hợp chất của nó rất đa dạng, vì vậy rất khó để xác định được chất quan trọng nhất trong số chúng. Nếu chúng ta nói cụ thể về các chất được hình thành từ phốt pho và phi kim loại, thì oxit và clorua của các chế phẩm khác nhau có tầm quan trọng lớn nhất. Chúng được sử dụng trong tổng hợp hóa học như chất khử nước, chất xúc tác, v.v.

Vì vậy, một trong những chất làm khô mạnh nhất là oxit phốt pho cao nhất - P₂O₅. Nó hút nước mạnh đến mức khi tiếp xúc trực tiếp với nó, một phản ứng dữ dội xảy ra kèm theo tiếng ồn mạnh. Bản thân chất này là một khối giống tuyết trắng, gần với chất vô định hình hơn ở trạng thái tập hợp.

Hợp chất hữu cơ oxy hóa với phốt pho

Người ta biết rằng hóa học hữu cơ vượt xa hóa học vô cơ về số lượng các hợp chất. Điều này được giải thích bởi hiện tượng đồng phân hóa và khả năng của các nguyên tử cacbon tạo thành chuỗi các nguyên tử có cấu trúc khác nhau, kết nối với nhau. Đương nhiên, có một trật tự nhất định, đó là, một sự phân loại, mà tất cả các môn hóa học hữu cơ đều phải tuân theo. Các lớp kết nối là khác nhau, tuy nhiên, chúng tôi quan tâm đến một lớp cụ thể, liên quan trực tiếp đến phần tử được đề cập. Đây là những hợp chất chứa oxy với photpho. Chúng bao gồm:

• coenzyme - NADP, ATP, FMN, pyridoxal phosphate và những chất khác;
• protein;
• axit nucleic, vì phần dư axit photphoric là một phần của nucleotide;
• phospholipid và phosphoprotein;
• enzym và chất xúc tác.

Loại ion trong đóphotpho tham gia vào quá trình hình thành phân tử của các hợp chất này, phân tử tiếp theo là PO₄^3-, tức là nó là một dư axit của axit photphoric. Nó có trong một số protein dưới dạng nguyên tử tự do hoặc ion đơn giản.

Đối với hoạt động bình thường của mọi cơ thể sống, nguyên tố này và các hợp chất hữu cơ do nó tạo thành là vô cùng quan trọng và cần thiết. Thật vậy, nếu không có các phân tử protein, không thể xây dựng một bộ phận cấu trúc duy nhất của cơ thể. Và DNA và RNA là những chất mang và truyền thông tin di truyền chính. Nói chung, tất cả các kết nối phải có mặt mà không bị lỗi.

Sử dụng phốt pho trong công nghiệp

Việc sử dụng phốt pho và các hợp chất của nó trong công nghiệp có thể được đặc trưng ở một số điểm.

1. Được sử dụng trong sản xuất diêm, hợp chất nổ, bom cháy, một số nhiên liệu, chất bôi trơn.
2. Là chất hấp thụ khí và trong sản xuất đèn sợi đốt.
3. Để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn.
4. Trong nông nghiệp làm phân bón cho đất.
5. Làm chất làm mềm nước.
6. Trong tổng hợp hóa học để sản xuất các chất khác nhau.

Vai trò trong cơ thể sống bị giảm xuống tham gia vào quá trình hình thành men răng và xương. Tham gia vào các phản ứng dị hóa và dị hóa, cũng như duy trì tính đệm của môi trường bên trong tế bào và chất lỏng sinh học. Nó là cơ sở trong quá trình tổng hợp DNA, RNA, phospholipid.