Fosfor ja selle ühendid. Fosforiühendite praktiline rakendamine

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 05:24

Biogeensete elementide hulgas tuleks eriline koht omistada fosforile. Tõepoolest, ilma selleta on selliste elutähtsate ühendite nagu näiteks ATP või fosfolipiidide, aga ka paljude teiste orgaaniliste ainete olemasolu võimatu. Samal ajal on selle elemendi anorgaaniline aine väga rikas mitmesuguste molekulide poolest. Fosforit ja selle ühendeid kasutatakse laialdaselt tööstuses, see on olulised osalised bioloogilistes protsessides ning neid kasutatakse erinevates inimtegevuse harudes. Seetõttu mõelge, mis see element on, mis on selle lihtaine ja kõige olulisemad ühendid.

Fosfor: elemendi üldised omadused

Asendit perioodilisustabelis saab kirjeldada mitme punktiga.

1. Viies rühm, põhialarühm.
2. Kolmas väike periood.
3. Järjearv - 15.
4. Aatommass on 30 974.
5. Aatomi elektrooniline konfiguratsioon 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Võimalikud oksüdatsiooniastmed alates-3 kuni +5.
7. Keemiline sümbol - P, hääldus valemites "pe". Elemendi nimi on fosfor. Ladinakeelne nimi Phosphorus.

Selle aatomi avastamise ajalugu ulatub kaugesse XII sajandisse. Isegi alkeemikute dokumentides oli teavet, mis viitas tundmatu "helenava" aine saamisele. Fosfori sünteesi ja avastamise ametlik kuupäev oli aga 1669. aasta. Pankrotistunud kaupmees Brand sünteesis filosoofikivi otsides kogemata aine, mis on võimeline kiirgama sära ja põlema ereda pimestava leegiga. Ta tegi seda, k altsineerides korduv alt inimese uriini.

Pärast seda, üksteisest sõltumatult, võeti see element vastu ligikaudu samadel viisidel:

• I. Kunkel;
• R. Boyle;
• A. Markkrahv;
• K. Scheele;
• A. Lavoisier.

Tänapäeval on selle aine üheks kõige populaarsemaks sünteesimeetodiks taandamine vastavatest fosforit sisaldavatest mineraalidest kõrgel temperatuuril süsinikmonooksiidi ja ränidioksiidi mõjul. Protsess viiakse läbi spetsiaalsetes ahjudes. Fosfor ja selle ühendid on väga olulised ained nii elusolendite kui ka paljude keemiatööstuse sünteeside jaoks. Seetõttu tuleks mõelda, mis see element on lihtainena ja kus seda looduses leidub.

Lihtne aine fosfor

Fosfori puhul on raske konkreetset ühendit nimetada. See on tingitud paljudestselle elemendi allotroopsed modifikatsioonid. Lihtainel fosforil on neli peamist sorti.

