Fosfor a jeho sloučeniny. Praktická aplikace sloučenin fosforu

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 05:20

Mezi biogenními prvky by zvláštní místo mělo být věnováno fosforu. Bez ní je skutečně nemožná existence tak životně důležitých sloučenin, jako jsou například ATP nebo fosfolipidy, stejně jako mnoho dalších organických látek. Anorganická hmota tohoto prvku je přitom velmi bohatá na různé molekuly. Fosfor a jeho sloučeniny jsou široce používány v průmyslu, jsou důležitými účastníky biologických procesů a nacházejí uplatnění v různých odvětvích lidské činnosti. Zvažte proto, co tento prvek je, jaká je jeho jednoduchá podstata a nejdůležitější sloučeniny.

Fosfor: obecná charakteristika prvku

Pozice v periodické tabulce lze popsat v několika bodech.

1. Pátá skupina, hlavní podskupina.
2. Třetí malé období.
3. Pořadové číslo – 15.
4. Atomová hmotnost je 30, 974.
5. Elektronická konfigurace atomu 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Možné oxidační stavy z-3 až +5.
7. Chemický symbol - P, výslovnost ve vzorcích "pe". Název prvku je fosfor. Latinský název Phosphorus.

Historie objevu tohoto atomu sahá až do vzdáleného 12. století. Dokonce i v záznamech alchymistů byly informace naznačující přijetí neznámé "svítící" látky. Nicméně, oficiální datum pro syntézu a objev fosforu byl 1669. Zkrachovalý obchodník Brand při hledání kamene mudrců náhodně syntetizoval látku schopnou vyzařovat záři a hořet jasným oslepujícím plamenem. Dokázal to opakovaným kalcinováním lidské moči.

Poté, nezávisle na sobě, byl tento prvek přijat přibližně stejnými způsoby:

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

Jednou z nejpopulárnějších metod syntézy této látky je dnes redukce z odpovídajících minerálů obsahujících fosfor při vysokých teplotách pod vlivem oxidu uhelnatého a oxidu křemičitého. Proces se provádí ve speciálních pecích. Fosfor a jeho sloučeniny jsou velmi důležité látky jak pro živé bytosti, tak pro mnoho syntéz v chemickém průmyslu. Proto bychom měli zvážit, co je tento prvek jako jednoduchá látka a kde se v přírodě nachází.

Jednoduchá látka fosfor

Je těžké pojmenovat konkrétní sloučeninu, pokud jde o fosfor. To je způsobeno četnýmialotropní modifikace, které tento prvek má. Existují čtyři hlavní odrůdy jednoduché látky fosfor.

1. Bílá. Toto je sloučenina, jejíž vzorec je Р₄. Je to bílá těkavá látka s ostrým nepříjemným zápachem po česneku. Při normální teplotě se na vzduchu samovolně vznítí. Hoří svítivým světle zeleným světlem. Velmi jedovatý a život ohrožující. Chemická aktivita je extrémně vysoká, proto se získává a uchovává pod vrstvou vyčištěné vody. To je možné díky špatné rozpustnosti v polárních rozpouštědlech. Pro tento bílý fosfor se nejlépe hodí sirouhlík a organické látky. Při zahřátí je schopen přeměny na další alotropní formu - červený fosfor. Při kondenzaci a ochlazování par je schopen tvořit vrstvy. Na dotek mastná, měkká, snadno se krájí nožem, bílá (lehce nažloutlá). Bod tání 44⁰C. Pro svou chemickou aktivitu se používá při syntézách. Ale kvůli své toxicitě nemá široké průmyslové využití.
2. Žlutá. Je to špatně čištěná forma bílého fosforu. Je ještě jedovatější, navíc nepříjemně páchne po česneku. Zapaluje se a hoří jasně svítivě zeleným plamenem. Tyto žluté nebo hnědé krystaly se ve vodě vůbec nerozpouštějí, při plné oxidaci vydávají obláčky bílého kouře o složení P₄O₁₀.
3. Červený fosfor a jeho sloučeniny jsou nejběžnější a nejčastěji používanou modifikací této látky v průmyslu. Pastovitá červená hmota, která pod zvýšeným tlakem můžepřecházet do formy fialových krystalů, je chemicky neaktivní. Je to polymer, který se může rozpouštět pouze v určitých kovech a v ničem jiném. Při teplotě 250⁰С sublimuje a mění se v bílou modifikaci. Není tak toxický jako předchozí formy. Dlouhodobá expozice organismu je však toxická. Používá se při nanášení zápalného nátěru na krabičky od zápalek. To se vysvětluje tím, že se nemůže samovolně vznítit, ale exploduje (vznítí se) během denotace a tření.
4. Černá. Podle externích údajů je velmi podobný grafitu, je také mastný na dotek. Je to elektrický polovodič. Tmavé krystaly, lesklé, které se vůbec nerozpouštějí v žádných rozpouštědlech. K tomu, aby se vznítil, jsou zapotřebí velmi vysoké teploty a předběžné zahřátí.

