chemie.gfxs.cz - Chemický vzdělávací portál

Chemie.gfxs.cz – chemický vzdělávací portál

úvodní stránka

protonové číslo	15
relativní atomová hmotnost	30.974
elektronegativita	2.1
elektronová konfigurace	[Ne]3s²3p³
hustota (g·cm^-3)	1.82
teplota tání (°C)	44.10
teplota varu (°C)	280.50

Fosfor (₁₅P)

historie

Poprvé izolován alchymistou H. Brandtem v roce 1669 - nechal několik dní rozkládat moč, pak ji varem silně zahustil a nakonec destiloval při vysokých teplotách za nepřístupu vzduchu. Z par po kondenzaci pod vodou získal prvek jako voskovitou látku, která na vzduchu ve tmě světélkovala.

Robert Boyle tento způsob v roce 1680 zdokonalil a v následujících letech připravil oxid a kyselinu fosforečnou.

Je jediným prvkem, který byl poprvé připraven z živočišného materiálu, poté z rostlin a teprve o století později byl nalezen v minerálu

Název phosphorus (řecky phos = světlo, phoros = nesoucí )

výskyt

fosfor je jedenáctým prvkem v pořadí výskytu v horninách zemské kůry
v přírodě se volný nevyskytuje
apatit - 3Ca₃(PO₄)₂ ·CaX₂ (X = F nebo Cl)
fluoroapatit - Ca₅(PO₄)₃F
chloroapatit - Ca₅(PO₄)₃Cl
hydroxoapatit - Ca₅(PO₄)₃(OH)
vyskytuje se v živých organismech - kosti, zuby - apatit karbonátový 3Ca₃(PO₄)₂·CaCO₃ ·H₂O
DNA, RNA, lipidy

průmyslová výroba

redukcí fosforečnanů křemenným pískem a koksem v elektrické peci:
2Ca₃(PO₄)₂ + 6SiO₂ → 6CaSiO₃ + P₄O₁₀
P₄O₁₀ + 10C → P₄ + 10CO (t = 1500°C)

fyzikální vlastnosti

má 3 modifikace
- bílý fosfor
  - kubická soustava
  - nejtěkavější a nejreaktivnější pevná forma
  - velmi silný jed – 0,05g je pro člověka smrtelná dávka
  - páry vdechované v malých množstvích po delší dobu způsobují odumření čelistních a nosních kostí – fosforová nekróza
  - měkký jako vosk
  - nerozpouští se ve vodě
  - rozpouští se v sirouhlíku, benzenu, etheru
  - molekula je tetraatomická (P₄)
  - velmi reaktivní
  - snadno reaguje s kyslíkem, halogeny, sírou
  - snadno se oxiduje, proto musí být uchováván pod vodou
  - na vlhkém vzduchu světélkuje (fosforescence)
- červený fosfor
  - získává se zahřátím bílého fosforu za nepřístupu vzduchu při teplotě 270°C
  - amorfní
  - nefosforeskuje
  - není jedovatý
  - méně reaktivní
  - nerozpustný ve všech rozpouštědlech
- černý fosfor (kovový)
  - vzniká zahříváním bílého fosforu na 220 °C za tlaku 1,2 GPa
  - vytváří vrstevnaté krystaly
  - nejméně reaktivní
  - tepelně i elektricky vodivý
  - nerozpustný ve vodě a organických rozpouštědlech
  - není jedovatý

chemické vlastnosti

reaktivita závisí na alotropické modifikaci
tvoří binární sloučeniny se všemi prvky s výjimkou Sb, Bi a inertních plynů
za normální teploty reaguje s kyslíkem a halogeny
za zvýšené teploty se sírou a kovy

užití

červený - výroba zápalek
bílý - plnění bomb, jed na krysy
výroba sloučenin (kyselina fosforečná, sulfidy,chloridy)