1. Valge. See on ühend, mille valem on Р₄. See on valge lenduv aine, millel on terav ebameeldiv küüslaugu lõhn. See süttib normaalsel temperatuuril õhu käes spontaanselt. Põleb helendava kahvaturohelise valgusega. Väga mürgine ja eluohtlik. Keemiline aktiivsus on äärmiselt kõrge, seetõttu saadakse ja säilitatakse puhastatud veekihi all. See on võimalik halva lahustuvuse tõttu polaarsetes lahustites. Selle valge fosfori jaoks sobivad kõige paremini süsinikdisulfiid ja orgaanilised ained. Kuumutamisel on see võimeline muutuma järgmiseks allotroopseks vormiks - punaseks fosforiks. Aurude kondenseerumisel ja jahutamisel on see võimeline moodustama kihte. Puudutades õline, pehme, noaga kergesti lõigatav, valge (kergelt kollakas). Sulamistemperatuur 44⁰C. Keemilise aktiivsuse tõttu kasutatakse seda sünteesides. Kuid toksilisuse tõttu ei ole sellel laialdast tööstuslikku rakendust.
2. Kollane. See on valge fosfori halvasti puhastatud vorm. Veelgi mürgisem, lõhnab ka ebameeldiv alt küüslaugu järele. Süttib ja põleb ereda helendrohelise leegiga. Need kollased või pruunid kristallid ei lahustu vees üldse, täielikult oksüdeerudes eraldavad nad valget suitsu, mille koostis on P₄O₁₀.
3. Punane fosfor ja selle ühendid on selle aine kõige levinum ja enimkasutatav modifikatsioon tööstuses. Pastajas punane mass, mis kõrgendatud rõhu all võibmuutuda violetseteks kristallideks, on keemiliselt inaktiivne. See on polümeer, mis lahustub ainult teatud metallides ja ei midagi muud. Temperatuuril 250⁰С see sublimeerub, muutudes valgeks modifikatsiooniks. Mitte nii mürgine kui eelmised vormid. Pikaajaline kokkupuude kehaga on aga mürgine. Seda kasutatakse tikutoosidele süttiva katte pealekandmiseks. Seda seletatakse asjaoluga, et see ei saa iseenesest süttida, kuid see plahvatab (süttib) denotatsiooni ja hõõrdumise ajal.
4. Must. Välisandmetel on see väga sarnane grafiidiga, katsudes on see ka rasvane. See on elektriline pooljuht. Tumedad kristallid, läikivad, mis ei suuda üldse lahustuda üheski lahustis. Selle süttimiseks on vaja väga kõrget temperatuuri ja eelkuumutamist.

Huvitav on ka hiljuti avastatud fosfori vorm – metallik. See on juht ja sellel on kuubikujuline kristallvõre.

Keemilised omadused

Fosfori keemilised omadused sõltuvad selle vormist. Nagu eespool mainitud, on kõige aktiivsem kollane ja valge modifikatsioon. Üldiselt suudab fosfor suhelda:

• metallid, moodustades fosfiide ja toimides oksüdeeriva ainena;
• mittemetallid, toimides redutseeriva ainena ja moodustades erinevat tüüpi lenduvaid ja mittelenduvaid ühendeid;
• tugevad oksüdeerivad ained, mis muutuvad fosforhappeks;
• kontsentreeritud söövitavate leelistega tüübi järgiebaproportsionaalsus;
• väga kõrge temperatuuriga veega;
• hapnikuga erinevate oksiidide moodustamiseks.

Fosfori keemilised omadused on sarnased lämmastiku omadega. Lõppude lõpuks kuulub ta pniktogeenide rühma. Aktiivsus on aga allotroopsete modifikatsioonide mitmekesisuse tõttu mitu suurusjärku suurem.

Looduses viibimine

Toiteainena on fosforit väga palju. Selle osakaal maakoores on 0,09%. See on üsna suur näitaja. Kust seda aatomit looduses leidub? Nimetamiseks on mitu peamist kohta:

• taimede roheline osa, nende seemned ja viljad;
• loomsed koed (lihased, luud, hambaemail, paljud olulised orgaanilised ühendid);
• koor;
• muld;
• kivimid ja mineraalid;
• merevesi.

Sel juhul saame rääkida ainult seotud vormidest, aga mitte lihtsast substantsist. Ta on ju ülim alt aktiivne ja see ei lase tal vaba olla. Fosforirikkaimate mineraalide hulgas on:

• inglise;
• fluoraaptiit;
• svanbergiit;
• fosforiit ja teised.

Selle elemendi bioloogilist tähtsust ei saa ülehinnata. Lõppude lõpuks on see osa sellistest ühenditest nagu:

• valgud;
• fosfolipiidid;
• DNA;
• RNA;
• fosfoproteiinid;
• ensüümid.

Ehk siis kõik need, mis on elutähtsad ja millest on üles ehitatud kogu organism. Keskmise täiskasvanu päevaraha on umbes 2 grammi.

