какая аллотропная модификация фосфора ядовита
Какая аллотропная модификация фосфора ядовита
35. Аллотропные модификации фосфора
При длительном нагревании белый фосфор превращается в красный. Белый фосфор применяется для изготовления боеприпасов артиллерийских снарядов, авиабомб, предназначенных для образования дымовых завес. Широкого применения не имеет.
Красный фосфор – порошок красно-бурого цвета, неядовит, нелетуч, нерастворим в воде и во многих органических растворителях и сероуглероде; не воспламеняется на воздухе и не светится в темноте. Только при нагревании до 260 °C воспламеняется. При сильном нагревании, без доступа воздуха, не плавясь (минуя жидкое состояние) испаряется – сублимируется. При охлаждении превращается в белый фосфор. Идет на изготовление спичек: красный фосфор в смеси с сульфидом сурьмы, железным суриком, с примесью кварца и клея наносят на поверхность спичечной коробки. Головка спичек состоит в основном из бертолетовой соли, молотого стекла, серы и клея. При трении головки о намазку коробки красный фосфор воспламеняется, поджигает состав головки, а от него загорается дерево. Также красный фосфор применяется в приготовлении фармацевтических препаратов.
Черный фосфор получается при сильном нагревании и при высоком давлении белого фосфора. Черный фосфор тяжелее других модификаций. Применяется очень редко – как полупроводник в составе фосфата галлия и индия в металлургии.
Характеристика аллотропных модификаций фосфора и способы их получения
Задача 911.
Как получают фосфор в промышленности? Написать уравнения соответствующих реакций.
Решение:
Белый фосфор получают при нагревании в электрической печи смеси фосфорита или аппатита, кокса и кварцевого песка. Природный фосфорит или апатит
измельчают, смешивают с песком и углем и прокаливают в электрических печах без доступа воздуха. Уравнение реакции можно представить так:
4Са5(РО4)3F +30C + 21SiO2 3P4 + 21CaSiO3 + SiF4 + 30CO
Фосфор выделяется в виде паров, которые конденсируются в приёмнике под водой. Белый фосфор получается в твёрдом состоянии при быстром охлаждении паров фосфора. В результате длительного нагревания белого фосфора без доступа воздуха при атмосферном давлении образуется красный фосфор, а при высоком давлении – кристаллический чёрный фосфор.
Задача 912.
Указать аллотропные модификации фосфора и различия в их свойствах. Сохраняются ли эти различия после перехода фосфора в газообразное состояние? Как доказать, что красный и белый фосфор представляют собой аллотропные модификации одного и того же элемента?
Решение:
Фосфор образует несколько аллотропных модификаций. Важнейшие среди них белый, красный и черный. Белый и красный фосфор термодинамически неустойчивы, но могут существовать при нормальных условиях из-за малых скоростей превращения в устойчивую модификацию — черный фосфор.
Белый фосфор белое мягкое воскообразное вещество или прозрачные кристаллы, состоящие из тетраэдрических молекул Р4 (рис. 1.). Углы Р—Р—Р в таких тетраэдрах равны 60°:
Рис. 1. Структура молекулы
белого фосфора
Рис. 2. Структура молекулы красного фосфора
что гораздо меньше 90° между осями р-орбиталей. Эти углы, таким образом, очень напряжены, что придает белому фосфору большую химическую активность. Так как он легко окисляется и может самовоспламеняться на воздухе, его хранят под водой. Белый фосфор ядовит и очень огнеопасен. Молекулярный характер кристаллов придает этой модификации легкоплавкость (tпл. = 44 °С), летучесть (tкип. = 257 °С) и растворимость в органических растворителях.
Красный фосфор существует в нескольких кристаллических формах, которые состоят из связанных между собой бесконечных цепей, образующихся при размыкании тетраэдров (рис. 2.). Он обладает меньшей химической активностью, чем белый, не ядовит, загорается только при поджигании, не растворим в органических растворителях.
