Phosphor und seine Verbindungen. Praktische Anwendung von Phosphorverbindungen

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 05:21

Unter den biogenen Elementen ist dem Phosphor eine besondere Stellung einzuräumen. Denn ohne sie ist die Existenz lebenswichtiger Verbindungen wie zum Beispiel ATP oder Phospholipide sowie vieler anderer organischer Substanzen unmöglich. Gleichzeitig ist die anorganische Materie dieses Elements sehr reich an verschiedenen Molekülen. Phosphor und seine Verbindungen sind in der Industrie weit verbreitet, sind wichtige Teilnehmer an biologischen Prozessen und werden in verschiedenen Bereichen menschlicher Aktivitäten verwendet. Überlegen Sie sich daher, was dieses Element ist, was seine einfache Substanz und die wichtigsten Verbindungen sind.

Phosphor: allgemeine Eigenschaften des Elements

Die Stellung im Periodensystem kann in mehreren Punkten beschrieben werden.

1. Fünfte Gruppe, Hauptuntergruppe.
2. Dritter kleiner Punkt.
3. Ordnungszahl - 15.
4. Atommasse ist 30.974.
5. Elektronische Konfiguration des Atoms 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Mögliche Oxidationsstufen von-3 bis +5.
7. Chemisches Symbol - P, Aussprache in Formeln "pe". Der Name des Elements ist Phosphor. Lateinischer Name Phosphor.

Die Geschichte der Entdeckung dieses Atoms reicht bis ins ferne 12. Jahrhundert zurück. Sogar in den Aufzeichnungen von Alchemisten gab es Informationen, die auf den Erh alt einer unbekannten "leuchtenden" Substanz hindeuteten. Das offizielle Datum für die Synthese und Entdeckung von Phosphor war jedoch 1669. Der bankrotte Kaufmann Brand hat auf der Suche nach dem Stein der Weisen versehentlich eine Substanz synthetisiert, die in der Lage ist, zu glühen und mit einer hellen, blendenden Flamme zu brennen. Er tat dies, indem er wiederholt menschlichen Urin kalzinierte.

Danach wurde dieses Element unabhängig voneinander auf ungefähr denselben Wegen empfangen:

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

Heute ist eine der beliebtesten Methoden zur Synthese dieses Stoffes die Reduktion aus den entsprechenden phosphorh altigen Mineralien bei hohen Temperaturen unter dem Einfluss von Kohlenmonoxid und Kieselsäure. Der Prozess wird in speziellen Öfen durchgeführt. Phosphor und seine Verbindungen sind sehr wichtige Stoffe sowohl für Lebewesen als auch für viele Synthesen in der chemischen Industrie. Daher sollte man sich überlegen, was dieses Element als einfache Substanz ist und wo es in der Natur vorkommt.

Einfachsubstanz Phosphor

Es ist schwer, eine bestimmte Verbindung zu nennen, wenn es um Phosphor geht. Das liegt an den zahlreichenallotrope Modifikationen, die dieses Element hat. Es gibt vier Hauptvarianten der einfachen Substanz Phosphor.

