História fosforu, vlastnosti, štruktúra, získanie, použitie

On zápas Je to nemetalický prvok, ktorý predstavuje chemický symbol p a má atómové číslo 15. Predstavuje tri hlavné alotropné formy: biely, červený a čierny fosfor. Biely fosfor je fosforeskujúci, spaľuje spontánne, keď je vystavený vzduchu a je tiež veľmi jedovatý.

Biely fosfor pri 250 ° C teploty sa stáva červeným fosforom; polymérna forma, nerozpustná a ktorá nespáli vo vzduchu. Pri vysokých teplotách a tlakoch, ako aj v prítomnosti alebo nie katalyzátorov, sa získa čierny fosfor, ktorý sa podobá grafitu a je dobrým vodičom elektrickej energie.

Biely fosfor uložený vo fľaši s vodou. Zdroj: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Fosfor bol prvýkrát izolovaný H. Značka, v roku 1669. Na to, moč sa používa ako zdroj tohto prvku. V roku 1770, w. Scheele zistil, že môže tiež izolovať kosti fosforu.

Následne kvôli vytvoreniu elektrickej rúry J. Burgess Readman (1800), fosfátové horniny sa stali hlavným zdrojom produkcie fosforu z fluórapatitovej rudy, prítomné v nich, prítomné.

Fosfor je dvanásť hojnejších prvkov zemskej kôry a predstavuje 0,1% podľa hmotnosti. Okrem toho je to šiesty prvok v hojnosti v ľudskom tele; Hlavne sústredené v kostiach vo forme hydroxylapatitu.

Je preto nevyhnutným prvkom pre živé bytosti a stáva sa jednou z troch hlavných živín rastlín. Fosfor je súčasťou chemickej štruktúry nukleových kyselín; zlúčenín na skladovanie energie (ATP), koenzýmy; a vo všeobecnosti zlúčeniny metabolizmu.

[TOC]

História

- Objavenie

Moč

Joseph Wright of Derby Painting, kde ilustruje objav fosforu. Zdroj: Joseph Wright of Derby [Public Domain]

Fosfor bol izolovaný značkou Henning v roku 1669, keď bol prvým človekom, ktorý izoloval prvok. Značka bola nemecká alchymista z Hamburgu a podarilo sa jej získať zlúčeninu fosforu z moču. Aby to urobil, zhromaždil moč 50 vedier a dovolil mu rozložiť sa.

Značka potom odpala moč a získala načervený zvyšok, ktorý si zachoval niekoľko mesiacov. K tomu pridal piesok a zahrial sa, podarilo sa mu odstrániť plyny a oleje. Nakoniec získal bielu pevnú látku, ktorá žiarila v tme so zelenou farbou, ktorú nazval „studený oheň“.

Termín „fosfor“, náhodou pochádza z gréckeho slova „fosfor“, čo znamená nositeľ svetla.

Brand nezverejnila svoje experimentálne výsledky a predala ich niekoľkým alchymistom vrátane: Johann Kraft, Kunckel Lowenstern a Wilhelm Leibniz. Pravdepodobne niektorí z nich oznámili prácu značky na akadémii vied v Paríži, čím šírili svoje vyšetrovania.

Značka však v skutočnosti neizolovala fosfor, ale amoniakálny fosforečnan sodný [NH (NH (NH₄) Po₄]. V roku 1680 Robert Boyle zlepšil postup značky, prostredníctvom ktorého by mohol získať alotropnú formu fosforu (P₄).

V kosti

Johan Gottlieb Gahn a Carl Wihelm Scheele v roku 1769 založili, že v kosti je fosfor zlúčenina, fosforečnan vápenatý. Nešťastné kosti boli podrobené procesu trávenia so silnými kyselinami, ako je kyselina sírová.

Potom sa produkt trávenia zahrieval v oceľových nádobách s uhlím a uhlím, čím sa získal biely fosfor destiláciou v retorte. Kosti boli hlavným zdrojom, ktorý získal fosfor do roku 1840, keď ich na tento účel nahradil guano.

V guano

Guano je zmes vtákov vtákov a ich výrobky z rozkladu. V 19. storočí sa použil ako zdroj fosforu a hnojív.