Черный фосфор имеет графитоподобную слоистую структуру, в которой каждый атом Р связан с тремя другими (рис. 3.). Слои связаны между собой слабо. Черный фосфор — наименее химически активная аллотропная модификация фосфора.
Рис. 3. Структура молекулы чёрного фосфора
Доказательством того, что белый и красный фосфор являются аллотропными модификациями одного и того же элемента служат реакции горения белого и красного фосфора, их активного взаимодействия с с галогенами, с образованием тригалогенидов:
А также то, что при хранении белый фосфор постепенно (очень медленно) переходит в более устойчивую красную форму. Переход сопровождается выделением тепла (теплота перехода):
Какая аллотропная модификация фосфора ядовита
Фосфор может существовать в виде большого числа аллотропных модификаций, в настоящее время их насчитывается 11, но все многообразие видов можно свести к трем: белый, красный и черный фосфор.
Наиболее распространен белый, или желтый, фосфор. Белый фосфор имеет молекулярную решетку, в узлах которой находятся тетраэдрические молекулы Р4.
Это очень реакционноспособное, мягкое воскообразное вещество бледно-желтого цвета, с неприятным чесночным запахом, растворимое в сероуглероде и бензоле, нерастворимое в жидкой воде, с водяным паром образует газовую смесь. Очень ядовито. Воспламеняется при трении, обладает уникальной способностью светиться в темноте за счет медленного окисления. Температура плавления 44 °С. В лаборатории его хранят под слоем воды.
Название красный фосфор относится к нескольким модификациям, различающимся по плотности и окраске: она колеблется от оранжевой до темно-красной и даже фиолетовой. Красный фосфор, образующийся при нагревании белого до 320 °С без доступа воздуха, является рентгеноаморфным, при дальнейшем нагревании до 560 °С переходит в кристаллическое состояние за счет разрыва одной связи Р – Р в тетраэдре Р4 и дальнейшего связывания оставшихся групп в цепи, кольца и трубки. Такая полимеризация приводит к упрочнению связи Р – Р, увеличению плотности и температуры плавления до 600 °С и уменьшению реакционной способности.
Красный фосфор менее активен, чем белый, нерастворим в воде и сероуглероде, не светится в темноте, абсолютно безвреден.
При повышенном давлении белый фосфор переходит в черный фосфор. Это самая устойчивая модификация фосфора. Кристаллический черный фосфор тоже имеет несколько модификаций. Ромбическая модификация построена из гексагональных колец Р6, упакованных в слои, причем кольца не являются плоскими.
Существуют также кубическая и гексагональная модификация.
Какая аллотропная модификация фосфора ядовита
Данный урок посвящен изучению свойств элемента, который находится в одной подгруппе с азотом. Простые вещества, образованные атомами этого элемента, являются неметаллами. Этот элемент – фосфор. В ходе урока вы изучите свойства фосфора и как химического элемента, и как простого вещества.
I. Учебный фильм: “Фосфор”
II. Открытие фосфора
Фосфор открыт гамбургским алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 году. Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать философский камень, а получил светящееся вещество. Бранд сфокусировался на опытах с человеческой мочой, так как полагал, что она, обладая золотистым цветом, может содержать золото или нечто нужное для его добычи. Первоначально его способ заключался в том, что сначала моча отстаивалась в течение нескольких дней, пока не исчезнет неприятный запах, а затем кипятилась до клейкого состояния. Нагревая эту пасту до высоких температур и доводя до появления пузырьков, он надеялся, что, сконденсировавшись, они будут содержать золото. После нескольких часов интенсивных кипячений получались крупицы белого воскоподобного вещества, которое очень ярко горело и к тому же мерцало в темноте. Бранд назвал это вещество phosphorus mirabilis (лат. «чудотворный носитель света»). Открытие фосфора Брандом стало первым открытием нового элемента со времён античности.
Несколько позже фосфор был получен другим немецким химиком — Иоганном Кункелем.
