Fosfor en zijn verbindingen. Praktische toepassing van fosforverbindingen

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 05:37

Onder de biogene elementen moet fosfor een speciale plaats krijgen. Zonder dit is het bestaan van vitale verbindingen zoals bijvoorbeeld ATP of fosfolipiden, evenals vele andere organische stoffen, onmogelijk. Tegelijkertijd is de anorganische stof van dit element zeer rijk aan verschillende moleculen. Fosfor en zijn verbindingen worden veel gebruikt in de industrie, zijn belangrijke deelnemers aan biologische processen en worden gebruikt in verschillende takken van menselijke activiteit. Overweeg daarom wat dit element is, wat zijn eenvoudige substantie en de belangrijkste verbindingen zijn.

Fosfor: algemene kenmerken van het element

De positie in het periodiek systeem kan op verschillende punten worden beschreven.

1. Vijfde groep, hoofdsubgroep.
2. Derde kleine periode.
3. Rangnummer - 15.
4. Atoommassa is 30, 974.
5. Elektronische configuratie van het atoom 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Mogelijke oxidatietoestanden van-3 tot +5.
7. Chemisch symbool - P, uitspraak in formules "pe". De naam van het element is fosfor. Latijnse naam Fosfor.

De geschiedenis van de ontdekking van dit atoom gaat terug tot de verre twaalfde eeuw. Zelfs in de archieven van alchemisten was er informatie die de ontvangst van een onbekende "lichtgevende" stof aangaf. De officiële datum voor de synthese en ontdekking van fosfor was echter 1669. De failliete koopman Brand, op zoek naar de steen der wijzen, synthetiseerde per ongeluk een stof die een gloed kon afgeven en branden met een heldere verblindende vlam. Hij deed dit door herhaaldelijk menselijke urine te calcineren.

Daarna, onafhankelijk van elkaar, werd dit element op ongeveer dezelfde manier ontvangen:

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

Tegenwoordig is een van de meest populaire methoden voor de synthese van deze stof de reductie van de overeenkomstige fosforbevattende mineralen bij hoge temperaturen onder invloed van koolmonoxide en silica. Het proces wordt uitgevoerd in speciale ovens. Fosfor en zijn verbindingen zijn zeer belangrijke stoffen, zowel voor levende wezens als voor veel syntheses in de chemische industrie. Daarom moet men overwegen wat dit element is als een eenvoudige stof en waar het in de natuur wordt aangetroffen.

Eenvoudige stof fosfor

Het is moeilijk om een specifieke verbinding te noemen als het om fosfor gaat. Dit komt door de talrijkeallotrope modificaties die dit element heeft. Er zijn vier hoofdvarianten van de eenvoudige stof fosfor.

