Фосфор, его соединения и реакции: описание, примеры и решение

В 1669 году алхимик Хенниг Бранд в попытках найти философский камень открыл фосфор. Это вещество имело восковую структуру и при воспламенении ярко горело. С древнегреческого языка фосфор переводится как «чудотворный носитель огня».

Что такое фосфор?

Фосфор – пятнадцатый элемент таблицы Д.И. Менделеева. На внешнем уровне находятся два спаренных и три неспаренных электрона. Таким образом у фосфора формируется три связи. У него также есть пустая d-орбиталь, поэтому он принимает возбужденное состояние. Если электрон с s-орбитали переходит на d-орбиталь, то фосфор принимает валентность V.

Соединения фосфора

Для фосфора свойственна аллотропия – существование нескольких простых веществ из одного химического элемента.

1. Белый фосфор (Р4). Это белое вещество с чесночным запахом. Белый фосфор токсичен. Ему свойственна молекулярная решетка и большая летучесть.


2. Красный фосфор (Рn). Эта модификация имеет атомную решетку. Она представляет собой полимер. Не обладает запахом и токсичностью. Это устойчивая структура по сравнению с белым фосфором.


3. Черный фосфор (Р). Черный фосфор нерастворим в воде и органических растворителях. Это черное вещество с характерным блеском, которое внешне напоминает графит.

Существует множество соединений фосфора:

• оксид фосфора (V) Р₂О₅;


• оксид фосфора (III) Р₂О₃;


• ортофосфорная кислота Н₂РО₄;


• фосфаты МеРО₄;


• фосфиды металлов МеР и др.

Встретить чистый фосфор невозможно, поэтому он встречается только в соединениях.

Способы получения фосфора

Существует несколько методов получения фосфора.

1. Из фосфатов путем прокаливания Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ + 5C → 3CaSiO₃ + 5CO + 2P
2. Из неорганических соединений фосфора 4НРО₃ + 10С → Р₄ + 2Н₂О + 10СО

С чем реагирует оксид фосфора (3)?

В оксиде у фосфора промежуточная степень окисления. Элемент то повышает, то понижает степень окисления. Характерны для P2O3 реакции диспропорционирования.

2Р₂О₃ + 6Н₂О_{горячая} → РН₃ + 3Н₃РО₄

Оксид фосфора (III) окисляется до оксида фосфора (V).

Р₂О₃ + О₂ → Р₂О₅

Химические свойства фосфора

Фосфор – химически активное вещество. Он может проявлять свойства как окислителя, так и восстановителя.

1. С кислородом
   • 4 Р + 3 О₂ → 2 Р₂О₃
   • 4 Р + 5 О₂ → 2 Р₂О₅


2. С галогенами
   • 2Р + 3Cl₂ → 2РCl₃
   • 2Р + 5Cl₂ → 2РCl₅


3. С серой
   • 2Р + 3S → Р₂S₃
   • 2Р + 5S → Р₂S₅


4. С металлами
   • 2Р + 3Са → Са₂Р₂

Реакции фосфора со сложными веществами характеризуются тем, что фосфор в них может быть как окислителем, так и восстановителем.

1.  С окислителями

• 2P + 5H₂SO₄ → 2H₃PO₄ + 5SO₂ + 2H₂O
• 6P + 5KClO3 → 3P2O5 + 5KCl

В основе последней реакции лежит возгорание спички при ее трении о шершавую поверхность.

2. Со щелочами

• 4 P + 3 KOH + 3 H2O → 3 KH2PO2 + PH3

Также фосфор реагирует с аммиаком.

• 2P + 6NH₃ → 2PH₃ + 3N₂H₄

Применение фосфора

Фосфор часто используется в сельском хозяйстве в качестве удобрений для растений. Он входит в состав многих лекарств и моющих средств. Из красного фосфора изготавливают спички. Фосфиды обладают полупроводниковыми свойствами и используются в микроэлектронике.

Фосфор может приносить не только пользу, но и вред. Во время Первой мировой войны немцы использовали фосфор в качестве зажигательных боеприпасов и отравляющих газов. Позднее его применение было запрещено Женевской конвенцией.