Print this chapterPrint this chapter

§ 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

img
Шаростержневая модель молекулы P4
44 °С 281 °С

Р фосфор красный

img
Фрагмент структуры красного фосфора
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)
img
Рис. 88. Фрагмент картины английского художника Джозефа Райта «Алхимик, открывающий фосфор»

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:

3 Mg space plus space 2 straight P with 0 on top stack space equals space with t on top Mg subscript 3 straight P with negative 3 on top subscript 2.

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):

4 stack straight P space with 0 on top plus space 5 straight O subscript 2 space equals stack space 2 straight P with plus 5 on top subscript 2 straight O subscript 5 space plus space Q (оксид фосфора(V) в избытке кислорода);

4 stack straight P space with 0 on top plus space 3 straight O subscript 2 space end subscript equals space stack 2 straight P with plus 3 on top subscript 2 straight O subscript 3 space plus space Q (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.

img

Фосфор получают прокаливанием смеси фосфата кальция с песком и углём:

begin mathsize 14px style 2 Ca subscript 3 left parenthesis PO subscript 4 right parenthesis subscript 2 space plus space 6 SiO subscript 2 space plus space 10 straight C space equals with 1400 – 1600 space degree straight С on top space 6 CaSiO subscript 3 space plus space 10 CO space plus space straight P subscript 4. end style

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.