สารประกอบอนินทรีย์เชิงซ้อนมีสามประเภท: ออกไซด์ ไฮดรอกไซด์ (ซึ่งรวมถึงกรดและเบส) และเกลือ โลหะและอโลหะหลายชนิดสามารถเกิดออกไซด์ ไฮดรอกไซด์ และเป็นส่วนหนึ่งของกรดที่ตกค้าง ดังนั้นฟอสฟอรัสจึงรวมอยู่ในกรดตกค้าง PO4 ฟอสฟอรัสออกไซด์มีหลายชนิด ดังนั้นจึงมีไฮดรอกไซด์หลายชนิดซึ่งเกิดจากออกไซด์เหล่านี้ ฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์สูงสุดคือกรดฟอสฟอริก ในบทความนี้ เราจะพิจารณาคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของธาตุนี้และสารประกอบ ตลอดจนพูดถึงความชุกในธรรมชาติและข้อเท็จจริงที่น่าสนใจอื่นๆ
คุณสมบัติทางกายภาพของฟอสฟอรัส
มีได้หลายแบบ ฟอสฟอรัสเป็นสารที่ประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีเดียว อะตอมของมันจะไม่รวมกันเป็นโมเลกุล สูตรของฟอสฟอรัสคือ P อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบนี้สามารถมีอยู่ได้ในรูปของสารสามชนิด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของตาข่ายคริสตัล
ที่พบมากที่สุดคือฟอสฟอรัสขาว - มีโครงสร้างคล้ายขี้ผึ้งและมีความเป็นพิษสูง จุดหลอมเหลวของสารนี้คือสี่สิบสี่องศาเซลเซียส และจุดเดือดคือสองร้อยแปดสิบองศา ด้วยแรงเสียดทานที่ได้รับวัสดุติดไฟได้เร็วมาก ดังนั้นพวกมันจึงตัดโดยวางไว้ในสภาพแวดล้อมทางน้ำเท่านั้น หากให้ความร้อนเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสองร้อยห้าสิบองศาเซลเซียส มันจะกลายเป็นฟอสฟอรัสแดง สารนี้ถูกนำเสนอในรูปของผงสีน้ำตาลแดง ฟอสฟอรัสแดงไม่เหมือนสีขาวไม่มีพิษ
รูปแบบการดำรงอยู่ขององค์ประกอบนี้ที่เสถียรที่สุดเรียกว่าฟอสฟอรัสดำ ซึ่งมีลักษณะภายนอกคล้ายกับโลหะ มีความมันวาวเป็นพิเศษ มีความแข็งสูง การนำไฟฟ้าและความร้อน
ในมุมมองของเคมี
ฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่อยู่ในกลุ่มที่ห้าและช่วงที่สามในตารางธาตุ จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่าความจุของมันคือห้า นอกจากนี้ จากตารางธาตุจะเห็นได้ว่าธาตุฟอสฟอรัสมีมวลอะตอมเท่ากับ 31 กรัมต่อโมล ซึ่งหมายความว่า 1 โมลของสารจะมีน้ำหนัก 31 หนึ่งกรัม เมื่อพิจารณาคุณสมบัติทางเคมีของฟอสฟอรัส เราจะพูดถึงปฏิกิริยาของมันกับสารประกอบธรรมดาและสารประกอบเชิงซ้อน
ปฏิสัมพันธ์กับสารธรรมดา
สิ่งแรกที่คุณต้องใส่ใจคือการเกิดออกซิเดชันของฟอสฟอรัส นี่คือปฏิกิริยาของเขากับออกซิเจน เป็นผลให้สามารถเกิดสารสองชนิดที่แตกต่างกัน - ทุกอย่างจะขึ้นอยู่กับสัดส่วนของส่วนประกอบเหล่านี้
ตัวเลือกแรก - ฟอสฟอรัสสี่โมลและออกซิเจน 3 โมลสร้างฟอสฟอรัสไตรออกไซด์สองโมล ปฏิกิริยาเคมีดังกล่าวสามารถเขียนได้โดยใช้สมการต่อไปนี้สมการ: 4P + 3O2=2P2O3.
