فسفر و ترکیبات آن. کاربرد عملی ترکیبات فسفر

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

در بین عناصر بیوژنیک باید به فسفر جایگاه ویژه ای داد. در واقع، بدون آن، وجود چنین ترکیبات حیاتی مانند، به عنوان مثال، ATP یا فسفولیپیدها، و همچنین بسیاری از مواد آلی دیگر غیرممکن است. در عین حال، ماده معدنی این عنصر از نظر مولکول های مختلف بسیار غنی است. فسفر و ترکیبات آن به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند، شرکت کنندگان مهمی در فرآیندهای بیولوژیکی هستند و در شاخه های مختلف فعالیت های انسانی مورد استفاده قرار می گیرند. بنابراین، در نظر بگیرید که این عنصر چیست، ماده ساده و مهمترین ترکیبات آن چیست.

فسفر: مشخصات کلی عنصر

موقعیت جدول تناوبی را می توان در چندین نقطه توصیف کرد.

1. گروه پنجم، زیرگروه اصلی.
2. سومین دوره کوچک.
3. شماره ترتیبی - 15.
4. جرم اتمی 30، 974 است.
5. پیکربندی الکترونیکی اتم 1s²2s²2p⁶3s²3p³.
6. حالت های اکسیداسیون احتمالی از-3 تا +5.
7. نماد شیمیایی - P، تلفظ در فرمول "pe". نام عنصر فسفر است. نام لاتین فسفر.

تاریخچه کشف این اتم به قرن دوازدهم دور برمی گردد. حتی در سوابق کیمیاگران اطلاعاتی وجود داشت که نشان دهنده دریافت یک ماده "درخشنده" ناشناخته بود. با این حال، تاریخ رسمی سنتز و کشف فسفر سال 1669 بود. تاجر ورشکسته برند، در جستجوی سنگ فیلسوف، به طور تصادفی ماده ای را ساخت که می تواند درخشندگی ایجاد کند و با شعله ای کورکننده درخشان بسوزد. او این کار را با کلسینه کردن مکرر ادرار انسان انجام داد.

بعد از آن، مستقل از یکدیگر، این عنصر تقریباً به روشهای مشابه دریافت شد:

• I. Kunkel;
• R. بویل؛
• A. مارگرو؛
• K. Scheele;
• A. Lavoisier.

امروزه یکی از رایج ترین روش های سنتز این ماده، احیای مواد معدنی حاوی فسفر مربوطه در دماهای بالا تحت تأثیر مونوکسید کربن و سیلیس است. این فرآیند در کوره های مخصوص انجام می شود. فسفر و ترکیبات آن هم برای موجودات زنده و هم برای بسیاری از سنتزها در صنایع شیمیایی مواد بسیار مهمی هستند. بنابراین، باید در نظر گرفت که این عنصر به عنوان یک ماده ساده چیست و در کجا در طبیعت یافت می شود.

ماده ساده فسفر

وقتی صحبت از فسفر به میان می آید، نام بردن از یک ترکیب خاص دشوار است. این به دلیل تعداد زیاد استتغییرات آلوتروپیک که این عنصر دارد. چهار نوع اصلی از ماده ساده فسفر وجود دارد.

