Фосфор. Оксид фосфора (V) и фосфорная кислота, физические и химические свойства, получение

Научимся понимать свойства фосфора, его оксида и фосфорной кислоты, а также способы их получения и применения.

Фосфор — важнейший элемент жизни (входит в состав ДНК, костей, АТФ). Фосфорная кислота и её соли — основа минеральных удобрений, моющих средств, пищевых добавок. Понимание свойств помогает объяснить, почему фосфор хранят под водой, почему оксид фосфора — осушитель, и как получают удобрения.

• Фосфор — неметалл VA-группы, в соединениях проявляет степени окисления -3, +3, +5, наиболее устойчивая — +5.
• Аллотропные модификации фосфора различаются строением кристаллической решётки и свойствами: белый — ядовит и светится, красный — безопасен, чёрный — похож на металл.
• Оксид фосфора (V) P₂O₅ — кислотный оксид, энергично реагирует с водой, образуя фосфорную кислоту.
• Фосфорная кислота H₃PO₄ — трёхосновная, средней силы, нелетучая, хорошо растворима в воде.
• Фосфорную кислоту получают из фосфоритов и апатитов действием серной кислоты или сжиганием фосфора с последующим растворением оксида в воде.
• Соли фосфорной кислоты — фосфаты — широко используются как удобрения и пищевые добавки.
• Фосфор горит на воздухе с образованием густого белого дыма — P₂O₅, поэтому его применяют в дымовых шашках.

Аллотропия

Существование одного и того же химического элемента в виде нескольких простых веществ, различающихся строением и свойствами.

Белый фосфор

Ядовитое, воскообразное вещество, светящееся в темноте, самовоспламеняется на воздухе, хранится под водой.

Красный фосфор

Полимерное вещество красно-коричневого цвета, не ядовит, не светится, устойчив на воздухе, используется в производстве спичек.

Оксид фосфора (V)

Белый порошок, кислотный оксид, очень гигроскопичен, жадно поглощает воду, образуя фосфорную кислоту.

Фосфорная кислота

Трёхосновная кислородсодержащая кислота средней силы, нелетучая, хорошо растворима в воде, образует три ряда солей.

Фосфаты

Соли фосфорной кислоты, например, Ca₃(PO₄)₂, Na₃PO₄, используются как удобрения и в пищевой промышленности.

Гигроскопичность

Способность вещества поглощать влагу из окружающей среды.

• Фосфор в природе встречается только в виде соединений, главные минералы — фосфориты Ca₃(PO₄)₂ и апатиты Ca₅(PO₄)₃F.
• Белый фосфор очень ядовит: смертельная доза — около 0,1 г. Он светится в темноте из-за окисления на воздухе.
• Красный фосфор получают нагреванием белого фосфора без доступа воздуха при 250–300°C.
• Оксид фосфора (V) P₂O₅ — белый гигроскопичный порошок, используется как осушитель газов и жидкостей.
• Уравнение реакции: P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄ (при нагревании или на холоде).
• Фосфорную кислоту получают: Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ → 3CaSO₄↓ + 2H₃PO₄ (в промышленности).
• Фосфорная кислота — трёхосновная, поэтому образует три вида солей: фосфаты (PO₄³⁻), гидрофосфаты (HPO₄²⁻), дигидрофосфаты (H₂PO₄⁻).
• Фосфор горит на воздухе: 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ — реакция идёт с ярким пламенем и густым белым дымом.

1. Пример 1случай
   • Белый фосфор хранят под водой, потому что на воздухе он самовоспламеняется
   • красный фосфор можно хранить на воздухе — он устойчив
2. Пример 2случай

   Оксид фосфора (V) используют как осушитель

   Пояснение

   • он жадно поглощает воду из воздуха, поэтому его кладут в эксикаторы для сушки веществ
3. Пример 3случай
   • Фосфорная кислота применяется для удаления ржавчины с металлов перед нанесением покрытий
4. Пример 4случай

   Фосфатные удобрения (суперфосфат, преципитат) получают из фосфоритов и апатитов

   Пояснение

   • они необходимы для роста растений
5. Пример 5случай

   Спички зажигаются благодаря красному фосфору

   Пояснение

   • при трении он воспламеняется и поджигает серу в головке

• Белый фосфор был открыт в 1669 году алхимиком Хеннигом Брандом при выпаривании мочи — он искал философский камень, а нашёл светящееся вещество.
• В Древнем Египте фосфор использовали для изготовления светящихся красок, а в Средневековье — для создания «холодного огня» в театральных постановках.
• Фосфорная кислота входит в состав напитков типа колы (как регулятор кислотности, добавка E338).
• Красный фосфор используется на боковой поверхности спичечного коробка — при трении он воспламеняется.

• Белый фосфор очень ядовит и огнеопасен: нельзя трогать его руками, хранить на воздухе, нагревать без защиты.
• При горении фосфора образуется ядовитый дым P₂O₅, поэтому опыты проводят в вытяжном шкафу.
• Фосфорная кислота — едкое вещество, при попадании на кожу вызывает ожоги, поэтому работать с ней нужно в перчатках и очках.

• Азот и его соединения
• Кислородные соединения неметаллов
• Минеральные удобрения
• Кислоты: классификация и свойства