1. Weiß. Dies ist eine Verbindung, deren Formel Р₄ ist. Es ist eine weiße flüchtige Substanz mit einem scharfen unangenehmen Knoblauchgeruch. Es entzündet sich bei normalen Temperaturen spontan an der Luft. Brennt mit einem hellgrünen Licht. Sehr giftig und lebensgefährlich. Die chemische Aktivität ist extrem hoch, daher wird es unter einer Schicht aus gereinigtem Wasser gewonnen und gelagert. Dies ist aufgrund der schlechten Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln möglich. Für diesen weißen Phosphor eignen sich am besten Schwefelkohlenstoff und organische Substanzen. Beim Erhitzen kann es sich in die nächste allotrope Form umwandeln - roten Phosphor. Beim Kondensieren und Kühlen von Dämpfen kann es Schichten bilden. Fühlt sich ölig an, weich, lässt sich leicht mit einem Messer schneiden, weiß (leicht gelblich). Schmelzpunkt 44⁰C. Aufgrund seiner chemischen Aktivität wird es in Synthesen verwendet. Aufgrund seiner Toxizität hat es jedoch keine breite industrielle Anwendung.
2. Gelb. Es ist eine schlecht gereinigte Form von weißem Phosphor. Es ist noch giftiger, es riecht auch unangenehm nach Knoblauch. Entzündet und brennt mit einer hell leuchtenden grünen Flamme. Diese gelben oder braunen Kristalle lösen sich überhaupt nicht in Wasser auf; wenn sie vollständig oxidiert sind, geben sie weiße Rauchwolken mit der Zusammensetzung P₄O₁₀ ab.
3. Roter Phosphor und seine Verbindungen sind die gebräuchlichste und am häufigsten verwendete Modifikation dieses Stoffes in der Industrie. Pastöse rote Masse, die unter erhöhtem Druck austreten kannin Form von violetten Kristallen übergehen, ist chemisch inaktiv. Es ist ein Polymer, das sich nur in bestimmten Metallen auflösen kann und sonst nichts. Bei einer Temperatur von 250⁰С sublimiert es und verwandelt sich in eine weiße Modifikation. Nicht so giftig wie frühere Formen. Eine langfristige Exposition gegenüber dem Körper ist jedoch toxisch. Es wird zum Aufbringen einer Brandbeschichtung auf Streichholzschachteln verwendet. Dies erklärt sich dadurch, dass es sich nicht selbst entzünden kann, sondern bei Denotation und Reibung explodiert (entzündet).
4. Schwarz. Nach externen Angaben ist es Graphit sehr ähnlich, es fühlt sich auch fettig an. Es ist ein elektrischer Halbleiter. Dunkle Kristalle, glänzend, die sich in keinem Lösungsmittel lösen können. Damit es brennt, sind sehr hohe Temperaturen und ein Vorheizen nötig.

Interessant ist auch die kürzlich entdeckte Form von Phosphor - metallisch. Es ist ein Leiter und hat ein kubisches Kristallgitter.

Chemische Eigenschaften

Die chemischen Eigenschaften von Phosphor hängen davon ab, in welcher Form er vorliegt. Wie oben erwähnt, die aktivste gelbe und weiße Modifikation. Im Allgemeinen kann Phosphor interagieren mit:

• Metalle, die Phosphide bilden und als Oxidationsmittel wirken;
• Nichtmetalle, die als Reduktionsmittel wirken und flüchtige und nichtflüchtige Verbindungen verschiedener Art bilden;
• starke Oxidationsmittel, die zu Phosphorsäure werden;
• mit konzentrierten Ätzalkalien nach TypDisproportionierung;
• mit Wasser bei sehr hoher Temperatur;
• mit Sauerstoff zu verschiedenen Oxiden.

Phosphor hat ähnliche chemische Eigenschaften wie Stickstoff. Immerhin gehört er zur Pnictogen-Gruppe. Allerdings ist die Aktivität aufgrund der Vielf alt an allotropen Modifikationen um mehrere Größenordnungen höher.

In der Natur sein

Phosphor ist als Nährstoff sehr reichlich vorhanden. Sein Anteil in der Erdkruste beträgt 0,09 %. Dies ist ein ziemlich großer Indikator. Wo kommt dieses Atom in der Natur vor? Es gibt mehrere Hauptorte zu nennen:

• grüne Pflanzenteile, ihre Samen und Früchte;
• tierisches Gewebe (Muskeln, Knochen, Zahnschmelz, viele wichtige organische Verbindungen);
• kruste;
• Boden;
• Gesteine und Mineralien;
• Meerwasser.

In diesem Fall können wir nur von verwandten Formen sprechen, nicht aber von einer einfachen Substanz. Schließlich ist er äußerst aktiv, und das erlaubt ihm nicht, frei zu sein. Zu den phosphorreichsten Mineralien gehören:

• English;
• Fluorapatit;
• svanbergite;
• Phosphorit und andere.

Die biologische Bedeutung dieses Elements kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Schließlich ist es Bestandteil von Verbindungen wie:

• Proteine;
• Phospholipide;
• DNA;
• RNA;
• Phosphoproteine;
• Enzyme.

Das heißt, all jene, die lebensnotwendig sind und aus denen der gesamte Organismus aufgebaut ist. Die Tagesdosis für einen durchschnittlichen Erwachsenen beträgt etwa 2 Gramm.