sloučeniny

fosfan (PH₃)
- příprava - hydrolýzou fosfidů kovů nebo reakcí fosfidů s kyselinou:
  Ca₃P₂ + 6H₂O → 3Ca(OH)₂ + 2PH₃
  2AlP + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 2PH₃
- alkalickou hydrolýzou bílého fosforu:
  P₄ + 3KOH + 3H₂O → PH₃ + 3KH₂PO₂
- bezbarvý, jedovatý, česnekově páchnoucí plyn
- téměř se nerozpouští ve vodě
- rozpustnější v organických kapalinách (CS₂, CCl₃COOH)
- slabá zásada
- se silnými kyselinami dává fosfóniové soli PH₄X např. chlorid fosfonia (PH₄Cl), chloristan fosfonia (PH₄ClO₄)
- tyto soli však vodou rychle hydrolyzují na příslušnou kyselinu a fosfan:
  PH₄⁺X^- + H₂O → PH₃ + H³O⁺ + X^-
- silné redukční činidlo
- zapálený shoří na mlhu kyseliny trihydrogenfosforečné:
  PH₃ + 2O₂ → H₃PO₄
- bouřlivě reaguje s chlórem - vzniká chlorid fosforečný:
  PH₃ + 4Cl₂ → PCl₅ + 3HCl
difosfan (P₂H₄)
- připrava - průchodem PH₃ elektrickým výbojem při 5 až 10 kV
- bezbarvá těkavá kapalina
- jeho páry se na vzduchu samovolně zapalují
- strukturou se podobá hydrazínu N₂H₄, ale nemá zásadité vlastnosti
fosfidy
- sloučeniny fosforu s kovy
- připrava - přímým slučováním červeného fosforu s kovy za vysoké teploty v inertní atmosféře
- a) fosfidy bohaté na kov
  - obvykle tvrdé, křehké, žáruvzdorné materiály
  - kovový lesk
  - vysoká tepelná a elektrická vodivost
  - termicky stálé
  - většinou chemicky netečné
- b) monofosfidy MP (M = C r, Mn, Fe, Co, Ru, W)
- c) fosfidy bohaté na fosfor (FeP₂, Na₃P₁₁,Sr₃P₁₄ atd.)
  - malá termická stálost
  - polovodiče
- Fe₂P – ferrofosfor
  - hustá kapalina
  - mísí se s dynamitem pro trhací práce
  - speciální oceli a litiny, např. nejiskřící čelisti brzd pro železnici
  - plnidlo do betonu s velkou hustotou
  - radiační kryty jaderných reaktorů
- Ca₃P₂ – fosfid vápenatý
  - přísada do námořních signálních pochodní neboť při reakci s H₂O uvolní samozápalné fosfany
halogenidy

fosfor tvoří tři řady halogenidů (P₂X₄, PX₃, PX₅)

fosforité halogenidy

podléhají hydrolýze - vzniká trihydrogenforforitá kyselina a halogenvodík:
PX₃ + 3H₂O → H₃PO₃ + 3HX
všechny čtyři fosforité halogenidy jsou těkavé, reaktivní látky
fluorid fosforitý (PF₃)
- příprava - působením fluoridu vápenatého na chlorid fosforitý:
  3CaF₂ + 2PCl₃ → 2PF₃ + 3CaCl₂
- bezbarvá látka, bez zápachu
- vytváří komplex s hemoglobinem
- toxický jako fosgen (COCl₂
chlorid fosforitý (PCl₃)
- příprava - hořením bílého fosforu v chloru
  P₄ + 6Cl₂ → 4PCl₃
- bezbarvá kapalina, ostře páchnoucí

halogenidy fosforečné (PX₅)

existují od všech halových prvků
fluorid je plynný, ostatní jsou pevné látky
chlorid fosforečný (PCl₅)
- příprava - reakci PCl₃ a Cl₂
- bílá krystalická látka
- sublimuje
- hydrolyzuje - vzniká trichlorid-oxid fosforečný nebo kyselina trihydrogen fosforečná:
  PCl₅ + H₂O → PCl₃ (O) + 2HCl
  PCl₃ (O) + 3H₂O → H₃PO₄ + 3HCl
fosfor vytváří i smíšené halogenidy chlorid-difluorid fosforitý (PClF₂), dichlorid-trifluorid fosforečný (PCl₂F₃), atd.

