Фосфор — химический элемент¶
Фосфор (лат. Phosphorus, от др.-греч. φῶς — «свет» и φορέω — «несу»; химический символ — P, атомный номер — 15) — химический элемент 15-й группы третьего периода периодической таблицы Менделеева. Относится к числу неметаллов. В природе фосфор не встречается в свободном виде из-за высокой химической активности и всегда находится в связанном состоянии, преимущественно в составе минералов апатита и фосфорита.
¶Свойства
¶Физические свойства
Чистый белый фосфор — восковато-белое прозрачное вещество, легко поддающееся ножу. Плотность 1,82 г/см³, температура плавления 44,1 °C, кипения — 280,5 °C. При нагревании на воздухе самовоспламеняется при 50 °C. Токсичен. Существует ряд аллотропных модификаций:
- Белый фосфор — наиболее реакционноспособная и токсичная форма; ядовит, вызывает ожоги и некроз тканей.
- Красный фосфор — метастабильная модификация, менее активна, не ядовит в обычных условиях, применяется в спичечном производстве.
- Чёрный фосфор — наиболее термодинамически устойчивая форма, обладает слоистой структурой, похожей на графит, проявляет полупроводниковые свойства.
- Фиолетовый фосфор — нестабильная форма, открытая в 1960-х годах.
¶Химические свойства
Фосфор образует окислительные степени от −3 до +5. Наиболее типичные соединения — фосфаты (PO₄³⁻). При горении в кислороде образует оксид фосфора(V) P₂O₅ (P₄O₁₀), один из самых сильных дегидратирующих агентов. С водой образует ортофосфорную кислоту H₃PO₄. Фосфор участвует в образовании множества неорганических и органических соединений.
¶История открытия
Элемент открыт в 1669 году немецким алхимиком и пивоваром Генрихом Брандтом в Гамбурге при выпаривании мочи. Брандт искал философский камень, но получил светящееся в темноте вещество — отсюда и название «фосфор» («несущий свет»). Позднее метод был повторён Робертом Бойлем, который описал его в своих работах. В 1772 году шотландский химик Джозеф Пристли получил красный фосфор нагреванием белого в закрытом сосуде.
¶Нахождение в природе
Фосфор — двадцатый по распространённости элемент в земной коре (содержание около 0,12 %). Основные рудные минералы:
- Апатит Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH) — главный источник фосфора в мире. Крупнейшие месторождения — Хибинские на Кольском полуострове (Россия), а также в Марокко, ЮАР, США.
- Фосфорит Ca₃(PO₄)₂ — образуется преимущественно осадочным путём. Крупнейшие российские месторождения — в Воронежской, Костромской, Калужской областях.
В живых организмах фосфор входит в состав нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), АТФ, фосфолипидов клеточных мембран, костей и зубов (в виде гидроксиапатита).
¶Получение
Промышленный способ получения белого фосфора — восстановление фосфоритов и апатитов коксом и кварцевым песком при температуре около 1400–1500 °C в электропечях:
Ca₃(PO₄)₂ + 5C + 3SiO₂ → 3CaSiO₃ + 2P + 5CO
Красный фосфор получают полимеризацией белого при нагревании до 250–300 °C или под действием света.
¶Применение
- Сельское хозяйство — производство фосфорных удобрений (суперфосфат, аммофос, диаммофос) занимает более 90 % мирового потребления фосфора.
- Химическая промышленность — производство ортофосфорной кислоты, фосфатов, фосфорорганических соединений.
- Спичечное производство — красный фосфор входит в состав спичечной головки и фрикционной полоски.
- Металлургия — легирование стали для повышения прочности и износостойкости.
- Пиротехника и военное дело — сигнальные составы, дымовые шашки, зажигательные смеси.
- Пищевая промышленность — фосфаты используются как пищевые добавки (Е338–Е343).
¶Биологическая роль
Фосфор — один из ключевых элементов жизнедеятельности. Входит в состав генетического материала, переносит энергию в форме АТФ, участвует в кислотно-щелочном балансе. Суточная потребность взрослого человека — около 700–1200 мг. Источники — мясо, рыба, молочные продукты, бобовые, орехи. Избыток фосфора в организме нарушает обмен кальция, дефицит приводит к разрушению костей.
¶Токсичность
Белый фосфор чрезвычайно токсичен: смертельная доза для человека — 0,05–0,15 г. Вызывает химические ожоги, поражает печень, почки и нервную систему. Красный фосфор в обычных условиях малотоксичен, однако при вдыхании пыли возможны хронические поражения лёгких.
¶Интересные факты
- Название «фосфор» изначально носил минерал, светящийся в темноте (современный минерал — сфалерит), а после открытия элемента в 1669 году название перешло к нему.
- В СССР и России крупнейшим производителем фосфорной продукции является «ФосАгро» (Волховский, Апатитский и Балаковский комбинаты).
- Метеоритные удары по фосфорсодержащим породам исследователи рассматривают как один из возможных путей появления фосфора в ранней биогеохимии Земли.
¶Источники
- Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
- Некрасов Б. А. «Общая химия»
- Глинка Н. Л. «Общая химия»
- Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
- Большая российская энциклопедия