Фосфор: фізичні та хімічні властивості

Статтю написано Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Познавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета, як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою

Зміст:

Історія відкриття

Фізичні властивості

Як і азот, фосфор здатний утворювати двоатомні молекули Р2. Однак подібні молекули фосфору можуть бути стійкими лише при дуже високій температурі – близько 1000 С. У звичайних умовах атоми фосфору з'єднуються в молекули інших складів. Наприклад, білий фосфор складається із чотирихатомних молекул Р4. Між собою атоми білого фосфору з'єднані як найпростішого багатогранника тетраедра. Так схематично виглядає будова молекули білого фосфору, що з чотирьох атомів. Сам білий фосфор є практично безбарвною твердокристалічною речовиною, що моментально окислюється киснем повітря, при цьому під час окислення фосфору йде дим, а в повітрі з'являється явний часниковий запах. Своїм зовнішнім виглядом білий фосфор схожий на віск, такий же м'який і легкоплавкий, при цьому світиться в темряві і є надзвичайно небезпечним, тому що дуже отруйний та вогнебезпечний. Крім білого фосфору фізики також розрізняють червоний фосфор, чорний фосфор, жовтий і металевий фосфор, кожен з них має свої особливі фізичні властивості. Так якщо білий фосфор нагрівати до температури 300 С без доступу повітря і в присутності каталізаторів (ними може бути йод або натрій), він перетвориться на червоний фосфор.На відміну від білого фосфору його червоний побратим не світиться в темряві і не є отруйним і небезпечним, саме його використовують при виробництві сірників. Червоний фосфор - це аморфна речовина, що складається з полімерних молекул Px, він нерозчинний у воді та інших органічних розчинниках, а при нагріванні без доступу повітря не займається. Якщо білий фосфор помістити під дуже великий тиск (в сотні атмосфер), то з нього вийде чорний фосфор, який своїми властивостями нагадує метал: він блищить і проводить електричний струм. Якщо ще більше збільшити тиск, то чорний фосфор перетвориться на металевий, його кристалічні грати будуть такими ж щільними як у металів. Металевий фосфор добре проводить електричний струм. Так виглядають різні види фосфору. Хоча фосфор і є одним із найпоширеніших хімічних елементів на нашій планеті, у чистому вигляді в природних умовах його не буває, добути чистий фосфор можна лише в хімічній лабораторії. Однак фосфор входить до складу багатьох важливих хімічних та біологічних сполук: фосфоліпідів, фосфідів (сполуки фосфору та металів), фосфінів (сполук водню з фосфором), фосфорної кислоти тощо.

Хімічні властивості

Як ми писали вище, фосфор займає 15 місце в періодичній таблиці Менделєєва і входить до однієї групи з азотом, миш'яком та сурмою. Хоча на валентному рівні він і має цілих 5 електронів, проте 5 зв'язків утворюються досить рідко. Фосфор дуже хімічно активний елемент, особливо білий фосфор.Як наслідок він може вступати в найрізноманітніші хімічні реакції, виступаючи як окислювачем (з елементами, розташованими нижче і лівіше в таблиці Менделєєва), так і відновника (з елементами, розташованими вище і правіше в таблиці Менделєєва). При взаємодії із киснем повітря утворюються оксиди – ангідриди відповідних кислот: 4P +3O₂ > 2P₂O₃ 4P + 5O₂ > 2P₂O₅ При взаємодії фосфору з галогенами утворюються галогеніди із загальною формулою PHal₃ та PHal₅: 2P + 3Cl₂ > 2PCl₃ 2P + 5Cl₂ > 2PCl₅ При взаємодії фосфору із сіркою утворюються сульфіди: 2P + 3S > P₂S₃ 2P + 5S > P₂S₅ При взаємодії із металами фосфор виявляє властивості окислювача, продукти реакції називають фосфідами. Наприклад, кальцій та магній реагують з фосфором з утворенням фосфідів кальцію та магнію: 2P + 3Ca > Ca₃P₂ 2P + 3Mg > Mg₃P₂

Застосування

Навчившись добувати фосфор у чистому вигляді людина знайшла йому найрізноманітніше застосування, причому як творче, а часом і дуже руйнівне. Так ще під час першої світової війни німецькими хіміками був використаний жовтий фосфор як начинка запальних боєприпасів та отруйних газів. Згодом застосування таких газів на полі бою було заборонено Женевською конвенцією. На жаль, така наша дурна людська природа – використовувати наукові відкриття у руйнівних цілях, як утім, і відкриття енергії розщеплення атома було застосовано до створення атомної бомби, і лише потім атомної енергетики. Але повернемося до фосфору, з мирною метою цей хімічний елемент активно використовується в сільському господарстві для створення ефективних добрив для рослин.Фосфор входить до складу деяких лікарських препаратів, наприклад, в антибіотик фосфоміцин, до складу миючих засобів, нарешті, з безпечного червоного фосфору роблять сірники. А багато фосфідів (з'єднання фосфору і металів) мають відмінні напівпровідникові властивості. та активно задіяні в мікроелектроніці.