sulfidy P₄S₃, P₄S₅, P₄S₇ a P₄S₁₀

vznikají přímým slučováním jednotlivých složek při zvýšené teplotě
žluté krystalické látky
průmyslově nejdůležitější sulfid fosforečný (P₄S₁₀)
- vzniká přímou reakcí kapalného bílého fosforu se sírou (t = 300 °C)
- hydrolyzuje - vzniká trihydrogenfosforečná kyselina a sulfan:
  P₄S₁₀ + 16H₂O → 4H_&3PO₄ + 10H₂S
- reaguje s alkoholy nebo fenoly - vznikají dialkyl- nebo diaryldithiofosforečné kyseliny (RO)₂P(S)SH, (ArO)₂P(S)SH
- užití:

oxidy

oxid fosforitý (P₂O₃ - molekula P₄O₆)
- příprava - spalováním fosforu:
  P₄ + 3O₂ → P₄O₆
- bílá krystalická látka
- rozpustný v organických rozpouštědlech
- prudce jedovatý
- ve studené vodě se rozpouští na kyselinu trihydrogenfosforitou:
  P₄O₆ + 6H₂O → 4H₃PO₃
- vzdušným kyslíkem se oxiduje na oxid fosforečný
oxid fosforičitý (P₂O₄)
- vzniká zahříváním P₄O₆ na 400°C bez přístupu vzduchu
- vodou se hydrolyzuje
- není anhydridem kys. fosforičité
oxid fosforečný (P₂O₅ – molekula P₄O₁₀)
- příprava - spalováním fosforu v nadbytku suchého vzduchu a ochlazením par:
  P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀
- existuje v různých formách (krystalické, amorfní, kapalné)
- obchodní preparát - krystalická modifikace - bílá látka, která při 360 °C sublimuje
- po osvětlení silně zeleně fosforeskuje
- hygroskopický
- užití:
kyseliny
- kyselina trihydrogenfosforná (H₃PO₂, H₂PO(OH))
- kyselina trihydrogenfosforitá (H₃PO₃, HPO(OH)₂)
kyselina tetrahydrogendifosforičitá (H₄P₂O₆)

příprava - oxidací červeného fosforu roztokem chloritanu sodného:
2P + 2NaClO₂ + 8H₂O → Na₂H₂P₂O₆·6H₂O + 2HCl
iontovou výměnou na měniči kationtů se získá krystalický dihydrát H₄P₂O₆·2H₂O
bezvodá kyselina se získává vakuovou dehydratací dihydrátů oxidem fosforečným nebo působením sulfanu na nerozpustnou olovnatou sůl:
Pb₂P₂O₆ + 2H₂S → H₄P₆O₆ + 2PbS
čtyřsytná kyselina
soli: dihydrogendifosforičitany (H₂P₂O₆)^2-, difosforičitany (P₂O₆)^4-

fosforečná (metafosforečná) (HPO₃)
- příprava - zahříváním kyseliny tetrahydrogendifosforečné nebo trihydrogenfosforečné:
  H₄P₂O₇ → 2HPO₃ + H₂O
  H₃PO₄ → HPO₃ + H₂O
- amorfní sklovitá látka
- polymeruje na molekuly cyklického uspořádání (HPO₃)₃, (HPO₃)₄
- řetězovité uspořádání (HPO₃)_n
- hygroskopická
- dobře rozpustná ve vodě
- středně silná kyselina
- soli fosforečnany (metafosforečnany)
  - mají rozmanité složení (NaPO₃)₃, (NaPO₃)₄
  - (NaPO₃)₆ – hexafosforečnan sodný
tetrahydrogendifosforečná (H₄P₂O₇)