- Priemyselný rozvoj

Fosfátové horniny sa používali v roku 1850 ako zdroj fosforu. Toto spolu s vynálezom elektrickej rúry na kalcináciu hornín od Jamesa Burgesa Readmana (1888) urobilo fosfatické skaly hlavnú surovinu výroby fosforu a hnojivá.

V roku 1819 boli zriadené továrne Cerrillas, ktoré začali priemyselný rozvoj fosforu.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Vzhľad

V závislosti od alotropnej formy môže byť bezfarebná, uzavretá biela, žltá, šarlátová, červená, fialová alebo čierna.

Atómová hmotnosť

30 973 u

Atómové číslo (z)

pätnásť

Bod topenia

Biely fosfor: 44,15 ° C

Červený fosfor: ~ 590 ° C

Bod varu

Biely fosfor: 280,5 ° C

Hustota (okolitá teplota)

Biela: 1 823 g/cm³

Červená: 2,2-2,34 g/cm³

Violet: 2,36 g/cm³

Čierna: 2,69 g/cm³

Fúzne teplo

Biely fosfor: 0,66 kJ/mol

Odparovanie

Biely fosfor: 51,9 kJ/mol

Molárna kalikára

Biely fosfor: 23,824 J/(mol.K)

Oxidačné stavy

-3, -2, -1, +1, +2, +3, +4 a +5

V závislosti od elektronegativity prvkov, s ktorými môže fosfor ukazovať oxidačný stav +3 alebo -3. Fosfor, na rozdiel od dusíka, má tendenciu reagovať výhodne s oxidačným stavom +5; Taký je prípad pentoxidu fosforu (P₂Ani₅ alebo p₂⁵⁺Ani₅²⁺).

Môže vám slúžiť: rozpustné materiály

Elektronegativita

2,19 v Paulingovej stupnici

Ionizačná energia

-Prvé: 1.101 kJ/mol

-Po druhé: 2.190,7 kJ/mol

-Tretie: 2.914 kj/mol

Tepelná vodivosť

Biely fosfor: 0,236 w/(m · k)

Čierny fosfor: 12,1 w/(m · k)

Ukazuje, ako čierny fosfor vedie takmer šesťkrát viac tepla ako biely fosfor.

Magnetický poriadok

Biele, červené, fialové a čierne zápasy sú diamagnetické.

Izotopy

Fosfor má 20 izotopov, ktoré sú hlavnými: ³¹P, jediný stabilný izotop s množstvom 100%; ³²P, emitor β izotop^- a s polovičným životom 14,28 dní; a ³³P, izotop β -emitor^- A s polovičným životom 25,3 dní.

Fosforescencia

Biely fosfor je fosforeskujúci a v tme emituje zelené svetlo.

Alotropné zmeny

Biely fosfor je nestabilný a zmení sa na teploty blízko 250 ° C do polymérneho tvaru známeho ako červený fosfor, ktorý sa môže meniť oranžový až fialový oranžový. Je to amorfná látka, ale môže sa stať kryštalickou; Nesie v tme alebo horí vo vzduchu.

Biely fosfor pri vysokých teplotách a tlakoch alebo v prítomnosti katalyzátorov sa transformuje do polymérnej formy inej ako červeného fosforu: čierny fosfor. Jedná sa o čiernu, inertnú kryštalickú látku, podobnú grafitu a ktorá má schopnosť vykonávať elektrinu.

Rozpustnosť

Biely fosfor čistý je nerozpustný vo vode, hoci môže byť solubilizovaný v sulfide uhlíka. Medzitým sú červené a čierne zápasy nerozpustné vo vode a sú menej prchavé ako biely fosfor.

Reaktivita

Fosfor spaľuje spontánne vo vzduchu za vzniku p₂Ani_5, A to môže zase reagovať s tromi molekulami vody za vzniku ortofosforečnej alebo kyseliny fosforečnej (H₃Po₄).

Pôsobením horúcej vody pochádza z fosfínu (pH₃) a fosforu oxacidy.

Kyselina fosforečná pôsobí na fosfované horniny spôsobujúce dihydrogén alebo superfosfátový fosforečnan vápenatého [CA [CA₂Po₄)₂].