1. Wit. Dit is een verbinding waarvan de formule Р₄ is. Het is een witte vluchtige stof met een scherpe onaangename geur van knoflook. Het ontbrandt spontaan in lucht bij normale temperaturen. Brandt met een lichtgevend bleekgroen licht. Zeer giftig en levensbedreigend. De chemische activiteit is extreem hoog, daarom wordt het verkregen en opgeslagen onder een laag gezuiverd water. Dit is mogelijk vanwege de slechte oplosbaarheid in polaire oplosmiddelen. Voor deze witte fosfor zijn koolstofdisulfide en organische stoffen het meest geschikt. Bij verhitting is het in staat om te transformeren in de volgende allotrope vorm - rode fosfor. Bij het condenseren en koelen van dampen kan het lagen vormen. Voelt vettig aan, zacht, gemakkelijk te snijden met een mes, wit (licht geelachtig). Smeltpunt 44⁰C. Vanwege zijn chemische activiteit wordt het gebruikt in syntheses. Maar vanwege zijn toxiciteit heeft het geen brede industriële toepassing.
2. Geel. Het is een slecht gezuiverde vorm van witte fosfor. Het is nog giftiger, het ruikt ook onaangenaam naar knoflook. Ontsteekt en brandt met een heldere lichtgevende groene vlam. Deze gele of bruine kristallen lossen helemaal niet op in water; wanneer ze volledig geoxideerd zijn, stoten ze witte rookwolken uit met de samenstelling P₄O₁₀.
3. Rode fosfor en zijn verbindingen zijn de meest voorkomende en meest gebruikte modificatie van deze stof in de industrie. Pasteuze rode massa, die onder verhoogde druk kanovergaan in de vorm van violette kristallen, is chemisch inactief. Het is een polymeer dat alleen in bepaalde metalen kan oplossen en in niets anders. Bij een temperatuur van 250⁰С sublimeert het en verandert het in een witte modificatie. Niet zo giftig als eerdere vormen. Langdurige blootstelling aan het lichaam is echter giftig. Het wordt gebruikt bij het aanbrengen van een brandgevaarlijke coating op luciferdoosjes. Dit wordt verklaard door het feit dat het niet spontaan kan ontbranden, maar explodeert (ontsteekt) tijdens denotatie en wrijving.
4. Zwart. Volgens externe gegevens lijkt het erg op grafiet, het voelt ook vettig aan. Het is een elektrische halfgeleider. Donkere kristallen, glanzend, die in geen enkel oplosmiddel kunnen oplossen. Om vlam te vatten, zijn zeer hoge temperaturen en voorverwarming nodig.

Interessant is ook de recent ontdekte vorm van fosfor - metaal. Het is een geleider en heeft een kubisch kristalrooster.

Chemische eigenschappen

De chemische eigenschappen van fosfor hangen af van de vorm waarin het zich bevindt. Zoals hierboven vermeld, de meest actieve geel-witte modificatie. Over het algemeen kan fosfor interageren met:

• metalen, vormen fosfiden en werken als oxidatiemiddel;
• niet-metalen, die als reductiemiddel werken en verschillende soorten vluchtige en niet-vluchtige verbindingen vormen;
• sterke oxidatiemiddelen, die veranderen in fosforzuur;
• met geconcentreerde bijtende alkaliën per typeonevenredigheid;
• met water van zeer hoge temperatuur;
• met zuurstof om verschillende oxiden te vormen.

De chemische eigenschappen van fosfor zijn vergelijkbaar met die van stikstof. Hij maakt immers deel uit van de pnictogen-groep. De activiteit is echter enkele ordes van grootte hoger vanwege de verscheidenheid aan allotrope modificaties.

In de natuur zijn

Als voedingsstof is fosfor zeer overvloedig. Het percentage in de aardkorst is 0,09%. Dit is een vrij grote indicator. Waar wordt dit atoom in de natuur gevonden? Er zijn verschillende belangrijke plaatsen om te noemen:

• groen deel van planten, hun zaden en vruchten;
• dierlijke weefsels (spieren, botten, tandglazuur, veel belangrijke organische verbindingen);
• korst;
• bodem;
• gesteenten en mineralen;
• zeewater.

In dit geval kunnen we alleen praten over verwante vormen, maar niet over een simpele substantie. Hij is tenslotte extreem actief en dit staat hem niet toe om vrij te zijn. Onder de mineralen die het rijkst zijn aan fosfor zijn:

• Engels;
• fluorapaptiet;
• svanbergiet;
• fosforiet en anderen.

De biologische betekenis van dit element kan niet worden overschat. Het maakt immers deel uit van verbindingen zoals:

• eiwitten;
• fosfolipiden;
• DNA;
• RNA;
• fosfoproteïnen;
• enzymen.

Dat wil zeggen, al degenen die van vitaal belang zijn en waaruit het hele organisme is opgebouwd. De dagelijkse hoeveelheid voor een gemiddelde volwassene is ongeveer 2 gram.