Независимо от Бранда и Кункеля фосфор был получен Р. Бойлем, описавшим его в статье «Способ приготовления фосфора из человеческой мочи».
Усовершенствованный способ получения фосфора был опубликован в 1743 году Андреасом Маргграфом.
Существуют данные, что фосфор умели получать ещё арабские алхимики в XII в.
То, что фосфор — простое вещество, доказал Лавуазье.
III. Строение атома
Фосфор расположен в III периоде, в 5 группе главной подгруппе «А», под порядковым номером №15. Относительная атомная масса Ar(P) = 31.
Валентные возможности фосфора шире, чем у атома азота, так как в атоме фосфора имеются свободные d-орбитали. Поэтому может произойти распаривание 3S 2 – электронов и один из них может перейти на 3d– орбиталь. В этом случае на третьем энергетическом уровне фосфора окажется пять неспаренных электронов и фосфор сможет проявлять валентность V.
IV. Аллотропия фосфора
В свободном состоянии фосфор образует несколько аллотропных видоизменений: белый, красный и чёрный фосфор
V. Нахождение в природе
В отличие от соседнего элемента по группе, азота, фосфор в природе в свободном виде не встречается, поскольку химически гораздо более активен. В природе элемент фосфор достаточно распространен, массовая доля фосфора в земной коре составляет 0,09 % (т. е. занимает 12-е место по распространенности). Важнейшие минералы фосфора – апатит и фосфорит, основу которых составляет фосфат кальция.
Рис. 1. Минералы, содержащие фосфор: а – апатит, б – фосфорит
Самые богатые в мире залежи апатитов находятся близ г. Кировска на Кольском полуострове. Фосфориты широко распространены на Урале, в Поволжье, в Сибири, Казахстане, Эстонии, Белоруси и др. Большие месторождения фосфоритов имеются в Северной Африке, Сирии и США. Фосфор необходим для жизни растений. Поэтому почва всегда должна содержать достаточное количество соединений фосфора.
Фосфор присутствует в живых клетках в виде орто- и пирофосфорной кислот, входит в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов, коферментов, ферментов. Кости человека состоят из гидроксилапатита 3Са3(РО4)3·CaF2. В состав зубной эмали входит фторапатит. Основную роль в превращениях соединений фосфора в организме человека и животных играет печень. Обмен фосфорных соединений регулируется гормонами и витамином D. Суточная потребность человека в фосфоре 800-1500 мг. При недостатке фосфора в организме развиваются различные заболевания костей.
Токсикология фосфора
Острые отравления фосфором проявляются жжением во рту и желудке, головной болью, слабостью, рвотой. Через 2-3 суток развивается желтуха. Для хронических форм характерны нарушение кальциевого обмена, поражение сердечно-сосудистой и нервной систем. Первая помощь при остром отравлении — промывание желудка, слабительное, очистительные клизмы, внутривенно растворы глюкозы. При ожогах кожи обработать пораженные участки растворами медного купороса или соды. ПДК паров фосфора в воздухе 0,03 мг/м³.
VI. Физические свойства
Белый фосфор
Белый фосфор представляет собой белое вещество (из-за примесей может иметь желтоватый оттенок). По внешнему виду он очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий.
Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решётку, формула молекулы белого фосфора — P4, причём атомы расположены в вершинах тетраэдра. Отливаемый в инертной атмосфере в виде палочек (слитков), он сохраняется в отсутствии воздуха под слоем очищенной воды или в специальных инертных средах.
Плохо растворяется в воде, но легкорастворим в органических растворителях. Растворимостью белого фосфора в сероуглероде пользуются для промышленной очистки его от примесей. Плотность белого фосфора из всех его модификаций наименьшая и составляет около 1823 кг/м³. Плавится белый фосфор при 44,1 °C. В парообразном состоянии происходит диссоциация молекул фосфора.