Отримання

Дія фосфору, його функції та роль в організмі людини

Тепер давайте відповімо на питання, яка роль фосфору в організмі людини. А вона дуже велика, тому що фосфор бере участь у всіх обмінних процесах, що відбуваються в нашому організмі. тканини, і якщо пропорція вмісту кальцію та фосфору буде порушена, то кістки можуть стати крихкими, збільшиться ризик переломів. Крім кісток і зубів фосфор має вплив і на найголовніше – розумову діяльність людини, адже вона міститься в нашій мозковій тканині та нервах. необхідних органічних речовин. Нарешті фосфор входить до складу ДНК та РНК, бере участь у ферментивних процесах, що підтримують кислотно-лужний баланс в організмі.

Фосфор для дитини

Особливо необхідний фосфор для дитячого організму, що росте, адже у дитини йде активне формування кісток скелета, розвиваються клітини головного мозку. Тому дуже важливо щоб малюк отримував фосфор у необхідних кількостях і при цьому регулярно, адже значна його частина вимивається з організму з сечею.Тому важливо знати, які продукти містять фосфор.

Продукти, що містять фосфор

Добова норма

Добова норма фосфору для дорослої людини становить 1200–1600 мг. Також варто врахувати, що для людей, які займаються інтенсивними фізичними навантаженнями, а також для вагітних і матерів-годувальниць добова норма фосфору вище і становить приблизно 3000-3800 мг. Дітям потрібно від 300 до 1800 мг фосфору щодня, залежно від віку.

Недолік (дефіцит) фосфору в організмі

• прийомом деяких ліків, які знижують кислотність,
• дієтами зі зниженим вмістом білків,
• алкогольними чи наркотичними залежностями,
• ендокринними захворюваннями,
• захворюваннями нирок.

Симптомами нестачі фосфору є загальне нездужання, слабкість, апатичність, депресія, фізичне та розумове виснаження. Якщо у вас проявляються ці симптоми, то краще, ніж швидше, звернеться до лікаря, щоб він прописав вам правильне лікування.

Надлишок фосфору в організмі та симптоми отруєння їм

Надлишок фосфору в організмі людини може бути настільки ж шкідливим, як і його недолік. Зазвичай причиною надлишку фосфору є зловживання людиною м'ясною їжею. Коли фосфору стає занадто багато, порушується його пропорція вмісту кальцію. Кальція стає меншою, ніж потрібно, його витісняє фосфор, від чого кістки людини стають більш крихкими, може виникнути остеопороз (зниження щільності кісток, підвищення їх крихкості).

Також надлишок фосфору може призвести до виникнення проблем із зубами, порушення роботи нервової системи, нирок та щитовидних залоз.Щоб запобігти все це важливо вести здоровий спосіб життя, правильно харчуватися (не лише хлібом і м'ясом, а обов'язково фруктами, овочами), уникати шкідливих звичок.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Познавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/запитання/пропозицію можете написати на мою пошту [email protected] або до Фейсбуку, з повагою автор.

А чому фосфор світиться у темряві?

Білий фосфор повільно окислюється киснем повітря вже за кімнатної температури і світиться (блідо-зелене світіння). Явище такого роду світіння внаслідок хімічних реакцій окиснення називається хемілюмінесценцією (іноді помилково фосфоресценцією)

Білий фосфор, окисляючись киснем повітря, світиться в темряві і легко спалахує при слабкому нагріванні, наприклад, від тертя.

фосфор світиться лише у процесі окислення киснем повітря. ..

Він окислюється киснем повітря, у своїй випромінюється світло (таке явище називається хемолюмінесценцією).

Є дві причини для свічення фосфору у темряві:
1) Окислення повітря (хеміолюмінесценція)
2) Свічення від зовнішнього джерела збудження (вимушена фосфоресценція).
В останньому випадку використовуються слаборадіоактивні речовини, які підживлюють сполуки фосфору та змушують світитися. Саме цей механізм використовується у більшості приладів. Хоча досі поширене переконання, що фосфор здатний накопичувати сонячне випромінювання та світитись усю ніч. Запевняю, це не так.