Fosfor en zijn verbindingen

Dit element is erg actief en vormt veel verschillende stoffen. Het vormt immers ook fosfiden en werkt zelf als reductiemiddel. Hierdoor is het moeilijk om een element te noemen dat inert zou zijn als het ermee zou reageren. Daarom zijn de formules van fosforverbindingen extreem divers. Er zijn verschillende klassen van stoffen in de formatie waarvan hij een actieve deelnemer is.

1. Binaire verbindingen - oxiden, fosfiden, vluchtige waterstofverbindingen, sulfide, nitride en andere. Bijvoorbeeld: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{en anderen.}
2. Complexe stoffen: alle soorten zouten (gemiddeld, zuur, basisch, dubbel, complex), zuren. Voorbeeld: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ en anderen.
3. Zuurstofbevattende organische verbindingen: eiwitten, fosfolipiden, ATP, DNA, RNA en andere.

De meeste van de aangewezen soorten stoffen zijn van groot industrieel en biologisch belang. Het gebruik van fosfor en zijn verbindingen is zowel mogelijk voor medische doeleinden als voor de vervaardiging van heel gewone huishoudelijke artikelen.

Verbindingen met metalen

Binaire verbindingen van fosfor met metalen en minder elektronegatieve niet-metalen worden fosfiden genoemd. Dit zijn zoutachtige stoffen die extreem onstabiel zijn bij blootstelling aan verschillende middelen. Snelle afbraak (hydrolyse) zorgt voor gelijkmatigegewoon water.

Bovendien wordt de stof onder invloed van niet-geconcentreerde zuren ook afgebroken tot de overeenkomstige producten. Als we het bijvoorbeeld hebben over de hydrolyse van calciumfosfide, dan zijn de producten metaalhydroxide en fosfine:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

En door het fosfide te onderwerpen aan ontbinding onder de werking van een mineraal zuur, krijgen we het overeenkomstige zout en fosfine:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

In het algemeen ligt de waarde van de betreffende verbindingen juist in het feit dat als resultaat een waterstofverbinding van fosfor wordt gevormd, waarvan de eigenschappen hieronder zullen worden besproken.

Vluchtige stoffen op basis van fosfor

Er zijn twee belangrijke:

• witte fosfor;
• fosfine.

We noemden de eerste hierboven al en gaven de kenmerken. Ze zeiden dat het dikke witte rook was, zeer giftig, stinkend en zelfontbrandend onder normale omstandigheden.

Maar wat is fosfine? Dit is de meest voorkomende en bekende vluchtige stof, waaronder het betreffende element. Het is binair en de tweede deelnemer is waterstof. De formule van de waterstofverbinding van fosfor is pH₃, de naam is fosfine.

De eigenschappen van deze stof kunnen als volgt worden beschreven.

1. Vluchtig kleurloos gas.
2. Zeer giftig.
3. Het ruikt naar rotte vis.
4. Heeft geen interactie met water en lost er zeer slecht in op. Goed oplosbaar inorganische stoffen.
5. Onder normale omstandigheden zeer reactief.
6. Zelfontbranding in de lucht.
7. Geproduceerd uit de ontbinding van metaalfosfiden.

Een andere naam is Fosfaan. Verhalen uit de oudheid worden ermee geassocieerd. Het draait allemaal om de "dwalende lichten" die mensen soms zagen en zien op begraafplaatsen en moerassen. Bolvormige of kaarsachtige lichten die hier en daar verschijnen en de indruk wekken van beweging, werden als een slecht voorteken beschouwd en bijgelovige mensen waren erg bang voor hen. De oorzaak van dit fenomeen kan volgens de moderne opvattingen van sommige wetenschappers worden beschouwd als de zelfontbranding van fosfine, dat van nature wordt gevormd tijdens de afbraak van organische resten, zowel plantaardig als dierlijk. Het gas komt naar buiten en ontsteekt in contact met zuurstof in de lucht. De kleur en grootte van de vlam kan variëren. Meestal zijn dit groenachtige felle lichten.

Het is duidelijk dat alle vluchtige fosforverbindingen giftige stoffen zijn die gemakkelijk te detecteren zijn door een scherpe onaangename geur. Dit teken helpt vergiftiging en onaangename gevolgen te voorkomen.