Môžete reagovať s halogénmi a vytvoriť halogenidy PX₃, predstavujúce x až f, cl, br alebo i; o Haluros s receptúrou PX₅, Byť x, cl alebo br.

Fosfor tiež reaguje s kovmi a metaloidmi, aby spôsobil fosfididy, a sírou za vzniku niekoľkých sulfidov. Na druhej strane sa viaže na kyslík, aby vznikol estery. Rovnakým spôsobom sa kombinuje s uhlíkom a vytvára organické zlúčeniny fosforu.

Elektronická štruktúra a konfigurácia

- Odkazy a tetraedrálna jednotka

Atómy fosforu majú nasledujúcu elektronickú konfiguráciu:

[Ne] 3s² 3p³

Preto päť elektrónov z Valencie, ako je dusík a ďalšie prvky skupiny 15. Pretože je to nemetalický prvok, jeho atómy musia tvoriť kovalentné väzby, kým sa okteto de Valencia nedokončí. Dusík to dosahuje, keď je stanovený ako datomické molekuly n₂, S trojitým odkazom, n≡n.

To isté platí pre fosfor: dva z jeho atómov P sú spojené s trojicou väzby za vzniku molekuly p₂, P≡p; To znamená, že difosfor. Fosfor má však väčšiu atómovú hmotnosť ako dusík a jeho orbitály 3p, difúznejšie ako 2p dusíka, prekrývajú s menšou účinnosťou; Preto P₂ Existuje iba v plynnom stave.

Namiesto toho pri teplote miestnosti atómy P uprednostňujú kovalentne iným spôsobom: v tetraedrálnej molekule p₄:

Molekulárne jednotky p4 v kryštáloch bieleho fosforu. Zdroj: Benjah-Bmm27 Via Wikipedia.

Všimnite si, že na vynikajúcom obrázku majú všetky atómy p tri jednoduché odkazy namiesto trojitého odkazu. Teda fosfor v P₄ Dokončite svoje okteto de Valencia. Avšak v P₄ V odkazoch P-P je napätie, pretože ich uhly idú do voľného oka, že sú 109,5 °.

- Alotropy

Biely fosfor

Rovnaký obraz jednotiek p₄ A jeho nestabilita vysvetľuje, prečo je biely fosfor najstabilnejší alotropický z tohto prvku.

Jednotky P₄ Sú nariadené vo vesmíre na definovanie kryštálu BCC (fáza a) za normálnych podmienok. Keď teplota zostupuje na -77,95 ° C, sklo BCC sa transformuje na HCP (pravdepodobne), hustejší (β fáza). To znamená, jednotky P₄ Sú nariadené v dvoch alternatívnych vrstvách, A a B, aby vytvorili sekvenciu ABAB ..

Červený fosfor

Štruktúra reťazca červeného fosforu. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Na hornom obrázku je zobrazený iba malý segment štruktúry červeného fosforu. Ako tri jednotky zarovnané „symetricky“, možno povedať, že ide o kryštalickú štruktúru, ktorá sa získa zahrievaním tohto fosforu nad 250 ° C.

Červený fosfor, väčšinou však pozostáva z pevného amorfného, ​​takže jeho štruktúra je chaotická. Takže polymérne reťazce P₄ Mali by bez zjavného vzoru, jeden vyššie a ďalšie pod rovnakým lietadlom.

Všimnite si, že toto je hlavný štrukturálny rozdiel medzi bielym a červeným fosforom: v prvom₄ Sú individuálne a v druhých formujúcich reťazcoch. Je to možné, pretože jedno z odkazov P-P je rozbité vo vnútri Tetrahedronu, aby sa mohol prepojiť so susedným tetraedronom. Teda prstencové napätie a červený fosfor sú znížené väčšiu stabilitu.

Môže vám slúžiť: Zinok: História, vlastnosti, štruktúra, riziká, použitia

Ak je zmes oboch alotropov, ponúka sa v dohľade ako žltý fosfor; Zmes tetrahedry a amorfných reťazcov fosforu. V skutočnosti biela fosfor.