1. سفید. این ترکیبی است که فرمول آن Р₄ است. این یک ماده فرار سفید رنگ با بوی نامطبوع سیر است. در دمای معمولی خود به خود در هوا مشتعل می شود. با نور سبز کم رنگ درخشان می سوزد. بسیار سمی و تهدید کننده زندگی فعالیت شیمیایی بسیار زیاد است، بنابراین در زیر لایه ای از آب تصفیه شده به دست می آید و ذخیره می شود. این امر به دلیل حلالیت ضعیف در حلال های قطبی امکان پذیر است. دی سولفید کربن و مواد آلی برای این فسفر سفید مناسب هستند. هنگامی که گرم می شود، می تواند به شکل آلوتروپیک بعدی - فسفر قرمز تبدیل شود. هنگام تغلیظ و خنک کردن بخارات، قادر به تشکیل لایه ها است. روغنی در لمس، نرم، به راحتی با چاقو برش، سفید (کمی مایل به زرد). نقطه ذوب 44⁰C. به دلیل فعالیت شیمیایی آن در سنتز استفاده می شود. اما به دلیل سمی بودن کاربرد صنعتی گسترده ای ندارد.
2. زرد. این یک شکل ضعیف از فسفر سفید خالص است. این حتی سمی تر است، همچنین بوی نامطبوع سیر می دهد. با شعله سبز درخشان مشتعل می شود و می سوزد. این کریستال‌های زرد یا قهوه‌ای به هیچ وجه در آب حل نمی‌شوند، وقتی کاملاً اکسید می‌شوند، پف‌هایی از دود سفید با ترکیب P₄O₁₀ منتشر می‌کنند..
3. فسفر قرمز و ترکیبات آن رایج ترین و پرکاربردترین اصلاح این ماده در صنعت است. توده قرمز خمیری، که تحت فشار افزایش یافته می تواندتبدیل شدن به شکل بلورهای بنفش، از نظر شیمیایی غیر فعال است. این یک پلیمر است که فقط می تواند در فلزات خاصی حل شود و هیچ چیز دیگری. در دمای 250⁰С، تصعید می شود و به یک تغییر سفید تبدیل می شود. به اندازه اشکال قبلی سمی نیست. با این حال، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض بدن سمی است. در اعمال یک پوشش آتش زا روی جعبه کبریت استفاده می شود. این با این واقعیت توضیح داده می شود که نمی تواند خود به خود مشتعل شود، اما در حین نشان دادن و اصطکاک منفجر می شود (اشتعال می یابد).
4. مشکی. طبق داده های خارجی، بسیار شبیه به گرافیت است، همچنین در لمس چرب است. این یک نیمه هادی الکتریکی است. کریستال های تیره، براق، که اصلاً قادر به حل شدن در هیچ حلالی نیستند. برای آتش گرفتن آن به دمای بسیار بالا و گرمایش اولیه نیاز است.

همچنین شکل فلزی فسفر که اخیراً کشف شده است، جالب است. این یک هادی است و دارای یک شبکه کریستالی مکعبی است.

خواص شیمیایی

خواص شیمیایی فسفر به شکل آن بستگی دارد. همانطور که در بالا ذکر شد، فعال ترین اصلاح زرد و سفید است. به طور کلی، فسفر قادر به تعامل با:

است.

فلزات، تشکیل فسفید و عمل به عنوان یک عامل اکسید کننده؛

غیر فلزات، به عنوان یک عامل کاهنده عمل می کند و ترکیبات فرار و غیر فرار از انواع مختلف را تشکیل می دهد؛

عوامل اکسید کننده قوی تبدیل به اسید فسفریک؛

با قلیاهای سوزاننده غلیظ بر حسب نوععدم تناسب؛

با آب در دمای بسیار بالا؛

با اکسیژن برای تشکیل اکسیدهای مختلف.

خواص شیمیایی فسفر شبیه نیتروژن است. پس از همه، او بخشی از گروه پنیکتوژن است. با این حال، فعالیت به دلیل تنوع تغییرات آلوتروپیک چندین مرتبه بزرگتر است.

بودن در طبیعت

فسفر به عنوان یک ماده مغذی بسیار فراوان است. درصد آن در پوسته زمین 0.09 درصد است. این یک شاخص نسبتا بزرگ است. این اتم در کجای طبیعت یافت می شود؟ چندین مکان اصلی برای نامگذاری وجود دارد:

• بخش سبز گیاهان، دانه ها و میوه های آنها؛
• بافت های حیوانی (ماهیچه ها، استخوان ها، مینای دندان، بسیاری از ترکیبات آلی مهم)؛
• پوسته؛
• خاک;
• سنگ ها و مواد معدنی؛
• آب دریا.

در این مورد، ما فقط می توانیم در مورد اشکال مرتبط صحبت کنیم، اما نه در مورد یک ماده ساده. از این گذشته ، او بسیار فعال است و این به او اجازه آزادی نمی دهد. از جمله مواد معدنی غنی از فسفر عبارتند از:

• انگلیسی;
• fluorapaptite;
• svanbergite;
• فسفوریت و دیگران.

اهمیت بیولوژیکی این عنصر را نمی توان بیش از حد تخمین زد. به هر حال، بخشی از ترکیباتی مانند:

است.

• پروتئین؛
• فسفولیپیدها;
• DNA;
• RNA;
• فسفوپروتئین؛
• آنزیم.

یعنی همه آنهایی که حیاتی هستند و کل ارگانیسم از آنها ساخته شده است. مقدار مصرف روزانه برای یک بزرگسال به طور متوسط حدود 2 گرم است.