Красный фосфор
Красный фосфор — это более термодинамически стабильная модификация элементарного фосфора. Впервые он был получен в 1847 году в Швеции австрийским химиком А.Шрёттером при нагревании белого фосфора при 500 °С в атмосфере угарного газа (СО) в запаянной стеклянной ампуле.
Красный фосфор имеет формулу Рn и представляет собой полимер со сложной структурой. В зависимости от способа получения и степени дробления, красный фосфор имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии — тёмно-фиолетовый с медным оттенком, имеет металлический блеск. Химическая активность красного фосфора значительно ниже, чем у белого; ему присуща исключительно малая растворимость. Растворить красный фосфор возможно лишь в некоторых расплавленных металлах (свинец и висмут), чем иногда пользуются для получения крупных его кристаллов. Красный фосфор на воздухе не самовоспламеняется, вплоть до температуры 240—250 °С (при переходе в белую форму во время возгонки), но самовоспламеняется при трении или ударе, у него полностью отсутствует явление хемилюминесценции. Нерастворим в воде, а также в бензоле, сероуглероде и других, растворим в трибромиде фосфора. При температуре возгонки красный фосфор превращается в пар, при охлаждении которого образуется в основном белый фосфор.
Ядовитость его в тысячи раз меньше, чем у белого, поэтому он применяется гораздо шире, например, в производстве спичек (составом на основе красного фосфора покрыта тёрочная поверхность коробков). Плотность красного фосфора также выше, и достигает 2400 кг/м³ в литом виде. При хранении на воздухе красный фосфор в присутствии влаги постепенно окисляется, образуя гигроскопичный оксид, поглощает воду и отсыревает («отмокает»), образуя вязкую фосфорную кислоту; поэтому его хранят в герметичной таре. При «отмокании» — промывают водой от остатков фосфорных кислот, высушивают и используют по назначению.
Черный фосфор
Чёрный фосфор — это наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора. Впервые чёрный фосфор был получен в 1914 году американским физиком П. У. Бриджменом из белого фосфора в виде чёрных блестящих кристаллов, имеющих высокую (2690 кг/м³) плотность. Для проведения синтеза чёрного фосфора Бриджмен применил давление в 2·10 9 Па (20 тысяч атмосфер) и температуру около 200 °С. Начало быстрого перехода лежит в области 13 000 атмосфер и температуре около 230 °С.
Чёрный фосфор представляет собой чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и весьма похожее на графит, и с полностью отсутствующей растворимостью в воде или органических растворителях. Поджечь чёрный фосфор можно, только предварительно сильно раскалив в атмосфере чистого кислорода до 400 °С. Чёрный фосфор проводит электрический ток и имеет свойства полупроводника. Температура плавления чёрного фосфора 1000 °С под давлением 1,8·10 6 Па.
Также существуют желтый фосфор и металлический фосфор.
VII. Получение фосфора
Фосфор получают из апатитов или фосфоритов в результате взаимодействия с коксом и кремнезёмом при температуре 1600 °С:
Образующиеся пары белого фосфора конденсируются в приёмнике под водой. Вместо фосфоритов восстановлению можно подвергнуть и другие соединения, например, метафосфорную кислоту:
4HPO3 + 12C → 4P + 2H2 + 12CO
VIII. Химические свойства фосфора
Окислитель
Восстановитель
1. С металлами — окислитель, образуетфосфиды:
Фосфиды разлагаются кислотами и водой с образованием газа фосфина
1. Фосфор легко окисляется кислородом:
4P + 3O2 → 2P2O3 (при медленном окислении или при недостатке кислорода).
2. С неметаллами — восстановитель:
! Не взаимодействует с водородом
3. Сильные окислители превращают фосфор в фосфорную кислоту:
4. Реакция окисления также происходит при поджигании спичек, в качестве окислителя выступает бертолетова соль:
IX. Применение фосфора
Фосфор является важнейшим биогенным элементом и в то же время находит очень широкое применение в промышленности.
Пожалуй, первое свойство фосфора, которое человек поставил себе на службу, — это горючесть. Горючесть фосфора очень велика и зависит от аллотропической модификации.