ตัวเลือกที่สองคือการก่อตัวของฟอสฟอรัส 4 โมลและออกซิเจน 5 โมล ฟอสฟอรัสเพนท็อกไซด์สองโมล ปฏิกิริยานี้สามารถแสดงได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:
ในปฏิกิริยาเคมีทั้งสองมีการปล่อยแสงที่สำคัญ นอกจากนี้ ฟอสฟอรัสสามารถโต้ตอบกับสารง่ายๆ เช่น โลหะ ฮาโลเจน (ฟลูออรีน ไอโอดีน โบรมีน คลอรีน) กำมะถัน องค์ประกอบทางเคมีนี้สามารถแสดงคุณสมบัติทั้งการลดและออกซิไดซ์ ตัวอย่างของปฏิกิริยากับฮาโลเจนคือคลอรีน มันเกิดขึ้นในสองขั้นตอน ประการแรกคือการก่อตัวของฟอสฟอรัสไตรคลอเรตสองโมลจากสองโมลของอโลหะที่เป็นปัญหาและคลอรีนสามโมล การโต้ตอบนี้สามารถแสดงได้โดยใช้สมการต่อไปนี้: 2P +3Cl2=2PCl3.
ขั้นตอนที่สองของกระบวนการนี้คือการเพิ่มอะตอมของคลอรีนลงในฟอสฟอรัสไตรคลอเรตที่ได้รับแล้ว ดังนั้นเมื่อเติมคลอรีนในปริมาณเดียวกันในโมลหนึ่งโมลจะเกิดฟอสฟอรัสเพนตาคลอเรตหนึ่งโมล เราเขียนสมการของปฏิกิริยานี้ดังนี้: PCl3 + Cl2=PCl5.
ความสม่ำเสมอของปฏิกิริยาระหว่างฟอสฟอรัสกับโลหะสามารถเห็นได้ในตัวอย่างนี้ ถ้าเราเอาโพแทสเซียมสามโมลและฟอสฟอรัสหนึ่งโมล เราจะได้โพแทสเซียมฟอสไฟด์หนึ่งโมล กระบวนการประเภทนี้สามารถเขียนได้โดยใช้สมการปฏิกิริยาต่อไปนี้: 3K + P=K3R.
โต้ตอบกับสารเชิงซ้อน
สารประกอบทางเคมีที่ซับซ้อนซึ่งฟอสฟอรัสสามารถทำปฏิกิริยาได้ ได้แก่ กรดและเกลือ ให้เราอธิบายตามลำดับคุณสมบัติของการสัมผัสขององค์ประกอบภายใต้การพิจารณากับกลุ่มของสารเคมีเหล่านี้
ฟอสฟอรัสและกรด
ปฏิกิริยาระหว่างฟอสฟอรัสและกรดไนตริกมีความโดดเด่น ในการดำเนินการปฏิกิริยาประเภทนี้ จำเป็นต้องใช้ส่วนประกอบต่อไปนี้: ฟอสฟอรัสในปริมาณสามโมล กรดไนเตรตห้าโมล และน้ำ - สองโมล อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีดังกล่าว เราได้รับผลิตภัณฑ์ดังต่อไปนี้: กรดฟอสฟอริกและไนโตรเจนออกไซด์ สมการของปฏิกิริยานี้เขียนดังนี้: 4 + 5NO.
ฟอสฟอรัสและเกลือ
ปฏิกิริยาเคมีประเภทนี้สามารถพิจารณาได้จากตัวอย่างปฏิกิริยาของอโลหะที่พิจารณาแล้วกับคิวรัมซัลเฟต ในการดำเนินการตามขั้นตอนนี้ จำเป็นต้องใช้ฟอสฟอรัส 2 โมล คอปเปอร์ซัลเฟต 5 โมล น้ำ 8 โมล อันเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของสารเหล่านี้ เราได้รับสารประกอบทางเคมีต่อไปนี้: กรดซัลเฟตในปริมาณห้าโมล, ทองแดงบริสุทธิ์ - ปริมาณเท่ากันและกรดฟอสฟอริก - สองโมล กระบวนการนี้สามารถเขียนได้ในรูปของสมการต่อไปนี้ SO4 + 5Cu + 2H3PO4.
รับอโลหะนี้
ในอุตสาหกรรม สารที่เป็นปัญหานั้นสกัดจากสารประกอบทางเคมีเช่นแคลเซียมฟอสเฟต สำหรับสิ่งนี้ทำปฏิกิริยาเคมีต่อไปนี้: เกลือที่ระบุผสมกับทราย (ซิลิกอนออกไซด์) และคาร์บอนในสัดส่วนโมลาร์ 1:3:5 ส่งผลให้แคลเซียมซิลิเกตฟอสฟอรัสและก๊าซชาดได้รับในอัตราส่วนโมลาร์ 3:2:5.