فسفر و ترکیبات آن

این عنصر به دلیل فعال بودن، مواد مختلفی را تشکیل می دهد. از این گذشته، فسفیدها را نیز تشکیل می دهد و خود به عنوان یک عامل کاهش دهنده عمل می کند. به همین دلیل، نام بردن عنصری که هنگام واکنش با آن بی اثر باشد، دشوار است. بنابراین، فرمول ترکیبات فسفر بسیار متنوع است. چندین دسته از مواد وجود دارد که او در تشکیل آنها مشارکت فعال دارد.

1. ترکیبات دوتایی - اکسیدها، فسفیدها، ترکیب هیدروژنی فرار، سولفید، نیترید و غیره. به عنوان مثال: P₂O₅، PCL₃، P_2S3_{، PH}3 _{و دیگران.}
2. مواد پیچیده: انواع نمک (متوسط، اسیدی، بازی، مضاعف، پیچیده)، اسیدها. مثال: N₃PO₄، Na₃PO₄ ، H₄P₂O_۶، Ca(H_{۲ PO}4₎2_{، (NH}4₎2 HPO₄ و دیگران.
3. ترکیبات آلی حاوی اکسیژن: پروتئین ها، فسفولیپیدها، ATP، DNA، RNA و غیره.

بیشتر انواع مواد تعیین شده از اهمیت صنعتی و بیولوژیکی بالایی برخوردار هستند. استفاده از فسفر و ترکیبات آن هم برای مصارف پزشکی و هم برای ساخت وسایل خانگی کاملاً معمولی امکان پذیر است.

ترکیبات با فلزات

ترکیبات دوتایی فسفر با فلزات و نافلزات کمتر الکترونگاتیو فسفید نامیده می شوند. اینها مواد نمک مانندی هستند که در مواجهه با عوامل مختلف بسیار ناپایدار هستند. تجزیه سریع (هیدرولیز) باعث یکنواختی می شودآب ساده.

علاوه بر این، تحت تأثیر اسیدهای غیر غلیظ، این ماده به محصولات مربوطه نیز تجزیه می شود. به عنوان مثال، اگر در مورد هیدرولیز فسفید کلسیم صحبت کنیم، محصولات هیدروکسید فلز و فسفین خواهند بود:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

و با قرار دادن فسفید در معرض تجزیه تحت تأثیر اسید معدنی، نمک و فسفین مربوطه را بدست می آوریم:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

به طور کلی ارزش ترکیبات مورد نظر دقیقاً در این است که در نتیجه یک ترکیب هیدروژنی فسفر تشکیل می شود که در ادامه به بررسی خواص آن می پردازیم.

مواد فرار بر پایه فسفر

دو مورد اصلی وجود دارد:

• فسفر سفید؛
• فسفین.

ما قبلاً به اولین مورد در بالا اشاره کردیم و ویژگی ها را ارائه کردیم. آنها گفتند که این دود غلیظ سفید، بسیار سمی، بدبو، و در شرایط عادی خودسوخته است.

اما فسفین چیست؟ این رایج ترین و شناخته شده ترین ماده فرار است که شامل عنصر مورد نظر می شود. دوتایی است و دومین شرکت کننده هیدروژن است. فرمول ترکیب هیدروژنی فسفر pH₃ است، نام آن فسفین است.

خواص این ماده را می توان به شرح زیر توصیف کرد.

1. گاز بی رنگ فرار.
2. بسیار سمی.
3. بوی ماهی گندیده می دهد.
4. با آب برهمکنش ندارد و بسیار ضعیف در آن حل می شود. خوب محلول درارگانیک.
5. در شرایط عادی، بسیار واکنشی است.
6. خودسوزی در هوا.
7. تولید شده از تجزیه فسفیدهای فلزی.

نام دیگر فسفان است. داستان هایی از دوران باستان با آن مرتبط است. همه چیز درباره «چراغ های سرگردان» است که مردم گاهی اوقات در گورستان ها و مرداب ها می دیدند و می بینند. نورهای کروی یا شمع مانندی که اینجا و آنجا ظاهر می شوند و حس حرکت را می دهند، فال بد به حساب می آمدند و خرافات از آنها بسیار می ترسیدند. علت این پدیده بر اساس دیدگاه های امروزی برخی از دانشمندان را می توان احتراق خود به خودی فسفین دانست که به طور طبیعی در طی تجزیه بقایای آلی اعم از گیاهی و حیوانی ایجاد می شود. گاز خارج شده و در تماس با اکسیژن هوا مشتعل می شود. رنگ و اندازه شعله ممکن است متفاوت باشد. اغلب، اینها نورهای روشن مایل به سبز هستند.

بدیهی است که همه ترکیبات فرار فسفر مواد سمی هستند که به راحتی با بوی نامطبوع تیز تشخیص داده می شوند. این علامت به جلوگیری از مسمومیت و عواقب ناخوشایند کمک می کند.

ترکیبات با نافلزات

اگر فسفر به عنوان یک عامل کاهنده رفتار می کند، پس باید در مورد ترکیبات دوتایی با غیر فلزات صحبت کنیم. اغلب، آنها بیشتر الکترونگاتیو هستند. بنابراین، ما می توانیم چندین نوع از این نوع مواد را تشخیص دهیم:

• ترکیب فسفر و گوگرد - سولفید فسفر P₂S₃;
• کلرید فسفر III, V;
• اکسیدها و انیدرید؛
• برمید و یدید ودیگران.

شیمی فسفر و ترکیبات آن متنوع است، بنابراین شناسایی مهم ترین آنها دشوار است. اگر به طور خاص در مورد موادی صحبت کنیم که از فسفر و غیرفلزات تشکیل می شوند ، اکسیدها و کلریدهای ترکیبات مختلف از بیشترین اهمیت برخوردار هستند. آنها در سنتزهای شیمیایی به عنوان عوامل آبگیری، به عنوان کاتالیزور و غیره استفاده می شوند.

بنابراین، یکی از قوی‌ترین عوامل خشک‌کننده، بالاترین اکسید فسفر است - P₂O₅. آنقدر آب را جذب می کند که در تماس مستقیم با آن، واکنش شدید همراه با نویز قوی رخ می دهد. این ماده به خودی خود یک توده برف مانند سفید است که در حالت تجمع به بی شکل نزدیکتر است.

ترکیبات آلی اکسیژن دار با فسفر

مشخص است که شیمی آلی از نظر تعداد ترکیبات بسیار بیشتر از شیمی معدنی است. این با پدیده ایزومریسم و توانایی اتم های کربن برای تشکیل زنجیره ای از اتم های ساختارهای مختلف، بسته شدن با یکدیگر توضیح داده می شود. طبیعتاً نظم خاصی وجود دارد، یعنی یک طبقه بندی که تمام شیمی آلی تابع آن است. کلاس های اتصال متفاوت هستند، با این حال، ما به یک مورد خاص علاقه مند هستیم که مستقیماً با عنصر مورد نظر مرتبط است. اینها ترکیبات حاوی اکسیژن با فسفر هستند. این موارد عبارتند از:

• کوآنزیم - NADP، ATP، FMN، پیریدوکسال فسفات و دیگران؛
• پروتئین؛
• اسیدهای نوکلئیک، از آنجایی که باقیمانده اسید فسفریک بخشی از نوکلئوتید است؛
• فسفولیپیدها و فسفوپروتئین ها؛
• آنزیم ها و کاتالیزورها.

نوع یونی که در آنفسفر در تشکیل یک مولکول از این ترکیبات نقش دارد، مولکول بعدی PO₄^3- است، یعنی یک باقیمانده اسید است. اسید فسفریک در برخی پروتئین ها به صورت یک اتم آزاد یا یک یون ساده وجود دارد.

برای عملکرد طبیعی هر موجود زنده، این عنصر و ترکیبات آلی تشکیل شده توسط آن بسیار مهم و ضروری است. در واقع، بدون مولکول های پروتئین، ساختن یک بخش ساختاری از بدن غیرممکن است. و DNA و RNA حامل و انتقال دهنده اصلی اطلاعات ارثی هستند. به طور کلی، همه اتصالات باید بدون شکست وجود داشته باشند.

استفاده از فسفر در صنعت

استفاده از فسفر و ترکیبات آن در صنعت را می توان در چند نکته مشخص کرد.

1. مورد استفاده در ساخت کبریت، ترکیبات انفجاری، بمب های آتش زا، برخی سوخت ها، روان کننده ها.
2. به عنوان جاذب گاز و در ساخت لامپ های رشته ای.
3. برای محافظت از فلزات در برابر خوردگی.
4. در کشاورزی به عنوان کود خاک.
5. به عنوان یک نرم کننده آب.
6. در سنتزهای شیمیایی در تولید مواد مختلف.

نقش موجودات زنده به مشارکت در تشکیل مینای دندان و استخوان کاهش می یابد. مشارکت در واکنش های آنا و کاتابولیسم و همچنین حفظ بافر محیط داخلی سلول و مایعات بیولوژیکی. این پایه در سنتز DNA، RNA، فسفولیپیدها است.