§ 36. Элементы VА-группы. Азот и фосфор

Фосфор как простое вещество

Фосфор, являясь элементом VА-группы, как и азот, способен образовывать молекулу состава P₂. Однако, в отличие от молекулы азота, двухатомная молекула фосфора неустойчива. Поэтому фосфор существует в виде нескольких аллотропных модификаций, в которых реализуются лишь одинарные связи Р—Р: фосфор белый, красный, чёрный и другие (табл. 29).

Таблица 29. Строение и физические свойства аллотропных модификаций фосфора

Аллотропные модификации фосфора	Строение	Температура плавления	Температура кипения
Р4 фосфор белый		44 °С	281 °С
Р фосфор красный		260 °С	‒ Возгоняется при температуре около 400 °С
* Р фосфор чёрный	Фрагмент кристаллической решётки чёрного фосфора	При нагревании (атмосферное давление) превращается в красный фосфор	1000 °С (при 1,8 ∙ 106 атм)

Физические свойства. Белый фосфор Р₄ представляет собой воскообразное вещество с чесночным запахом, ядовит. На воздухе в темноте светится зеленовато-жёлтым цветом в результате медленной химической реакции окисления (хемилюминесценция (рис. 88)).

Красный фосфор — аморфное вещество полимерного строения, не имеет запаха, его токсичность невысокая.

Между аллотропными модификациями фосфора возможны взаимопревращения, протекающие при определённых температурах и давлениях.

Химические свойства. Как окислитель фосфор при нагревании вступает в реакции с металлами, образуя фосфиды:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mn»3«/mn»«mi»Mg«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mn»0«/mn»«/mover»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mi»t«/mi»«/mover»«msub»«mi»Mg«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»3«/mn»«/mrow»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«mo».«/mo»«/math»

С водородом фосфор не реагирует.

Как восстановитель фосфор реагирует с кислородом и другими сильными окислителями. В чистом кислороде и на воздухе фосфор ослепительно горит, образуя белый дым (частицы твёрдых оксидов фосфора):

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mn»4«/mn»«mover»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mn»0«/mn»«/mover»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»5«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«msub»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«/mrow»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»5«/mn»«/mrow»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»5«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»Q«/mi»«/math» (оксид фосфора(V) в избытке кислорода);

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mn»4«/mn»«mover»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mn»0«/mn»«/mover»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»3«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mrow»«mn»2«/mn»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«/msub»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mover»«mrow»«mn»2«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«/mrow»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»3«/mn»«/mrow»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»Q«/mi»«/math» (оксид фосфора(III) при недостатке кислорода).

Белый фосфор может самовоспламеняться на воздухе, а красный загорается лишь при поджигании, что объясняется различной прочностью химических связей между атомами фосфора в аллотропных модификациях.

Фосфор получают прокаливанием смеси фосфата кальция с песком и углём:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mn»2«/mn»«msub»«mi»Ca«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«msub»«mi»PO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»6«/mn»«msub»«mi»SiO«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»10«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mover»«mo»=«/mo»«mrow»«mn»1400«/mn»«mo»§#8211;«/mo»«mn»1600«/mn»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#176;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1057;«/mi»«/mrow»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«mn»6«/mn»«msub»«mi»CaSiO«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»10«/mn»«mi»CO«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo».«/mo»«/mrow»«/mstyle»«/math»

Не реагируя с водородом непосредственно, фосфор тем не менее образует водородные соединения. Так, фосфин можно получить косвенно, например, из фосфидов, которые разрушаются как водой, так и кислотами: Mg₃Р₂ + 6H₂O = 3Mg(ОН)₂↓ + 2РH₃↑.

Фосфин РH₃ — газ с чесночным запахом.

В природе водородные соединения фосфора встречаются там, где происходит интенсивное разложение белковых веществ.

Применение. Белый фосфор используют для производства фосфорных кислот и их производных, в металлургии как компонент некоторых жаропрочных сплавов. Красный фосфор применяют в производстве спичек, в органическом синтезе (лекарственные препараты, ядохимикаты). Образцы фосфора, содержащие нуклид ³²Р («меченый атом») с периодом полураспада 14,22 суток, используют в исследовательских работах.