สารประกอบฟอสฟอรัสและคุณสมบัติของพวกมัน
สารประกอบอโลหะที่พบได้บ่อยที่สุดคือฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์ สามารถมีได้หลายประเภทขึ้นอยู่กับออกไซด์ที่เกิดขึ้น สามารถรับฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์ได้โดยทำปฏิกิริยาเคมีระหว่างออกไซด์กับน้ำ เนื่องจากปฏิกิริยาเหล่านี้ จึงเกิดสารประเภทต่างๆ ขึ้น ดังนั้นไฮดรอกไซด์ (3) สามารถรับได้จากไตรออกไซด์และฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์ (5) จากเพนท็อกไซด์ สารเหล่านี้มีคุณสมบัติเป็นกรดและสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะ เกลือ เบส ฯลฯ
ฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์สูงสุดคือกรดฟอสฟอริก เป็นออกซิเจนและไทรเบสิก สูตรคือ H3PO4.
คุณสมบัติทางเคมีพื้นฐาน
ฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์ซึ่งเป็นสูตรที่ให้ไว้ข้างต้นสามารถทำปฏิกิริยากับสารทั้งแบบธรรมดาและแบบซับซ้อนได้ มาดูกระบวนการเหล่านี้กันดีกว่า
ปฏิกิริยาของกรดฟอสฟอริกกับโลหะ
เช่นเดียวกับสารประกอบเคมีอื่นๆ ในกลุ่มนี้ ฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์สามารถโต้ตอบกับโลหะได้ ในระหว่างกระบวนการนี้ จะเกิดปฏิกิริยาการกระจัดซึ่งอะตอมของโลหะจะแทนที่อะตอมของไฮโดรเจน ทำให้เกิดเกลือและไฮโดรเจน ซึ่งถูกปล่อยสู่อากาศในรูปของก๊าซที่มีกลิ่นไม่พึงประสงค์ เพื่อให้เกิดปฏิกิริยานี้สามารถรับรู้โลหะจะต้องอยู่ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนในชุดกิจกรรมไฟฟ้าเคมี กล่าวคือ สารอย่างเช่น ทองแดง เงิน และอื่นๆ ที่คล้ายกันนั้นไม่สามารถทำปฏิกิริยากับกรดฟอสฟอริกได้ เนื่องจากสารเหล่านี้มีกิจกรรมทางเคมีต่ำ พวกมันจะไม่สามารถแทนที่อะตอมไฮโดรเจนจากสารประกอบของพวกมันได้
เอาอลูมิเนียมเป็นตัวอย่าง เมื่อเติมธาตุนี้สองโมลลงในฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์สองโมล เราจะได้อะลูมิเนียมฟอสเฟตและไฮโดรเจนในปริมาณ 2 และ 3 โมลตามลำดับ สมการของปฏิกิริยานี้เขียนได้ดังนี้: 2Al + 2H3PO4=2AlPO4 + 3H 2.
โต้ตอบกับเบส
ฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์ก็เหมือนกับกรดอื่นๆ อีกหลายชนิดที่ทำปฏิกิริยากับเบสได้ กระบวนการดังกล่าวเรียกว่าปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน เป็นผลให้เกิดไฮดรอกไซด์ใหม่เช่นเดียวกับกรดใหม่ ปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่เป็นผลไม่ละลายในน้ำ กล่าวคือ มันตกตะกอน ระเหยเป็นแก๊ส หรือเป็นน้ำหรืออิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนมาก
กรดฟอสฟอริกและเกลือ
ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนก็เกิดขึ้นเช่นกัน เป็นผลให้คุณสามารถได้รับกรดและเกลือใหม่ เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาแบบนี้ต้องปฏิบัติตามกฎที่อธิบายไว้ข้างต้นด้วย
การใช้ฟอสฟอรัสและสารประกอบในอุตสาหกรรม
ก่อนอื่น สารประกอบขององค์ประกอบทางเคมีนี้ใช้สำหรับทำส่วนผสมที่ใช้กับพื้นผิวด้านข้างของกลักไม้ขีดไฟ หัวไม้ขีดเองก็ได้รับการผสมฟอสฟอรัสด้วย
เพนท็อกไซด์ของอโลหะที่พิจารณาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะเครื่องอบแก๊ส นอกจากนี้ยังใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเพื่อให้ได้ฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์ซึ่งเป็นสูตรและคุณสมบัติที่กล่าวถึงข้างต้น นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตแก้ว
ฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์ยังถูกใช้ในหลายอุตสาหกรรม ประการแรกใช้ในการผลิตปุ๋ย เนื่องจากฟอสฟอรัสมีความสำคัญต่อพืช ดังนั้นจึงมีปุ๋ยหลายชนิดที่ทำขึ้นจากสารประกอบอโลหะที่เป็นปัญหา เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ มีการใช้สารเช่นแคลเซียมฟอสเฟต เกลือใช้เป็นปุ๋ยในรูปดิน นอกจากนี้ยังใช้ superphosphate ธรรมดาและสองเท่าสำหรับสิ่งนี้ แอมโมฟอสและไนโตรแอมโมฟอสสามารถใช้เป็นปุ๋ยได้เช่นกัน นอกเหนือจากทั้งหมดที่กล่าวมาแล้ว เกลือหรือฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์ยังถูกใช้เป็นสารรีเอเจนต์ในการพิจารณาการมีอยู่ของสารประกอบเงินในสารละลาย ดังนั้น สารจะถูกเติม ซึ่งรวมถึงกรดตกค้าง PO4 ลงในสารละลาย ถ้าหลังมีเกลือหรือซิลเวอร์ไฮดรอกไซด์จะเกิดตะกอนสีเหลืองที่อุดมไปด้วย นี่คืออาร์เจนตัมฟอสเฟตซึ่งมีสูตรทางเคมีดังต่อไปนี้: AgNO3.