Phosphor und seine Verbindungen

Dieses Element ist sehr aktiv und bildet viele verschiedene Substanzen. Schließlich bildet es auch Phosphide und wirkt selbst als Reduktionsmittel. Aus diesem Grund ist es schwierig, ein Element zu benennen, das bei der Reaktion damit inert wäre. Daher sind die Formeln von Phosphorverbindungen äußerst vielfältig. Es gibt mehrere Substanzklassen, an deren Entstehung er aktiv beteiligt ist.

1. Binäre Verbindungen - Oxide, Phosphide, flüchtige Wasserstoffverbindungen, Sulfide, Nitride und andere. Zum Beispiel: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{und andere.}
2. Komplexe Substanzen: Salze aller Art (mittel, sauer, basisch, doppelt, komplex), Säuren. Beispiel: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ und andere.
3. Sauerstoffh altige organische Verbindungen: Proteine, Phospholipide, ATP, DNA, RNA und andere.

Die meisten der bezeichneten Stoffarten sind von großer industrieller und biologischer Bedeutung. Die Verwendung von Phosphor und seinen Verbindungen ist sowohl für medizinische Zwecke als auch für die Herstellung ganz gewöhnlicher Haush altsgegenstände möglich.

Verbindungen mit Metallen

Binäre Verbindungen des Phosphors mit Metallen und weniger elektronegativen Nichtmetallen nennt man Phosphide. Dies sind salzartige Substanzen, die extrem instabil sind, wenn sie verschiedenen Mitteln ausgesetzt werden. Schnelle Zersetzung (Hydrolyse) verursacht sogarklares Wasser.

Außerdem zerfällt der Stoff unter Einwirkung nicht konzentrierter Säuren auch in die entsprechenden Produkte. Wenn wir beispielsweise über die Hydrolyse von Calciumphosphid sprechen, sind die Produkte Metallhydroxid und Phosphin:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

Und indem wir das Phosphid unter Einwirkung einer Mineralsäure zersetzen, erh alten wir das entsprechende Salz und Phosphin:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Im Allgemeinen liegt der Wert der betrachteten Verbindungen gerade darin, dass dabei eine Wasserstoffverbindung des Phosphors entsteht, auf deren Eigenschaften weiter unten noch eingegangen wird.

Flüchtige Substanzen auf Phosphorbasis

Es gibt zwei Hauptgründe:

• weißer Phosphor;
• Phosphin.

Den ersten haben wir oben schon erwähnt und die Eigenschaften angegeben. Sie sagten, es sei dicker weißer Rauch, hochgiftig, übelriechend und unter normalen Bedingungen selbstentzündlich.

Aber was ist Phosphin? Dies ist die häufigste und bekannteste flüchtige Substanz, die das betreffende Element enthält. Es ist binär und der zweite Teilnehmer ist Wasserstoff. Die Formel der Wasserstoffverbindung von Phosphor ist pH₃, der Name ist Phosphin.

Die Eigenschaften dieser Substanz können wie folgt beschrieben werden.

1. Flüchtiges farbloses Gas.
2. Sehr giftig.
3. Es riecht nach faulem Fisch.
4. Interagiert nicht mit Wasser und löst sich sehr schlecht darin auf. Gut löslich inBio.
5. Unter normalen Bedingungen sehr reaktiv.
6. Entzündet sich selbst an der Luft.
7. Hergestellt aus der Zersetzung von Metallphosphiden.

Ein anderer Name ist Phosphan. Geschichten aus alten Zeiten sind damit verbunden. Es geht um die "Wanderlichter", die die Menschen manchmal auf Friedhöfen und in Sümpfen sahen und jetzt sehen. Kugelförmige oder kerzenartige Lichter, die hier und da auftauchen und den Eindruck von Bewegung erwecken, g alten als schlechtes Omen und abergläubische Menschen hatten große Angst vor ihnen. Die Ursache dieses Phänomens kann nach den modernen Ansichten einiger Wissenschaftler in der spontanen Verbrennung von Phosphin liegen, das auf natürliche Weise bei der Zersetzung organischer Rückstände, sowohl pflanzlicher als auch tierischer Art, entsteht. Das Gas tritt aus und entzündet sich bei Kontakt mit Luftsauerstoff. Flammenfarbe und -größe können variieren. Meistens sind dies grünliche helle Lichter.

Offensichtlich sind alle flüchtigen Phosphorverbindungen giftige Substanzen, die leicht an einem scharfen, unangenehmen Geruch zu erkennen sind. Dieses Zeichen hilft, Vergiftungen und unangenehme Folgen zu vermeiden.

