Имя задачи: Задача о фосфоре, его свойствах и применении.
Автор: Бородина Оксана Викторовна, учитель биологии и химии
Предмет: Химия.
Класс: 9.
Тема: Фосфор. Строение атома, аллотропия, свойства белого и красного фосфора, их применение.
Уровень: общеобразовательный.
Текст задачи:
Как известно, запрещённые Международной конвенцией фосфорные бомбы могут вызвать пожары на больших площадях, от них также могут пострадать большие массы людей, получающих страшные ожоги. Международной общественности известно применение этого страшного оружия в Ираке.
О каком фосфоре идёт речь? Какой фосфор ещё бывает?
Чем отличаются модификации фосфора?
Применяют ли фосфор в мирных целях во благо человека? На чём основано такое применение?
а) Выделите ключевые слова для информационного поиска.
б) Найдите и соберите необходимую информацию.
в) Обсудите и проанализируйте собранную информацию.
г) Сделайте выводы.
д) Сравните с культурным источником.
Возможные информационные источники:
Н. С. Ахметов -Неорганическая химия: учебн. пособие, М., "Просвещение", 1990г.;
Под редакцией А. Т. Пилипенко -Справочник по элементарной химии. К., "Наукова думка", 1990г.
Хомченко Г. П. -Химия для поступающих в ВУЗы: учебн. пособие, М., "Высш. шк." 1999г.
Web-сайты:
http://www.megabook.ru
http://ru.wikipedia.org
Культурный образец:
1) http://megabook.ru/article/%D0%A4%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%BE%D1%80;
2) http://ru.science.wikia.com/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%BE%D1%80 ;
Фосфор — один из самых распространенных элементов земной коры, его содержание в земной коре составляет 0,1 % массы. В свободном состоянии не встречается из-за своей химической активности, образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca5(PO4)3F, фосфорит Ca3(PO4)2 и флюорит CaF2. Фосфор содержится во всех частях зеленых растений, еще больше его в плодах и семенах. Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений, является необходимым элементом жизни.
Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропических модификаций и вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решен. Обычно выделяют три модификации простого вещества – белую, красную, черную и металлический фосфор. Иногда их еще называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные являются разновидностью указанных четырех. В обычных условиях существует только три аллотропических модификации фосфора и в условиях сверхвысоких давлений также металлическая форма элементарного фосфора. Все модификации различаются по цвету, плотности и другим физическим характеристикам, а также заметна тенденция к резкому убыванию химической активности при переходе от белого к металлическому фосфору и нарастанию металлических свойств.
Белый фосфор:
Белый фосфор представляет собой белое вещество с желтоватым оттенком (из-за примесей) с температурой плавления 44,1° С. По внешнему виду он очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий. Отливаемый в инертной атмосфере ввиде палочек или слитков иной формы, он сохраняется в отсутствии воздуха под слоем очищенной воды или в специальных инертных средах. Химически белый фосфор чрезвычайно активен. Например белый фосфор медленно окисляется кислородом воздуха уже при комнатной температуре, и светится (бледно-зеленое свечение). Явление такого рода свечения вследствие химических реакций окисления называется хемолюминесценцией или устаревшим термином - фосфоресценцией. Белый фосфор не только активен химически, но и весьма ядовит (вызывает поражение костей, костного мозга, некроз челюстей) и легкорастворим в органических растворителях. Летальная доза белого фосфора для взрослого мужчины состовляет 0,05-0,1 грамма. Растворимостью белого фосфора в сероуглероде пользуются для промышленной очистки его от примесей. Плотность белого фосфора из всех его модификаций наименьшая и состовляет около 1823 кг/м3.
Красный фосфор:
Красный фосфор, или также называемый фиолетовым фосфором, это более термодинамически стабильная модификация элементарного фосфора. Впервые он был получен А. Шреттером при нагревании белого фосфора при 500°С в атмосфере «угарного газа» (СО) в запаянной стеклянной ампуле в 1847 году в Швеции. Красный фосфор имеет формулу Р4 и представляет собой полимер со сложной структурой. В зависимости от способа получения и степени дробления красного фосфора, ему присущи оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии присущ темно-фиолетовый с медным оттенком металлический блеск. Химическая активность красного фосфора значительно ниже чем у белого, и присуща исключительно малая растворимость в растворителях. Растворить красный фосфор возможно лишь в некоторых расплавленных металлах (свинец и висмут), чем иногда пользуются для получения крупных его кристаллов. Так например немецкий ученый-физик И.В.Гитторф в 1865 году впервые получил прекрасно построенныено небольшие по размеру кристаллы (фосфор Гитторфа). На воздухе он воспламеняется при высоких температурах (при переходе в белую форму во время возгонки) и у него полностью отсутствует явление хемолюминесценции. Ядовитость его в тысячи раз меньше чем у белого и в этом отношении он полностью соответствует например для применения его при производстве спичек. Плотность красного фосфора также выше чем у белого и достигает 2400 кг/м3 в литом виде. При хранении на воздухе красный фосфор в присутствии влаги окисляется и ему присуще явление «отмокания», поэтому его хранят в герметичной таре и при отмокании промывают водой от остатков фосфорных кислот, высушивают и используют по-назначению.