Fialový alebo Hittorf fosfor

Molekulárna štruktúra fialového fosforu. Zdroj: kadmium v ​​angličtine Wikipedia [verejná doména]

Fialový fosfor je konečný vývoj červeného fosforu. Ako je možné vidieť na vynikajúcom obraze, naďalej pozostáva z polymérneho reťazca; Ale teraz sú štruktúry zložitejšie. Zdá sa, že štrukturálna jednotka už nie je p₄ Ale P₂, usporiadané takým spôsobom, že tvoria nepravidelné pentagonálne krúžky.

Napriek tomu, ako vyzerá asymetrická štruktúra, tieto polymérne reťazce sa dokážu dostatočne dobre a pravidelne, aby fialová fosfor.

Čierny fosfor

Štruktúra čierneho fosforu pozorovaná z niekoľkých uhlov. Zdroj: Benjah-Bmm27 [verejná doména].

A nakoniec máme najstabilnejšiu fosforovú skupinu: čierna farba. Pripravuje biely fosfor pod tlakom 12.000 bankomat.

Na hornom obrázku (dole) je zrejmé, že jej štruktúra z vyššej roviny má určitú podobnosť so štruktúrou grafitu; Je to strmá sieť šesťuholníkových krúžkov (aj keď vyzerajú štvorcový).

V ľavom hornom rohu obrázka môžete lepšie oceniť novo komentované. Molekulárne prostredie atómov P sú trigonálna pyramída. Všimnite si, že bočné zobrazenie štruktúry (v pravom hornom rohu) je usporiadaný vo vrstvách, ktoré sa hodia na druhú.

Štruktúra čierneho fosforu je dosť symetrická a usporiadaná, čo súhlasí s jej schopnosťou etablovať sa ako orcombické kryštály. Stohovanie jeho polymérnych vrstiev spôsobuje atómy P, ktoré nie sú k dispozícii pre mnoho chemických reakcií; A preto je značne stabilný a malý reaktívny.

Aj keď to nie je potrebné spomenúť, londýnske disperzné sily a molárne masy týchto fosforečných tuhých látok sú tie, ktoré riadia niektoré z jej fyzikálnych vlastností; zatiaľ čo ich štruktúry a väzby P-P definujú chemické vlastnosti a iné.

Kde je to a získajte

Apatita a fosforit

Je to dvanásť prvkov Zeme kôrky a predstavuje 0,1% podľa hmotnosti. Existuje asi 550 minerálov, ktoré obsahujú fosfor, pričom apatita je najdôležitejším minerálom na získanie fosforu.

Apatita je minerál fosforu a vápnika, ktorý môže obsahovať variabilné množstvá fluoridu, chloridu a hydroxidu, ktorého vzorec je nasledujúci: [CA₁₀(PO₄)₆(F, cl alebo OH)₂)]. Okrem apatitu existujú aj ďalšie minerály fosforu, ktoré sú komerčné významné; Taký je prípad Wavelity a Vivianita.

Fosfátový alebo fosforitový hornina je hlavným zdrojom fosforu. Je to nestretková sedimentárna hornina, ktorá má obsah 15 až 20% fosforu. Fosfor je zvyčajne prítomný ako CA₁₀(PO₄)₆F₂ (Fluoroapatita). Je tiež prítomný ako hydroxyapatit, hoci v menšej miere.

Okrem toho sa fluórapatit nachádza súčasť vyvracia a metamorfných hornín, ako aj vápencov a bridlice.

Elektrotermálna redukcia fluórapatity

Vybrané fosfátové horniny sa prenášajú do čistiarne na spracovanie. Spočiatku sú rozdrvené, aby získali skalné fragmenty, ktoré sú potom mleté ​​v guľôčkových mlynoch pri 70 revolúciách za minútu.

Potom je preosiatý produkt brúsenia skalných fragmentov, aby ich mohol zlomiť. Tieto frakcie sa vyberajú s 34% obsahom fosforu, ako je pentoxid fosforu (P₂Ani₅).