Verbindingen met niet-metalen

Als fosfor zich gedraagt als een reductiemiddel, dan moeten we het hebben over binaire verbindingen met niet-metalen. Meestal zijn ze meer elektronegatief. We kunnen dus verschillende soorten van dit soort stoffen onderscheiden:

• verbinding van fosfor en zwavel - fosforsulfide P₂S₃;
• fosforchloride III, V;
• oxiden en anhydride;
• bromide en jodide enanderen.

De chemie van fosfor en zijn verbindingen is divers, dus het is moeilijk om de belangrijkste ervan te identificeren. Als we het specifiek hebben over de stoffen die worden gevormd uit fosfor en niet-metalen, dan zijn oxiden en chloriden van verschillende samenstellingen van het grootste belang. Ze worden gebruikt in chemische syntheses als ontwateringsmiddelen, als katalysatoren, enzovoort.

Dus, een van de krachtigste droogmiddelen is het hoogste fosforoxide - P₂O₅. Het trekt zo sterk water aan dat bij direct contact ermee een heftige reactie optreedt met sterke geluidsbegeleiding. De substantie zelf is een witte sneeuwachtige massa, dichter bij amorf in zijn aggregatiestaat.

Zuurstofrijke organische verbindingen met fosfor

Het is bekend dat de organische chemie veel groter is dan de anorganische chemie in termen van het aantal verbindingen. Dit wordt verklaard door het fenomeen van isomerie en het vermogen van koolstofatomen om ketens van atomen met verschillende structuren te vormen, die met elkaar sluiten. Natuurlijk is er een bepaalde volgorde, dat wil zeggen een classificatie, waaraan alle organische chemie onderworpen is. Verbindingsklassen zijn verschillend, maar we zijn geïnteresseerd in één specifieke, direct gerelateerd aan het element in kwestie. Dit zijn zuurstofhoudende verbindingen met fosfor. Deze omvatten:

• co-enzymen - NADP, ATP, FMN, pyridoxaalfosfaat en andere;
• eiwitten;
• nucleïnezuren, aangezien het fosforzuurresidu deel uitmaakt van het nucleotide;
• fosfolipiden en fosfoproteïnen;
• enzymen en katalysatoren.

Type ion waarinfosfor is betrokken bij de vorming van een molecuul van deze verbindingen, de volgende is PO₄^3-, dat wil zeggen, het is een zuurresidu van fosforzuur. Het is in sommige eiwitten aanwezig als een vrij atoom of een eenvoudig ion.

Voor de normale werking van elk levend organisme zijn dit element en de organische verbindingen die erdoor gevormd worden uiterst belangrijk en noodzakelijk. Zonder eiwitmoleculen is het inderdaad onmogelijk om een enkel structureel deel van het lichaam op te bouwen. En DNA en RNA zijn de belangrijkste dragers en zenders van erfelijke informatie. Over het algemeen moeten alle verbindingen zonder fouten aanwezig zijn.

Gebruik van fosfor in de industrie

Het gebruik van fosfor en zijn verbindingen in de industrie kan op verschillende punten worden gekarakteriseerd.

1. Gebruikt bij de vervaardiging van lucifers, explosieve verbindingen, brandbommen, sommige brandstoffen, smeermiddelen.
2. Als gasabsorbeerder en bij de vervaardiging van gloeilampen.
3. Om metalen te beschermen tegen corrosie.
4. In de landbouw als bodembemesting.
5. Als waterontharder.
6. In chemische syntheses bij de productie van verschillende stoffen.

De rol in levende organismen wordt gereduceerd tot deelname aan de vorming van tandglazuur en botten. Deelname aan de reacties van ana- en katabolisme, evenals het handhaven van de buffering van de interne omgeving van de cel en biologische vloeistoffen. Het is de basis in de synthese van DNA, RNA, fosfolipiden.