Черный фосфор:
Черный фосфор – это наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора. Впервые черный фосфор был получен П.У.Бриджменом из белого фосфора в 1914 году в виде черных блестящих кристаллов имеющих высокую (2690 кг/м3) плотность. Для проведения синтеза черного фосфора Бриджмен применил давление в 2·109Па (20 тысяч атмосфер) и температуру около 200° С. Начало быстрого перехода лежит в области 13000 атмосфер и температуре около 230°С. Черный фосфор представляет собой черное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и весьма похожее на графит, и полностью отсутствующей растворимостью в воде или органических растворителях. Поджечь черный фосфор можно только предварительно сильно раскалив в атмосфере чистого кислорода до 400°С. Удивительным свойством черного фосфора является его способность проводить электрический ток и свойства полупроводника. Температура плавления черного фосфора 1000°С под давлением 18 · 105Па.
Химические свойства
Химическая активность фосфора значительно выше, чем у азота. Химические свойства фосфора во многом определяются его аллотропной модификацией. Белый фосфор очень активен, в процессе перехода к красному и черному фосфору химическая активность резко снижается. Белый фосфор на воздухе светится в темноте, свечение обусловлено окислением паров фосфора до низших оксидов.
В жидком и растворенном состоянии, а также в парах до 800 °С фосфор состоит из молекул Р4. При нагревании выше 800 °С молекулы диссоциируют: Р4 = 2Р2. При температуре выше 2000 °С молекулы распадаются на атомы.
Взаимодействие с простыми веществами
Фосфор легко окисляется кислородом:
- 4P + 5O2 = 2P2O5,
- 4P + 3O2 = 2P2O3.
Взаимодействует со многими простыми веществами – галогенами, серой, некоторыми металлами, проявляя окислительные и восстановительные свойства:
с металлами – окислитель, образует фосфиды:
- 2P + 3Ca = Ca3P2.
с неметаллами – восстановитель:
- 2P + 3S = P2S3,
- 2P + 3Cl2 = 2PCl3.
Не взаимодействует с водородом.
Взаимодействие с водой:
Взаимодействует с водой, при этом диспропорционирует:
- 4Р + 6Н2О = РН3 + 3Н3РО2 (кислота фосфорноватистая).
Взаимодействие со щелочами:
В растворах щелочей диспропорционирование происходит в большей степени:
- 4Р + 3KOH + 3Н2О = РН3 + 3KН2РО2 .
Восстановительные свойства:
Сильные окислители превращают фосфор в фосфорную кислоту:
- 3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO;
- 2P + 5H2SO4 = 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O.
Реакция окисления также происходит при поджигании спичек, в качестве окислителя выступает бертолетова соль:
- 6P + 5KClO3 = 5KCl + 3P2O5
- Применение
Фосфор является важнейшим биогенным элементом и в то же время находит очень широкое применение в промышленности.
Элементарный фосфор
Пожалуй одним из первых свойств фосфора которое человек поставил себе на службу — это горючесть. Горючесть фосфора очень велика и зависит от от аллотропической модификации.
Наиболее активен химически, токсичен и горюч белый ("жёлтый") фосфор, потому он очень редко применяется (в зажигательных бомбах и пр.).
Красный фосфор — основная модификация производимая и потребляемая промышленностью. Он применяется в производстве спичек, взрывчатых веществ, зажигательных составов, топлив, а также противозадирных смазочных материалов.
Соединения фосфора в сельском хозяйстве
Фосфор (в виде фосфатов) — один из трех важнейших биогенных элементов (NPK), участвует в синтезе АТФ.
Большая часть производимой фосфорной кислоты идёт на получение фосфорных удобрений — суперфосфата, преципитата, аммофоски и др.
Промышленность
- Фосфаты широко используются в качестве комплексообразователей (средства для умягчения воды),
- в составе пассиваторов поверхности металлов (защита от коррозии, напр. состав "мажеф"),