Biely fosfor (P₄) Sa získava priemyselne elektrotermálnou redukciou fluórapatitu s uhlíkom pri teplote 1.500 ° C v prítomnosti oxidu kremíka:

2CA₃(PO₄)₂(s) + 6sio₂(s) + 10 c (s) => p₄g) + Casio₃(L) + co (g)

P₄ V plynnom stave sa po kondenzácii zhromažďuje a skladuje ako biela pevná pevná látka ponorená do vody, aby sa zabránilo reagovaniu s vonkajším vzduchom.

Zliatiny

Medený

Pokrytie fosforu sa vyrába s rôznymi percentami medi a fosforu: Cu 94 % - p 6 %; CU 92% - P 8%; CU 85% - P 15%, atď. Zliatina sa používa ako deoxidant, hydratačný činiteľ pre priemysel medi a tiež ako nukleant v hliníkovom priemysle.

Broncín

Sú to zliatiny medi, fosforu a cín obsahujúce 0,5 - 11% fosfor a 0,01 - 0,35% TIn. Tin zvyšuje odolnosť proti korózii, zatiaľ čo fosfor.

Používa sa na vypracovanie prameňov, skrutiek a všeobecne v článkoch, ktoré si vyžadujú únavu, opotrebenie a chemickú koróziu. Odporúča sa jeho použitie v vrtule plavidiel.

Môže vám slúžiť: kadmium (CD): História, vlastnosti, štruktúra, použitie

Nictelladas

Najznámejšou zliatinou je štipka_dvadsať, Použitie fosforovaného niklu v silných zváraných zliatinách, aby sa zlepšila jeho odolnosť voči chemickej erózii, oxidácii a vysokých teplotách.

Zliatina sa používa v komponentoch plynov a reakčných motorov, galvanoplastika a pri výrobe zváracích elektród.

Riziká

Biely fosfor vytvára vážne popáleniny pokožky a je to silný jed, ktorý môže byť smrteľný v dávke 50 mg. Fosfor inhibuje oxidáciu buniek, interferuje s bunkovým manažmentom kyslíka, čo môže viesť k degenerácii tuku a smrti bunky.

Otrava z akútnej fosforu spôsobuje v prvých štyroch dňoch bolesti brucha, horúčavy, dychu, vôňou cesnaku, fosforescenčným zvracaním, potu, svalových kŕčov a dokonca aj šokom stavu.

Následne sa prejavuje žltačka, petechiae, krvácanie, afektácia myokardu s arytmiami, zmenu centrálneho nervového systému a smrť v desiaty deň príjmu.

Najzreteľnejším prejavom otravy chronického fosforu je poškodenie kostnej štruktúry čeľuste.

Zvýšenie koncentrácie fosforu v plazme (Hyperfospatia) sa zvyčajne vyskytuje u pacientov so zlyhaním obličiek. To spôsobuje abnormálne ložisko fosfátov v mäkkých tkanivách, čo môže viesť k vaskulárnej dysfunkcii a kardiovaskulárnym ochorením.

Žiadosti

Fosfor je nevyhnutným prvkom pre rastliny a zvieratá. Je to jedna z troch hlavných živín rastlín, ktoré sú potrebné pre ich rastové a energetické požiadavky. Okrem toho je súčasťou nukleových kyselín, fosfolipidov, medziproduktov metabolických procesov atď.

U stavovcov je fosfor prítomný v kostiach a zuboch vo forme hydroxylapatitu.

- Elementárny fosfor

Krabica zápasov alebo „fosfor“. Zdroj: pxhere.

Pri fosforu sa vyrába chemická sklovina, ktorá sa používa na osvetlenie oznámení umiestnených na hliníku a jeho zliatinách; ako aj v medi a fosforovanom bronze.

Používa sa tiež na výrobu zápalných bômb, granátov, dymových čerpadiel a indikátorových guľiek. Červený fosfor sa používa pri vypracovaní bezpečnostných zápasov alebo zápasov.

Biely fosfor sa používa na vypracovanie organofosfátu. Okrem toho sa používa pri výrobe kyseliny fosforečnej.

Na výrobu tetraxidu fosforu sa spáli veľké množstvo fosforu (P₄Ani₁₀), získané ako prášok alebo tuhá látka.