Zajímavá je také nedávno objevená forma fosforu – kovový. Je to vodič a má krychlovou krystalovou mřížku.

Chemické vlastnosti

Chemické vlastnosti fosforu závisí na tom, v jaké formě se nachází. Jak bylo uvedeno výše, nejaktivnější žlutá a bílá modifikace. Obecně je fosfor schopen interagovat s:

• kovy tvořící fosfidy a působící jako oxidační činidlo;
• nekovy, které působí jako redukční činidlo a tvoří těkavé a netěkavé sloučeniny různého druhu;
• silná oxidační činidla, přeměňující se na kyselinu fosforečnou;
• s koncentrovanými žíravými zásadami podle typudisproporcionalita;
• s vodou o velmi vysoké teplotě;
• s kyslíkem za vzniku různých oxidů.

Chemické vlastnosti fosforu jsou podobné vlastnostem dusíku. Koneckonců je součástí skupiny pniktogenů. Aktivita je však o několik řádů vyšší kvůli rozmanitosti alotropních modifikací.

Být v přírodě

Fosfor je jako živina velmi hojný. Jeho procento v zemské kůře je 0,09 %. To je poměrně velký ukazatel. Kde se tento atom v přírodě nachází? Existuje několik hlavních míst k pojmenování:

• zelená část rostlin, jejich semena a plody;
• zvířecí tkáně (svaly, kosti, zubní sklovina, mnoho důležitých organických sloučenin);
• crust;
• půda;
• horniny a minerály;
• mořská voda.

V tomto případě můžeme mluvit pouze o příbuzných formách, ale ne o jednoduché látce. Koneckonců je extrémně aktivní, a to mu nedovoluje být svobodný. Mezi minerály nejbohatší na fosfor patří:

• angličtina;
• fluorapaptit;
• svanbergite;
• fosforit a další.

Biologický význam tohoto prvku nelze přeceňovat. Koneckonců, je součástí sloučenin, jako jsou:

• proteiny;
• fosfolipidy;
• DNA;
• RNA;
• fosfoproteiny;
• enzymy.

Tedy všechny ty, které jsou životně důležité a ze kterých je postaven celý organismus. Denní dávka pro průměrného dospělého je asi 2 gramy.

Fosfor a jeho sloučeniny

Tento prvek je velmi aktivní a tvoří mnoho různých látek. Koneckonců také tvoří fosfidy a sám působí jako redukční činidlo. Díky tomu je obtížné pojmenovat prvek, který by byl při reakci s ním inertní. Proto jsou vzorce sloučenin fosforu extrémně rozmanité. Existuje několik tříd látek, na jejichž tvorbě se aktivně podílí.

1. Binární sloučeniny - oxidy, fosfidy, těkavá sloučenina vodíku, sulfid, nitrid a další. Například: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{a další.}
2. Komplexní látky: soli všech typů (střední, kyselé, zásadité, podvojné, komplexní), kyseliny. Příklad: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ a další.
3. Organické sloučeniny obsahující kyslík: proteiny, fosfolipidy, ATP, DNA, RNA a další.

Většina uvedených typů látek má velký průmyslový a biologický význam. Použití fosforu a jeho sloučenin je možné jak pro lékařské účely, tak pro výrobu zcela běžných předmětů pro domácnost.

Sloučeniny s kovy

Binární sloučeniny fosforu s kovy a méně elektronegativními nekovy se nazývají fosfidy. Jedná se o látky podobné soli, které jsou extrémně nestabilní při vystavení různým činidlům. Rychlý rozklad (hydrolýza) způsobuje rovnoměrnéčistá voda.

Působením nekoncentrovaných kyselin se látka navíc rozkládá na odpovídající produkty. Například, pokud mluvíme o hydrolýze fosfidu vápenatého, pak produkty budou hydroxid kovu a fosfin:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

A podrobením fosfidu rozkladu působením minerální kyseliny získáme odpovídající sůl a fosfin:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Obecně hodnota uvažovaných sloučenin spočívá právě ve skutečnosti, že v důsledku toho vzniká vodíková sloučenina fosforu, jejíž vlastnosti budou zváženy níže.

těkavé látky na bázi fosforu

Jsou dvě hlavní:

• bílý fosfor;
• fosfin.

První jsme již zmínili výše a uvedli vlastnosti. Říkali, že to byl hustý bílý kouř, vysoce jedovatý, páchnoucí a za normálních podmínek se samovznícení.

Co je to ale fosfin? Jedná se o nejběžnější a nejznámější těkavou látku, která obsahuje dotyčný prvek. Je binární a druhým účastníkem je vodík. Vzorec vodíkové sloučeniny fosforu je pH₃, název je fosfin.