Verbindungen mit Nichtmetallen

Wenn sich Phosphor als Reduktionsmittel verhält, dann sollten wir von binären Verbindungen mit Nichtmetallen sprechen. Meistens sind sie elektronegativer. Wir können also mehrere Arten von Substanzen dieser Art unterscheiden:

• Verbindung von Phosphor und Schwefel - Phosphorsulfid P₂S₃;
• Phosphorchlorid III, V;
• Oxide und Anhydride;
• Bromid und Jodid undandere.

Die Chemie von Phosphor und seinen Verbindungen ist vielfältig, daher ist es schwierig, die wichtigsten davon zu identifizieren. Wenn wir speziell über die Stoffe sprechen, die aus Phosphor und Nichtmetallen gebildet werden, dann sind Oxide und Chloride verschiedener Zusammensetzung von größter Bedeutung. Sie werden in chemischen Synthesen als Entwässerungsmittel, als Katalysatoren usw. eingesetzt.

Eines der stärksten Trockenmittel ist also das höchste Phosphoroxid - P₂O₅. Es zieht Wasser so stark an, dass es bei direktem Kontakt mit ihm zu einer heftigen Reaktion mit starker Geräuschbegleitung kommt. Die Substanz selbst ist eine weiße, schneeartige Masse, die in ihrem Aggregatzustand eher amorph ist.

Sauerstoffh altige organische Verbindungen mit Phosphor

Es ist bekannt, dass die organische Chemie der anorganischen Chemie in Bezug auf die Zahl der Verbindungen weit überlegen ist. Dies wird durch das Phänomen der Isomerie und die Fähigkeit von Kohlenstoffatomen erklärt, Ketten von Atomen verschiedener Strukturen zu bilden, die sich schließen. Natürlich gibt es eine gewisse Ordnung, also eine Klassifikation, der die gesamte organische Chemie unterworfen ist. Verbindungsklassen sind unterschiedlich, wir interessieren uns jedoch für eine bestimmte, die direkt mit dem betreffenden Element zusammenhängt. Dies sind sauerstoffh altige Verbindungen mit Phosphor. Dazu gehören:

• Coenzyme - NADP, ATP, FMN, Pyridoxalphosphat und andere;
• Proteine;
• Nukleinsäuren, da der Phosphorsäurerest Teil des Nukleotids ist;
• Phospholipide und Phosphoproteine;
• Enzyme und Katalysatoren.

Art des Ions, in demPhosphor ist an der Bildung eines Moleküls dieser Verbindungen beteiligt, das nächste ist PO₄^3-, dh es ist ein Säurerest von Phosphorsäure. Es ist in einigen Proteinen als freies Atom oder einfaches Ion vorhanden.

Für das normale Funktionieren jedes lebenden Organismus sind dieses Element und die daraus gebildeten organischen Verbindungen äußerst wichtig und notwendig. Tatsächlich ist es ohne Proteinmoleküle unmöglich, einen einzigen strukturellen Teil des Körpers aufzubauen. Und DNA und RNA sind die Hauptträger und Übermittler von Erbinformationen. Generell müssen alle Verbindungen unbedingt vorhanden sein.

Verwendung von Phosphor in der Industrie

Die Verwendung von Phosphor und seinen Verbindungen in der Industrie lässt sich in mehreren Punkten charakterisieren.

1. Wird bei der Herstellung von Streichhölzern, explosiven Verbindungen, Brandbomben, einigen Kraftstoffen und Schmiermitteln verwendet.
2. Als Gasabsorber und bei der Herstellung von Glühlampen.
3. Zum Schutz von Metallen vor Korrosion.
4. In der Landwirtschaft als Bodendünger.
5. Als Wasserenthärter.
6. In chemischen Synthesen bei der Herstellung verschiedener Substanzen.

Die Rolle in lebenden Organismen reduziert sich auf die Beteiligung an der Bildung von Zahnschmelz und Knochen. Teilnahme an den Reaktionen des Ana- und Katabolismus sowie Aufrechterh altung der Pufferung der inneren Umgebung der Zelle und der biologischen Flüssigkeiten. Es ist die Grundlage für die Synthese von DNA, RNA und Phospholipiden.