Fosfor ja selle ühendid

Olles väga aktiivne, moodustab see element palju erinevaid aineid. Lõppude lõpuks moodustab see ka fosfiide ja toimib ise redutseerijana. Selle tõttu on raske nimetada elementi, mis oleks sellega reageerides inertne. Seetõttu on fosforiühendite valemid äärmiselt mitmekesised. On mitmeid ainete klasse, mille moodustamisel ta on aktiivne osaline.

1. Binaarsed ühendid – oksiidid, fosfiidid, lenduvad vesinikuühendid, sulfiid, nitriid ja teised. Näiteks: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{ja teised.}
2. Keerulised ained: igat tüüpi soolad (keskmised, happelised, aluselised, topelt-, komplekssed), happed. Näide: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ ja teised.
3. Hapnikku sisaldavad orgaanilised ühendid: valgud, fosfolipiidid, ATP, DNA, RNA ja teised.

Enamikul määratud tüüpi ainetel on suur tööstuslik ja bioloogiline tähtsus. Fosfori ja selle ühendite kasutamine on võimalik nii meditsiinilistel eesmärkidel kui ka üsna tavaliste majapidamistarvete valmistamiseks.

Metallidega ühendid

Fosfori binaarseid ühendeid metallide ja vähem elektronegatiivsete mittemetallidega nimetatakse fosfiidideks. Need on soolataolised ained, mis on erinevate mõjuritega kokkupuutel äärmiselt ebastabiilsed. Kiire lagunemine (hüdrolüüs) põhjustab isegitavaline vesi.

Lisaks laguneb aine kontsentreerimata hapete toimel ka vastavateks saadusteks. Näiteks kui räägime k altsiumfosfiidi hüdrolüüsist, on saadusteks metallhüdroksiid ja fosfiin:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

Ja allutades fosfiidi lagunemisele mineraalhappe toimel, saame vastava soola ja fosfiini:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Üldiselt seisneb vaadeldavate ühendite väärtus just selles, et selle tulemusena moodustub fosfori vesinikühend, mille omadusi käsitletakse allpool.

Fosforil põhinevad lenduvad ained

Seal on kaks peamist:

• valge fosfor;
• fosfiin.

Esimest mainisime juba eespool ja andsime tunnused. Nad ütlesid, et see oli paks valge suits, väga mürgine, halvasti lõhnav ja tavatingimustes isesüttiv.

Aga mis on fosfiin? See on kõige levinum ja tuntuim lenduv aine, mis sisaldab kõnealust elementi. See on binaarne ja teine osaleja on vesinik. Fosfori vesinikuühendi valem on pH₃, nimi on fosfiin.

Selle aine omadusi saab kirjeldada järgmiselt.

1. Lenduv värvitu gaas.
2. Väga mürgine.
3. See lõhnab nagu mäda kala.
4. Ei interakteeru veega ja lahustub selles väga halvasti. Hästi lahustuvorgaanika.
5. Tavatingimustes väga reageeriv.
6. Isesüttib õhus.
7. Tekib metallfosfiidide lagunemisel.

Teine nimi on Phosphane. Sellega on seotud lood iidsetest aegadest. See kõik puudutab "rändtulesid", mida inimesed mõnikord kalmistutel ja soodes nägid ja näevad. Siin-seal ilmuvaid kerakujulisi või küünlataolisi tulesid, mis jätavad mulje liikumisest, peeti halvaks endeks ja ebausklikud kartsid neid väga. Selle nähtuse põhjuseks võib mõnede teadlaste tänapäevaste seisukohtade kohaselt pidada fosfiini iseeneslikku põlemist, mis tekib looduslikult nii taimsete kui loomsete orgaaniliste jääkide lagunemisel. Gaas väljub ja kokkupuutel õhuhapnikuga süttib. Leegi värv ja suurus võivad erineda. Enamasti on need rohekad eredad tuled.