- Zloženia

Fosfín

Je to surovina na vypracovanie niekoľkých zlúčenín fosforu. Pôsobí ako dopingové činidlo pre elektronické komponenty.

Kyselina fosforečná

Používa sa pri vypracovaní nealkoholických nápojov kvôli charakteristickej chuti, ktorá ich poskytuje. Pôsobiť na fosfátové horniny, aby sa vytvorila dihydrogénny fosfát vápenatého₂Po₄)₂], známy tiež ako superfosfát, ktorý sa používa ako hnojivo.

Kyselina fosforečná je kondicionér prvkom zubnej skloviny na uľahčenie adhézie materiálov jeho obnovy. Používa sa tiež, zmiešaná s olejom, močovinou, zlomom, bitúmenom a pieskom, na vytvorenie asfaltu; Materiál použitý pri opravách kanálov komunikácie s pozemkami.

Organofosfor

Zlúčeniny organofosforu majú početné aplikácie; ako napríklad: spomaľovače horenia, pesticídy, extrakčné činidlá, činnosti nervov a úpravy vody.

Dihydrát dihydrátu vápenatého fosforečnanu

Používa sa ako hnojivo, prášok do pečiva, prídavná látka pre zvieratá a v rozpracovaní zubných pastov.

Fosfor pentoxid

Používa sa v chemickej analýze ako dehydratačné činidlo a v organickej syntéze ako kondenzátorové činidlo. Zlúčenina sa prideľuje hlavne na výrobu kyseliny ortofosforečnej.

Tripolyphosfát sodný

Používa sa v detergentoch a ako zmäkčovač vody, čo zlepšuje pôsobenie detergentov a pomáha vyhnúť sa korózii potrubí.

Trizodický fosfát

Používa sa ako čistiaci prostriedok a zmäkčovač vody.

Fosforečnany sodný

Dibasický fosfát sodný (NA₂HPO₄) a monobazický fosfát sodný (NAH₂Po₄) sú komponentmi systému tlmiča pH, ktorý dokonca pôsobí v živých bytostiach; Medzi nimi ľudské bytosti.

Odkazy

1. Reid Danielle. (2019). Allotropy fosforu: formy, použitia a príklad. Štúdium. Získané z: štúdie.com
2. Profesor. Robert J. Lancashire. (2014). Prednáška 5c. Štruktúra prvkov, pokračujte P, S a I. Získané z: Chem.Uwimona.Edu.Jm
3. Byju's. (2019). Fosfor červený. Získané z: Byjus.com
4. Bing Li, Ceng-Ceng Ren, Shu-Feng Zhang a kol. (2019). Elektronické štrukturálne a optické vlastnosti viacvrstvového modrého fosforu: štúdia prvého princípu. Journal of Nanomaterials, zv. 2019, ID článku 4020762, 8 strán. doi.org/10.1155/2019/4020762
5. DR. Stewar. (2019). Fakty prvkov fosforu. Chemickolák. Získané z: Chemicool.com
6. Wikipedia. (2019). Fosfor. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
7. HelMestine, Anne Marie, PH.D. (3. júla 2019). Fakty fosforu (atómové číslo 15 alebo symbol prvkov P). Zotavené z: Thoughtco.com
8. Linus Pauling Institute. (2019). Fosfor. Získané z: LPI.Oregonstate.Edu
9. Bernardo Fajardo P. & Héctor Lozano V. (s.F.). Národné spracovanie fosforečnej horniny pre produkciu superfosfátu. [PDF]. Získané z: BDIGITAL.i.Edu.co
10. Redaktori Enyclopaedia Britannica. (16. novembra 2018). Chemický prvok fosforu. Encyclopædia Britannica. Získané z: Britannica.com
11. Reade International Corp. (2018). Zliatina medi fosfor (pohár). Obnovené z: Reade.com
12. KBM Affilips. (27. decembra 2018). Master zliatina niklu fosfor (NIP). Azóm. Získané z: Azom.com
13. Šošovica B.Vložka. (2019). Tabuľka obdobia: fosfor. Získané z: Lentech.com
14. Abhijit naik. (21. februára 2018). Používať fosfor. Obnovené z: ScienceStruck.com