příprava - dehydratací kyseliny trihydrogenfosforečné:
2H₃PO₄ → H₄P₂O₇ + H₂O
bezbarvá sklovitá látka
rozpustná ve vodě
v roztoku hydrolyzuje na H₃PO₄
čtyřsytná kyselina
většinou jsou dva druhy solí:
dihydrogendifosforečnany (H₂P₂O₇)^2-, difosforečnany (P₂O₇)^4-
difosforečnan tetrasodný (Na₄P₂O₇)

příměs do instantních pudinků škrobového typu (tvoří s rozpustnými vápenatými solemi gel)
kypřící látka při pečení (s NaHCO₃ nereaguje, dokud není zahřát), lze připravit a skladovat velké dávky těsta

difosforečnandivápenatý (Ca₂P₂O₇)

nerozpustný
inertní - přísada do zubních past (nevylučuje přítomnost dalších složek pasty, jako jsou Sn²⁺, F^-)

kyselina trihydrogenfosforečná (ortofosforečná) (H₃PO₄)
- výroba - spalováním rozprášeného roztaveného fosforu ve směsi vzduchu a páry v nerezové nádobě:
  P₄ + 5O₂ + 6H₂O → 4H₃PO₄
  nebo reakcí přírodního fosfátu s kyselinou sírovou:
  Ca₅(PO₄)₃F + 5H₂SO₄ + 10H₂O → 3H₃PO₄ + 5CaSO₄·2H₂O + HF
  síran se odfiltruje, HF se odstraní v podobě nerozpustného Na₂SiF₆
- tvoří bezbarvé krystaly
- dobře rozpustná ve vodě
- běžně 75 - 85%
- krystalický hemihydrát H₃PO₄·¹/₂H₂O (91,6%)
- trojsytná, středně silná kyselina
- užití:
- soli: dihydrogenfosforečnany (H₂PO₄)^-, hydrogenfosforečnany (HPO₄)^2-, fosforečnany (PO₄)^3-
- připrava - reakcí kyseliny s hydroxidy nebo uhličitany
  H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O
  H₃PO₄ + Na₂CO₃ → Na₂HPO₄ + CO₂ + H₂O
  H₃PO₄ + Na₂HPO₄ → 2NaH₂PO₄
- fosforečnany amonné a alkalických kovů (kromě fosforečnanu lithného) jsou rozpustné ve vodě
- od jiných kovů jsou rozpustné jen dihydrogenfosforečnany
- vodné roztoky alkalických dihydrogenfoforečnanů reagují kysele (důsledek disociace H₂PO₄^-)
- vodné roztoky hydrogenfosforečnanu a fosforečnanu reagují zásaditě (důsledek hydrolýzy)
- fosforečnan trisodný (Na₃PO₄)
- (Na₃PO₄·11H₂O)·NaClO
- dihydrát hydrogenfosforečnanu disodného (Na₂HPO₄·2H₂O)
- hydrogenfosforečnan diamonný a dihydrogenfosforečnan amonný (NH₄)₂HPO₄ a NH₄H₂PO₄
- dihydrogenfosforečnan vápenatý (Ca(H₂PO₄)₂)

fosforečná hnojiva
- základní surovina pro výrobu fosforečných hnojiv je ve vodě nerozpustný Ca₃(PO₄)₂, převádí se na formu rozpustnou reakcí s kyselinou sírovou (superfosfát) nebo reakcí s kyselinou trihydrogenfosforečnou (trojitý superfosfát):
  Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ → Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄
  Ca₃(PO₄)₂ + H₃PO₄ → 3CaHPO₄

2003 - 2006 © uvedení autoři, Gymnázium F. X. Šaldy v Liberci
Jakékoliv kopírování obsahu je bez svolení autorů zakázáno.

Fosfor (15P)