Ilmselt on kõik lenduvad fosforiühendid mürgised ained, mida on lihtne tuvastada terava ebameeldiva lõhna järgi. See märk aitab vältida mürgistust ja ebameeldivaid tagajärgi.

Mittemetallidega ühendid

Kui fosfor käitub redutseeriva ainena, siis peaksime rääkima kahekomponentsetest ühenditest mittemetallidega. Enamasti on need elektronegatiivsemad. Seega võime eristada mitut tüüpi seda tüüpi aineid:

• fosfori ja väävli ühend - fosforsulfiid P₂S₃;
• fosforkloriid III, V;
• oksiidid ja anhüdriid;
• bromiid ja jodiid ningteised.

Fosfori ja selle ühendite keemia on mitmekesine, mistõttu on raske välja selgitada neist olulisemad. Kui me räägime konkreetselt fosforist ja mittemetallidest moodustuvatest ainetest, siis on kõige olulisem erineva koostisega oksiidid ja kloriidid. Neid kasutatakse keemilistes sünteesides veetustajatena, katalüsaatoritena jne.

Niisiis, üks võimsamaid kuivatusaineid on kõrgeim fosforoksiid – P₂O₅. See tõmbab vett nii tugev alt ligi, et sellega otsesel kokkupuutel tekib äge reaktsioon tugeva müra saatel. Aine ise on valge lumetaoline mass, mis on oma agregatsiooni olekus lähemal amorfsele.

Hapnikuga rikastatud orgaanilised ühendid fosforiga

On teada, et orgaaniline keemia ületab ühendite arvu poolest tunduv alt anorgaanilist keemiat. Seda seletatakse isomeeria nähtusega ja süsinikuaatomite võimega moodustada erineva struktuuriga aatomite ahelaid, mis sulguvad üksteisega. Loomulikult on olemas teatud järjekord, see tähendab klassifikatsioon, millele allub kogu orgaaniline keemia. Ühendusklassid on erinevad, kuid meid huvitab üks konkreetne, mis on otseselt seotud kõnealuse elemendiga. Need on hapnikku sisaldavad fosforiga ühendid. Nende hulka kuuluvad:

• koensüümid - NADP, ATP, FMN, püridoksaalfosfaat ja teised;
• valgud;
• nukleiinhapped, kuna fosforhappe jääk on osa nukleotiidist;
• fosfolipiidid ja fosfoproteiinid;
• ensüümid ja katalüsaatorid.

Iooni tüüp, millesfosfor osaleb nende ühendite molekuli moodustumisel, järgmine on PO₄^3-, see tähendab, et see on happejääk fosforhappest. Mõnedes valkudes esineb see vaba aatomi või lihtsa ioonina.

Iga elusorganismi normaalseks funktsioneerimiseks on see element ja sellest moodustuvad orgaanilised ühendid äärmiselt olulised ja vajalikud. Tõepoolest, ilma valgumolekulideta on võimatu ehitada ühte keha struktuuriosa. Ja DNA ja RNA on peamised päriliku teabe kandjad ja edasikandjad. Üldiselt peavad kõik ühendused tõrgeteta olemas olema.

Fosfori kasutamine tööstuses

Fosfori ja selle ühendite kasutamist tööstuses saab iseloomustada mitme punktiga.

1. Kasutatakse tikkude, lõhkeainete, süütepommide, teatud kütuste, määrdeainete valmistamisel.
2. Gaasi neelajana ja hõõglampide valmistamisel.
3. Metallide kaitsmiseks korrosiooni eest.
4. Põllumajanduses mullaväetisena.
5. Veepehmendajana.
6. Keemilises sünteesis erinevate ainete tootmisel.

Elusorganismide roll on taandatud osalemisele hambaemaili ja luude moodustamises. Osalemine ana- ja katabolismi reaktsioonides, samuti raku sisekeskkonna ja bioloogiliste vedelike puhverdamise säilitamine. See on DNA, RNA, fosfolipiidide sünteesi aluseks.