Наиболее активен химически, токсичен и горюч белый («жёлтый») фосфор, потому он очень часто применяется (в зажигательных бомбах и пр.).
Красный фосфор — основная модификация, производимая и потребляемая промышленностью. Он применяется в производстве спичек, его вместе с тонко измельчённым стеклом и клеем наносят на боковую поверхность коробка, при трении спичечной головки в состав который входят хлорат калия и сера, происходит воспламенение. Так же красный фосфор используется при производстве взрывчатых веществ, зажигательных составов, топлив.
Фосфор (в виде фосфатов) — один из трёх важнейших биогенных элементов, участвует в синтезе АТФ. Большая часть производимой фосфорной кислоты идёт на получение фосфорных удобрений — суперфосфата, преципитата, и др.
X. Закрепление
Задание №1.
Красный фосфор — основная модификация, производимая и потребляемая промышленностью. Он применяется в производстве спичек, его вместе с тонко измельчённым стеклом и клеем наносят на боковую поверхность коробка, при трении спичечной головки в состав который входят хлорат калия и сера, происходит воспламенение.
Происходит реакция :
P + KClO3 = KCl + P2O5
Расставьте коэффициенты с помощью электронного баланса, укажите окислитель, и восстановитель, процессы окисления и восстановления.
Задание №2.
Задание №3.
Задание №4.
Расставьте коэффициенты: P + KOH + H2O = PH3 + KH2PO3
Презентация по теме «Фосфор. Аллотропия. Химические свойства фосфора.»
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Описание презентации по отдельным слайдам:
ПРОИСХОЖДЕНИЕ НАЗВАНИЯ Я светоносный элемент. Я спичку вам зажгу в момент. Сожгут меня – и под водой Оксид мой станет кислотой. V
В жидком состоянии и в парах при t ниже 8000С молекула фосфора состоит из 4-х атомов, при нагревании до t выше 8000C она распадается P4 P2.
НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ Основные минералы Бирюза
Фосфор входит в состав зубов, костей, мышц, нервных тканей и мозга.
Участвует в передаче энергии в организме (АТФ), наследственной информации (ДНК, РНК), поддержании постоянства кислотности крови. В среднем тело человека содержит 1,5 кг фосфора. Он необходим для жизни растений, входит в состав белковых веществ.
ПРОДУКТЫ – ИСТОЧНИКИ ФОСФОРА
Получение фосфора Ca3 (PO4)2 + 5C + 3SiO2 = Природный фосфорит или апатит измельчают, смешивают с песком и углем и накаливают в печах с помощью электрического тока без доступа воздуха. 3CaSiO3 + 2P + 5CO↑
АЛЛОТРОПНЫЕ МОДИФИКАЦИИ Р БЕЛЫЙ КРАСНЫЙ ЧЕРНЫЙ
Это легкоплавкое t(пл)=44,1оС, t(кип)=281оС, мягкое, воскообразное вещество желтоватого цвета с чесночным запахом. Хорошо растворяется в сероуглероде и ряде других органических растворителей. БЕЛЫЙ ФОСФОР Белый фосфор – очень неустойчивая и самая реакционноспособная аллотропная модификация фосфора.
Ядовит, воспламеняется на воздухе, БЕЛЫЙ ФОСФОР светится в темноте (хемилюминесценция). Фосфор хранят под слоем воды. В воде не растворим.
Горящий фосфор причиняет сильные ожоги, заживление кожи идет очень медленно. Применяется в фармацевтических препаратах, а также для образования дымовых завес.
Если белый фосфор долго нагревать без доступа воздуха при t = 250 – 3000С, то он превращается в красный фосфор; такое же превращение происходит, но очень медленно, под действием света. КРАСНЫЙ ФОСФОР
Не ядовит, не светится, не растворяется ни в воде, ни в сероуглероде, воспламеняется при t = 250-3000С. При сильном нагревании красный фосфор, не плавясь, возгоняется (сублимируется), а при охлаждении паров образуется белый фосфор. Кристаллическая решетка красного фосфора атомная. В пространстве это трубка с правильным пятиугольным поперечным сечением. Красный фосфор применяется в производстве спичек.