Vlastnosti této látky lze popsat následovně.

1. těkavý bezbarvý plyn.
2. Velmi jedovatý.
3. Páchne to jako zkažená ryba.
4. Neinteraguje s vodou a velmi špatně se v ní rozpouští. Dobře rozpustný vorganické látky.
5. Za normálních podmínek velmi reaktivní.
6. Na vzduchu se samovznítí.
7. Vyrábí se rozkladem fosfidů kovů.

Další jméno je Fosphane. Jsou s ním spojeny příběhy z dávných dob. Je to všechno o "putujících světlech", která lidé někdy viděli a nyní vidí na hřbitovech a v bažinách. Sem tam se objevující kulovitá nebo svíčková světla navozující dojem pohybu byla považována za špatné znamení a pověrčiví se jich velmi báli. Za příčinu tohoto jevu lze podle moderních názorů některých vědců považovat samovznícení fosfinu, který přirozeně vzniká při rozkladu organických zbytků, rostlinných i živočišných. Plyn vychází a při kontaktu se vzdušným kyslíkem se vznítí. Barva a velikost plamene se mohou lišit. Nejčastěji se jedná o nazelenalá jasná světla.

Je zřejmé, že všechny těkavé sloučeniny fosforu jsou jedovaté látky, které lze snadno zjistit ostrým nepříjemným zápachem. Toto znamení pomáhá vyhnout se otravě a nepříjemným následkům.

Sloučeniny s nekovy

Pokud se fosfor chová jako redukční činidlo, pak bychom měli mluvit o binárních sloučeninách s nekovy. Nejčastěji jsou elektronegativní. Můžeme tedy rozlišit několik typů látek tohoto druhu:

• sloučenina fosforu a síry - sulfid fosforečný P₂S₃;
• chlorid fosforečný III, V;
• oxidy a anhydrid;
• bromid a jodid aostatní.

Chemie fosforu a jeho sloučenin je různorodá, takže je obtížné určit nejdůležitější z nich. Pokud mluvíme konkrétně o látkách, které vznikají z fosforu a nekovů, pak největší význam mají oxidy a chloridy různého složení. Používají se v chemických syntézách jako odvodňovací činidla, jako katalyzátory a tak dále.

Jedním z nejúčinnějších sušících činidel je tedy nejvyšší oxid fosforečný - P₂O₅. Přitahuje vodu tak silně, že při přímém kontaktu s ní dochází k prudké reakci se silným hlukovým doprovodem. Látka samotná je bílá hmota podobná sněhu, která je svým stavem agregace blíže amorfní.

Okysličené organické sloučeniny s fosforem

Je známo, že organická chemie výrazně převyšuje anorganickou chemii, pokud jde o počet sloučenin. To se vysvětluje fenoménem izomerie a schopností atomů uhlíku tvořit řetězce atomů různých struktur, které se navzájem uzavírají. Přirozeně existuje určitý řád, tedy klasifikace, jemuž podléhá veškerá organická chemie. Třídy připojení jsou různé, nás však zajímá jedna konkrétní, přímo související s daným prvkem. Jedná se o sloučeniny obsahující kyslík s fosforem. Patří mezi ně:

• koenzymy - NADP, ATP, FMN, pyridoxal fosfát a další;
• proteiny;
• nukleové kyseliny, protože zbytek kyseliny fosforečné je součástí nukleotidu;
• fosfolipidy a fosfoproteiny;
• enzymy a katalyzátory.

Typ iontu, ve kterémfosfor se podílí na tvorbě molekuly těchto sloučenin, další je PO₄^3-, to znamená, že jde o zbytek kyseliny kyseliny fosforečné. Je přítomen v některých proteinech jako volný atom nebo jednoduchý ion.

Pro normální fungování každého živého organismu je tento prvek a jím tvořené organické sloučeniny nesmírně důležité a nezbytné. Bez molekul bílkovin není možné vybudovat jedinou strukturální část těla. A DNA a RNA jsou hlavními nositeli a přenašeči dědičné informace. Obecně platí, že všechna připojení musí být přítomna bez selhání.

Využití fosforu v průmyslu

Použití fosforu a jeho sloučenin v průmyslu lze charakterizovat v několika bodech.

1. Používá se při výrobě zápalek, výbušných směsí, zápalných bomb, některých paliv, maziv.
2. Jako pohlcovač plynu a při výrobě žárovek.
3. Na ochranu kovů před korozí.
4. V zemědělství jako půdní hnojivo.
5. Jako změkčovač vody.
6. Při chemických syntézách při výrobě různých látek.

Role v živých organismech se redukuje na účast na tvorbě zubní skloviny a kostí. Účast na reakcích ana- a katabolismu, stejně jako udržování pufrování vnitřního prostředí buňky a biologických tekutin. Je základem při syntéze DNA, RNA, fosfolipidů.