Хімія 10 клас

РОЗДІЛ 2 НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ


ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ VA ГРУПИ


§ 39. Фосфор


Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

характеризувати алотропні видозміни Фосфору, фізичні та хімічні властивості, поширеність у природі, добування і застосування фосфору;

порівнювати алотропні видозміни Фосфору;

складати рівняння та схеми електронного балансу відповідних хімічних рівнянь реакції.

Фосфор як хімічний елемент утворює понад 10 алотропних видозмін, найважливіші з них — білий, червоний і чорний фосфор. Алотропні видозміни Фосфору мають різну будову, і тому різняться за своїми фізичними властивостями.

Фізичні властивості. Білий фосфор Р4 — біла речовина з жовтуватим відтінком (через домішки). Зовні він дуже схожий на очищений віск або парафін (мал. 59, а). Має молекулярну кристалічну ґратку, у вузлах якої містяться молекули Р4 тетраедричної будови (мал. 59, б, в). Це м’яка і легкоплавка речовина (tпл = +44,1 °С), легко ріжеться ножем.

Він надзвичайно активний, поволі окиснюється киснем повітря, вже за кімнатної температури окиснення супроводжується блідо-зеленим світінням. Це явище називається хемілюмінесценцією. При світінні виділяється теплота, що може призвести до розплавляння фосфору і його займання. Тому білий фосфор зберігають під водою, оскільки у воді він не розчиняється, але легкорозчинний у карбон дисульфіді CS2 та бензені.

Білий фосфор надзвичайно отруйний (викликає ураження кісток, кісткового мозку, некроз щелеп). Летальна (смертельна) доза білого фосфору для дорослої людини становить 0,05 — 0,1 г. Розчинністю в карбон дисульфіді користуються для промислового очищення його від домішок.

Червоний фосфор Р — це більш стійка модифікація, ніж білий фосфор. Кристалічна ґратка червоного фосфору — атомна (мал. 60, б, в), тому він дуже відрізняється від білого фосфору.

Мал. 59. Білий фосфор: а — зовнішній вигляд; б — модель; в — графічна форма молекули

 

Мал. 60. Червоний фосфор: а — зовнішній вигляд; б — модель; в — фрагмент кристалічної ґратки


Являє собою суміш щонайменше трьох видозмін, з яких переважає фіолетова (мал. 60, а). Без запаху, у воді та карбон дисульфіді нерозчинний, загоряється лише за +260 оС. Не плавиться, оскільки ще до плавлення переходить у пару білого фосфору. Не отруйний, не леткий. Це полімер зі складною структурою.

При зберіганні на повітрі червоний фосфор поступово поглинає воду, і тому його зберігають у герметично закритих посудинах. Хімічна активність червоного фосфору значно нижча, ніж білого, що пояснюється різною будовою їх кристалічних ґраток.

Чорний фосфор Р — найбільш стабільна і найменш активна форма Фосфору. Має атомну кристалічну ґратку (мал. 61). Речовина з металічним блиском, жирна на дотик, тому схожа на графіт; нерозчинна у воді й органічних розчинниках, є напівпровідником. Не світиться, не леткий, не отруйний.

Під тиском 8,3 • 1010 Па чорний фосфор переходить у нову, більш щільну й інертну металічну видозміну, яка є провідником електричного струму.

«Жовтим» зазвичай називають неочищений білий фосфор. Це дуже отруйна і вогненебезпечна кристалічна речовина, із забарвленням від ясно-жовтого до темно-бурого кольору. Щоб уникнути самозаймання, жовтий фосфор зберігають і перевозять під шаром води.

- Складіть таблицю про порівняльні властивості алотропних видозмін Фосфору.

Хімічні властивості. Нагадаємо, що Фосфор у сполуках виявляє ступені окиснення +3 і +5 та -3. Тож у хімічних реакціях він може бути як відновником, так і окисником. Як відновник реагує з сильними окисниками — киснем і галогенами.

 

Мал. 61. Фрагмент кристалічної ґратки чорного фосфору


Дослід. У ложечку для спалювання кладемо трохи (на кінчику ножа) червоного фосфору, запалюємо на повітрі і вносимо в колбу з киснем. Спостерігається яскраве горіння фосфору на повітрі та в кисні:

4Р + 5О2 = 2Р2 О5

Фосфор окиснюється складними речовинами-окисниками, наприклад розбавленою і концентрованою нітратною кислотою, бертолетовою сіллю:

Хімічну реакцію взаємодії фосфору з бертолетовою сіллю КСlО3 можна спостерігати, якщо потерти сірником по боковій стінці коробки:

6Р +5КСlО3 = 3Р2О5 + 5KCl

- Доведіть відновні властивості фосфору, склавши схеми електронного балансу.

Ця реакція відбувається при запалюванні сірника. Бертолетова сіль у суміші з горючим компонентом (наприклад, сіркою) міститься в головці сірника, а червоний фосфор у суміші зі скляними крихтами — на боковій стінці коробки.

Як окисник фосфор взаємодіє з активними металами, при цьому він набуває ступеня окиснення -3. Продукти реакції називаються фосфідами, загальна формула Меx Рy . Наприклад, утворення магній фосфіду Мg3Р2:

3Мg + 2Р = Мg3Р2

Фосфіди — це сполуки, до складу яких входять атоми металічного елемента та Фосфору зі ступенем окиснення -3.

Отже, фосфор у хімічних реакціях може бути як відновником, так і окисником; більш характерними є відновні властивості.

Добування. У промисловості фосфор добувають при відновленні фосфориту вуглецем у суміші з піском за температури 1500 оС:

Пісок додають для того, щоб знизити температуру плавлення реакційної суміші. Це, в свою чергу, дає змогу збільшити вихід продукту. Пара білого фосфору, що утворюється, конденсується у приймачі під водою.

Пояснимо перебіг цієї реакції. Склад Са3(РО4)2 подамо у вигляді оксидів 3СаО • Р2О5. Під час нагрівання відбувається взаємодія основного оксиду СаО з кислотним оксидом SiO2:

СаО + SiO2 = CaSiO3, а Р2О5 відновлюється вуглецем:

2Р2О5 + 10С = P4 + 10С0 Застосування. Фосфор є найважливішим біогенним елементом і водночас широко застосовується у промисловості як проста речовина, засіб боротьби зі шкідниками рослин, для виготовлення сірників і лікарських препаратів, в органічному синтезі, добуванні фосфор(V) оксиду.

 Коротко про головне

Елемент Фосфор утворює декілька алотропних видозмін (червоний, білий, чорний фосфор тощо). Вони мають різну будову, отже, різняться своїми фізичними і хімічними властивостями.

Найбільш стабільний — чорний фосфор. У хімічних реакціях найактивнішим є білий фосфор, виявляючи як відновні, так і окиснювальні властивості, переважно відновні. Промислове значення має червоний фосфор.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити