Фосфор және оның қосылыстары. Фосфор қосылыстарының практикалық қолданылуы

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 05:33

Биогенді элементтердің ішінде фосфорға ерекше орын беру керек. Шынында да, онсыз, мысалы, АТФ немесе фосфолипидтер сияқты өмірлік маңызды қосылыстардың, сондай-ақ көптеген басқа органикалық заттардың болуы мүмкін емес. Сонымен бірге бұл элементтің бейорганикалық заты әртүрлі молекулаларға өте бай. Фосфор және оның қосылыстары өнеркәсіпте кеңінен қолданылады, биологиялық процестердің маңызды қатысушылары болып табылады және адам қызметінің әртүрлі салаларында қолданылады. Сондықтан бұл элементтің не екенін, оның қарапайым заты және ең маңызды қосылыстары қандай екенін қарастырыңыз.

Фосфор: элементтің жалпы сипаттамасы

Периодтық жүйедегі орынды бірнеше тармақпен сипаттауға болады.

1. Бесінші топ, негізгі топша.
2. Үшінші шағын кезең.
3. Реттік сан - 15.
4. Атомдық массасы 30, 974.
5. Атомның электрондық конфигурациясы 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Мүмкін тотығу күйлері-3 пен +5.
7. Химиялық таңба - P, "pe" формулаларындағы айтылуы. Элементтің аты - фосфор. Латынша атауы Phosphorus.

Бұл атомның ашылу тарихы сонау XII ғасырдан басталады. Тіпті алхимиктердің жазбаларында белгісіз «жарық» заттың алынғанын көрсететін ақпарат болды. Дегенмен, фосфордың синтезі мен ашылуының ресми күні 1669 жыл болды. Банкрот болған саудагер Бренд философ тасын іздеп, байқаусызда жарқырауды шығаруға және жарқын соқыр жалынмен жануға қабілетті затты синтездеді. Ол мұны адамның зәрін қайта-қайта күйдірту арқылы жасады.

Одан кейін бір-бірінен тәуелсіз, бұл элемент шамамен бірдей жолмен алынды:

• Мен. Күнкел;
• R. Бойл;
• А. Марграв;
• Қ. Scheele;
• А. Лавуазье.

Бүгінгі таңда бұл затты синтездеудің ең танымал әдістерінің бірі көміртегі тотығы мен кремнеземнің әсерінен жоғары температурада тиісті фосфоры бар минералдардан қалпына келтіру болып табылады. Процесс арнайы пештерде жүзеге асырылады. Фосфор және оның қосылыстары тірі организмдер үшін де, химия өнеркәсібіндегі көптеген синтездер үшін де өте маңызды заттар болып табылады. Сондықтан бұл элементтің қарапайым зат ретінде не екенін және табиғатта қай жерде кездесетінін қарастыру керек.

Қарапайым зат фосфор

Фосфорға қатысты белгілі бір қосылысты атау қиын. Бұл көп болуына байланыстыбұл элементтің аллотроптық модификациялары. Қарапайым фосфор затының төрт негізгі түрі бар.

1. Ақ. Бұл формуласы Р₄ болатын қосылыс. Бұл сарымсақтың өткір жағымсыз иісі бар ақ ұшпа зат. Ол қалыпты температурада ауада өздігінен тұтанады. Жарқыраған бозғылт жасыл жарықпен күйеді. Өте улы және өмірге қауіпті. Химиялық белсенділік өте жоғары, сондықтан оны тазартылған су қабатының астында алады және сақтайды. Бұл полярлы еріткіштерде нашар ерігіштікке байланысты мүмкін. Бұл ақ фосфор үшін күкіртті көміртегі және органикалық заттар ең қолайлы. Қыздырған кезде ол келесі аллотропты формаға – қызыл фосфорға айналуға қабілетті. Буларды конденсациялау және салқындату кезінде қабаттар түзуге қабілетті. Ұстағанда майлы, жұмсақ, пышақпен оңай кесілген, ақ (аздап сарғыш). Балқу температурасы 44⁰C. Химиялық белсенділігіне байланысты ол синтезде қолданылады. Бірақ оның уыттылығына байланысты оның өнеркәсіпте кең қолданысы жоқ.
2. Сары. Бұл ақ фосфордың нашар тазартылған түрі. Ол одан да улы, сарымсақ иісі де жағымсыз. Жарқын жасыл жалынмен тұтанады және жанады. Бұл сары немесе қоңыр кристалдар суда мүлде ерімейді, толық тотыққанда олар P₄O₁₀ құрамды ақ түтін шығарады..
3. Қызыл фосфор және оның қосылыстары - бұл заттың өнеркәсіпте ең көп таралған және ең көп қолданылатын модификациясы. Жоғары қысымда болуы мүмкін паста тәрізді қызыл массакүлгін кристалдар түріне өту үшін, химиялық белсенді емес. Бұл белгілі бір металдарда ғана ери алатын полимер, басқа ештеңе жоқ. 250⁰С температурада ол ақ түсті модификацияға айналады. Бұрынғы формалар сияқты улы емес. Дегенмен, денеге ұзақ уақыт әсер ету улы болып табылады. Ол сіріңке қораптарына тұтандырғыш жабынды жағу үшін қолданылады. Бұл оның өздігінен тұтануы мүмкін еместігімен түсіндіріледі, бірақ денотация және үйкеліс кезінде жарылып (тұтанады).
4. Қара. Сыртқы деректерге сәйкес, ол графитке өте ұқсас, ол ұстағанда майлы. Бұл электрлік жартылай өткізгіш. Ешбір еріткіштерде мүлде ерімейтін, жылтыр қара кристалдар. Оның өртенуі үшін өте жоғары температура және алдын ала қыздыру қажет.

Сонымен қатар, фосфордың жақында ашылған түрі – металдық. Ол өткізгіш және текше кристалдық торы бар.

Химиялық қасиеттері

Фосфордың химиялық қасиеттері оның қандай формада болуына байланысты. Жоғарыда айтылғандай, ең белсенді сары және ақ модификация. Жалпы, фосфор мыналармен әрекеттесе алады:

• фосфидтер түзетін және тотықтырғыш ретінде әрекет ететін металдар;
• тотықсыздандырғыш ретінде әрекет ететін және әртүрлі түрдегі ұшпа және ұшпа қосылыстар түзетін бейметалдар;
• фосфор қышқылына айналатын күшті тотықтырғыштар;
• түрі бойынша концентрлі күйдіргіш сілтілермендиспропорция;
• өте жоғары температурадағы сумен;
• оттегімен әр түрлі оксидтер түзеді.

Фосфордың химиялық қасиеттері азотқа ұқсас. Өйткені, ол пниктоген тобына кіреді. Дегенмен, белсенділік аллотроптық модификациялардың әртүрлілігіне байланысты бірнеше рет жоғары.

Табиғатта болу

Қоректік зат ретінде фосфор өте көп. Оның жер қыртысындағы үлесі 0,09% құрайды. Бұл айтарлықтай үлкен көрсеткіш. Бұл атом табиғатта қай жерде кездеседі? Атауға болатын бірнеше негізгі орын бар:

• өсімдіктердің жасыл бөлігі, олардың тұқымдары мен жемістері;
• жануарлар тіндері (бұлшықеттер, сүйектер, тіс эмальдары, көптеген маңызды органикалық қосылыстар);
• қыртыс;
• топырақ;
• тау жыныстары мен минералдар;
• теңіз суы.

Бұл жағдайда тек сабақтас формалар туралы айтуға болады, бірақ жай субстанция туралы емес. Өйткені, ол өте белсенді және бұл оған еркін болуға мүмкіндік бермейді. Фосфорға ең бай минералдардың қатарына мыналар жатады:

• Ағылшын;
• фторапаптит;
• сванбергит;
• фосфорит және басқалар.

Бұл элементтің биологиялық маңызын асыра бағалау мүмкін емес. Өйткені, ол келесі қосылыстардың бөлігі болып табылады:

• белоктар;
• фосфолипидтер;
• ДНҚ;
• РНҚ;
• фосфопротеиндер;
• ферменттер.

Яғни, өмірлік маңызы бар және бүкіл ағзаны құрайтындардың барлығы. Орташа ересек адамға арналған тәуліктік жәрдемақы шамамен 2 грамм.

Фосфор және оның қосылыстары

Өте белсенді болғандықтан, бұл элемент әртүрлі заттар түзеді. Өйткені, ол фосфидтерді де түзеді және өзі қалпына келтіруші ретінде әрекет етеді. Осыған байланысты онымен әрекеттескенде инертті болатын элементті атау қиын. Сондықтан фосфор қосылыстарының формулалары өте алуан түрлі. Ол түзілуіне белсенді қатысушы болып табылатын заттардың бірнеше класы бар.

1. Екілік қосылыстар - оксидтер, фосфидтер, ұшқыш сутегі қосылысы, сульфид, нитрид және т.б. Мысалы: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{және т.б.}
2. Күрделі заттар: барлық түрдегі тұздар (орташа, қышқылдық, негіздік, қос, күрделі), қышқылдар. Мысал: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ және басқалар.
3. Құрамында оттегі бар органикалық қосылыстар: белоктар, фосфолипидтер, АТФ, ДНҚ, РНҚ және т.б.

Заттардың белгіленген түрлерінің көпшілігінің өнеркәсіптік және биологиялық маңызы зор. Фосфор мен оның қосылыстарын медициналық мақсатта да, кәдімгі тұрмыстық бұйымдарды өндіру үшін де пайдалану мүмкін.

Металдармен қосылыстар

Фосфордың металдармен және электртерістігі аз бейметалдармен екілік қосылыстары фосфидтер деп аталады. Бұл әртүрлі агенттердің әсерінен өте тұрақсыз болатын тұз тәрізді заттар. Тез ыдырау (гидролиз) тіпті тудырадықарапайым су.

Сонымен қатар, концентратсыз қышқылдардың әсерінен зат сәйкес өнімдерге де ыдырайды. Мысалы, кальций фосфидінің гидролизі туралы айтатын болсақ, онда өнімдер металл гидроксиді және фосфин болады:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

Ал фосфидті минералды қышқылдың әсерінен ыдырату арқылы сәйкес тұз бен фосфинді аламыз:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Жалпы, қарастырылып отырған қосылыстардың құндылығы дәл соның нәтижесінде фосфордың сутекті қосылысының түзілуінде жатыр, оның қасиеттері төменде қарастырылады.

Фосфор негізіндегі ұшпа заттар

Екі негізгісі бар:

• ақ фосфор;
• фосфин.

Біріншісін жоғарыда айтып, сипаттамаларын бердік. Олар бұл қою ақ түтін, өте улы, жағымсыз иісті және қалыпты жағдайда өздігінен тұтанатын деп айтты.

Бірақ фосфин дегеніміз не? Бұл қарастырылып отырған элементті қамтитын ең кең таралған және белгілі ұшқыш зат. Ол екілік, ал екінші қатысушы сутегі. Фосфордың сутегі қосылысының формуласы: pH₃, аты – фосфин.

Бұл заттың қасиеттерін келесідей сипаттауға болады.

1. Ұшқыш түссіз газ.
2. Өте улы.
3. Шіріген балықтың иісі шығады.
4. Сумен әрекеттеспейді және суда өте нашар ериді. Жақсы еридіорганикалық.
5. Қалыпты жағдайда өте реактивті.
6. Ауада өздігінен тұтанады.
7. Металл фосфидтерінің ыдырауынан алынған.

Тағы бір атауы – Фосфан. Ежелгі дәуірдегі әңгімелер онымен байланысты. Мұның бәрі зираттар мен батпақтардағы адамдар кейде көріп, қазір көретін «кезбе шамдар» туралы. Қозғалыс сезімін тудыратын, мұнда және жерде пайда болатын шар тәрізді немесе шам тәрізді шамдар жаман белгі саналды және ырымшылдар олардан қатты қорқады. Бұл құбылыстың себебін, кейбір ғалымдардың қазіргі көзқарастары бойынша, өсімдіктер мен жануарлардың органикалық қалдықтарының ыдырауы кезінде табиғи түрде пайда болатын фосфиннің өздігінен жануы деп санауға болады. Газ сыртқа шығып, ауадағы оттегімен жанасқанда тұтанады. Жалынның түсі мен мөлшері әртүрлі болуы мүмкін. Көбінесе бұл жасыл түсті жарық шамдар.

Әрине, барлық ұшпа фосфор қосылыстары өткір жағымсыз иіспен оңай анықталатын улы заттар. Бұл белгі уланудан және жағымсыз салдардан аулақ болуға көмектеседі.

Бейметалдармен қосылыстар

Егер фосфор тотықсыздандырғыш ретінде әрекет етсе, онда бейметалдармен екілік қосылыстар туралы айту керек. Көбінесе олар электртерісті. Сонымен, мұндай заттардың бірнеше түрін ажыратуға болады:

• фосфор мен күкірт қосылысы - фосфор сульфиді P₂S₃;
• фосфор хлориді III, V;
• оксидтер мен ангидрид;
• бромид және йодид жәнебасқалар.

Фосфор мен оның қосылыстарының химиясы алуан түрлі, сондықтан олардың ең маңыздысын анықтау қиын. Фосфор мен бейметалдан түзілетін заттар туралы арнайы айтатын болсақ, онда әртүрлі құрамдағы оксидтер мен хлоридтердің маңызы зор. Олар химиялық синтезде сусыздандыру агенттері, катализаторлар және т.б. ретінде пайдаланылады.

Сонымен, ең күшті кептіру құралдарының бірі ең жоғары фосфор оксиді болып табылады - P₂O₅. Ол суды қатты тартатыны сонша, онымен тікелей байланыста күшті шудың сүйемелдеуімен күшті реакция пайда болады. Заттың өзі ақ қар тәрізді масса, агрегация күйінде аморфтыға жақынырақ.

Фосфоры бар оттегі бар органикалық қосылыстар

Қосылыстар саны жағынан органикалық химия бейорганикалық химиядан әлдеқайда басым екені белгілі. Бұл изомерия құбылысымен және көміртегі атомдарының бір-бірімен тұйықталып, әртүрлі құрылымдағы атомдар тізбегін құрау қабілетімен түсіндіріледі. Әрине, барлық органикалық химия бағынатын белгілі бір тәртіп, яғни классификация бар. Байланыс кластары әртүрлі, дегенмен біз қарастырылып отырған элементке тікелей қатысты бір нақты нәрсеге қызығушылық танытамыз. Бұл фосфоры бар оттегі бар қосылыстар. Оларға мыналар жатады:

• коферменттері - NADP, ATP, FMN, пиридоксальфосфат және басқалары;
• белоктар;
• нуклеин қышқылдары, өйткені фосфор қышқылының қалдығы нуклеотидтің бөлігі болып табылады;
• фосфолипидтер және фосфопротеиндер;
• ферменттер мен катализаторлар.

Кондағы ион түріфосфор осы қосылыстардың молекуласының түзілуіне қатысады, келесісі PO₄^3-, яғни қышқыл қалдығы. фосфор қышқылынан. Ол кейбір белоктарда бос атом немесе жай ион түрінде болады.

Әрбір тірі ағзаның қалыпты жұмыс істеуі үшін бұл элемент және одан түзілетін органикалық қосылыстар өте маңызды және қажет. Шынында да, ақуыз молекулалары болмаса, дененің бір құрылымдық бөлігін құру мүмкін емес. Ал ДНҚ мен РНҚ тұқым қуалайтын ақпараттың негізгі тасымалдаушысы және тасымалдаушысы болып табылады. Жалпы, барлық қосылымдар міндетті түрде болуы керек.

Фосфорды өнеркәсіпте пайдалану

Фосфорды және оның қосылыстарын өнеркәсіпте пайдалануды бірнеше тармақтармен сипаттауға болады.

1. Сіріңке, жарылғыш қосылыстар, тұтандырғыш бомбалар, кейбір жанар-жағармай, жағармай өндірісінде қолданылады.
2. Газ сіңіргіш ретінде және қыздыру шамдарын өндіруде.
3. Металдарды коррозиядан қорғау үшін.
4. Ауыл шаруашылығында топырақ тыңайтқышы ретінде.
5. Су жұмсартқыш ретінде.
6. Химиялық синтезде әртүрлі заттарды өндіруде.

Тірі ағзалардағы рөл тіс эмальі мен сүйектердің түзілуіне қатысуға дейін төмендейді. Ана- және катаболизм реакцияларына қатысу, сонымен қатар жасушаның ішкі ортасының және биологиялық сұйықтықтардың буферленуін сақтау. Ол ДНҚ, РНҚ, фосфолипидтер синтезінің негізі болып табылады.