ЧЕРНЫЙ ФОСФОР Гораздо реже встречается черный фосфор. Черный фосфор был получен П. Бриджменом Черный фосфор имеет слоистую атомную кристаллическую решетку. По внешнему виду похож на графит, но является полупроводником. Не ядовит, жирен на ощупь. Получается при длительном нагревании белого фосфора при очень высоком давлении (2000С и 1200 МПа).
По внешнему виду похож на графит.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 1. Взаимодействие с неметаллами: а) с кислородом (белый фосфор воспламеняется при t=180С, а красный только при t = 2600С): 4P + 5O2 = 2P2O5 4P + 3O2 = 2P2O3 P2O5 — оксид фосфора (V), пентаоксид фосфора или фосфорный ангидрид, образуется при горении фосфора на воздухе или в кислороде. Плотность его паров соответствует формуле P4O10. P2O3 — оксид фосфора (III), триоксид фосфора или фосфористый ангидрид, получается при медленном окислении фосфора или когда фосфор сгорает при недостаточном доступе кислорода. (Р4 + 5О2 = Р4О10) (Р4 + 3О2 = Р4О6)
б) с галогенами. Фосфор непосредственно соединяется со всеми галогенами с выделением большого количества теплоты. 2P + 3Cl2 = 2PСl3 2P + 5Cl2 = 2PСl5 PСl3 — хлорид фосфора (III), или трихлорид фосфора, представляет собой жидкость, Tкип. = 750С. При действии воды PСl3 полностью гидролизуется с образованием хлористого водорода и фосфористой кислоты: PCl3 + 3H2O = H3PO3 + 3HСI
Гидролизуется: PCl5 + 4H2O = H3PO4 + 5HСl PСl3 + Сl2 = PCl5 При пропускании хлора в треххлористый фосфор образуется хлорид фосфора (V), или пентахлорид фосфора, PСl5, который при обычных условиях образует твердую белую массу. Аналогичные соединения фосфор образует с бромом, йодом и фтором, однако для иода соединение состава PJ5 неизвестно.
в) с серой. 2P + 3S = P2S3 2P + 5S = P2S5 P2S5 — сульфид фосфора (V), пентасульфид фосфора P2S3 — сульфид фосфора (III), трисульфид фосфора
PH3 — фосфин — очень ядовитый, бесцветный газ с чесночным запахом. Сильный восстановитель. PH3 + 8HNO3 = H3PO4 + 8NO2 + 4H2O При горении фосфина образуется фосфорный ангидрид и вода: 2PH3 + 4O2 = P2O5 + 3H2O 2PH3 + 4O2 = 2H3PO4
Реакция взаимодействия фосфора с азотной кислотой: При работе с фосфором следует строго соблюдать правила ТБ. Белый фосфор и его соединения высокотоксичны.
д) реагирует с растворами некоторых солей: P + 5AgNO3 + 8H2O = H3PO4 + 5Ag + 5HNO3 2P + 5CuSO4 + 8H2O = 2H3PO4 + 5Cu + 5H2SO4
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Курс повышения квалификации
Современные образовательные технологии в преподавании химии с учетом ФГОС
Номер материала: ДВ-023725
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами
Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно
Кабмин утвердил список вузов, в которых можно получить второе высшее образование бесплатно
Время чтения: 2 минуты
Рособрнадзор открыл горячую линию по вопросам контрольных в школах
Время чтения: 1 минута
Роспотребнадзор продлил действие санитарных правил для школ
Время чтения: 1 минута
В Москве разработают дизайн-код для школ и детсадов
Время чтения: 1 минута
В школе в Пермском крае произошла стрельба
Время чтения: 1 минута
МГУ с 8 ноября переходит на смешанный формат обучения
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.