โครงสร้างของอะตอมฟอสฟอรัส
อย่างที่คุณทราบ อะตอมทั้งหมดประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่หมุนอยู่รอบตัวเขา. นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน อิเล็กตรอนมีประจุลบ โปรตอนมีประจุบวก และนิวตรอนมีประจุเป็นศูนย์ เลขลำดับของฟอสฟอรัสในตารางธาตุคือสิบห้า จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่านิวเคลียสของมันมีโปรตอนสิบห้าตัว ถ้าอะตอมเป็นกลางและไม่ใช่ไอออน แสดงว่ามีอิเล็กตรอนมากพอๆ กับโปรตอน นั่นคือในกรณีของฟอสฟอรัสมี 15 ชนิด
ถ้าอิเล็กตรอนตัวใดตัวหนึ่งออกจากวงโคจร อะตอมจะเปลี่ยนเป็นไอออนที่มีประจุบวก นั่นคือ ไอออนบวก ถ้าอิเล็กตรอนรวมตัวกัน จะเกิดไอออนที่มีประจุลบขึ้น - แอนไอออน
ในตารางธาตุเคมี คุณจะเห็นว่าฟอสฟอรัสอยู่ในคาบที่สาม จากนี้ไปจะเห็นได้ชัดว่ามีวงโคจรอยู่สามวงรอบนิวเคลียสซึ่งมีการกระจายอิเล็กตรอนอย่างเท่าเทียมกัน ตัวแรกมีสองตัว ตัวที่สองมีแปดตัวและตัวที่สามมีห้าตัว
ความชุกในธรรมชาติ
เศษส่วนมวลของฟอสฟอรัสในเปลือกโลกคือ 0.08% ไม่ใช่องค์ประกอบทางเคมีทั่วไปในธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม มีแร่ธาตุทั้งกลุ่มที่มีฟอสฟอรัสอยู่ด้วย เหล่านี้คืออะพาไทต์และฟอสฟอรัส กลุ่มแรกที่พบมากที่สุดคือฟลูออราพาไทต์ มีสูตรทางเคมีดังนี้ 3Ca3(PO4)2•CaF2 มาในเฉดสีโปร่งใส สีเขียว และสีเขียวขุ่น ในบรรดาฟอสฟอรัส แคลเซียมฟอสเฟตเป็นแคลเซียมฟอสเฟตที่พบมากที่สุด โดยมีสูตรทางเคมีดังนี้ Ca3(PO4)2 นอกจากนี้ สารประกอบฟอสฟอรัสพบในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตต่างๆ
บทบาทของฟอสฟอรัสและสารประกอบในธรรมชาติและร่างกาย
องค์ประกอบทางเคมีนี้สำคัญมากสำหรับการทำงานปกติของอวัยวะและระบบเกือบทั้งหมด ประการแรกหากไม่มีมันจะทำให้ไตทำงานได้อย่างราบรื่น องค์ประกอบนี้มีส่วนร่วมในกระบวนการเผาผลาญของร่างกาย นอกจากนี้ยังส่งเสริมการสร้างเนื้อเยื่อใหม่อย่างรวดเร็ว หากไม่มีวิตามินบางชนิดก็ไม่สามารถกระตุ้นวิตามินให้เป็นประโยชน์ต่อร่างกายได้ ซึ่งเป็นเหตุว่าทำไมจึงมักเติมฟอสฟอรัสในการเตรียมวิตามินเกือบทั้งหมดเป็นส่วนประกอบเพิ่มเติม นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในองค์ประกอบทางเคมีที่ช่วยให้การทำงานปกติของหัวใจ นอกจากนี้ เขายังมีส่วนร่วมในกระบวนการแบ่งเซลล์ ดังนั้นชีวิตบนโลกจึงเป็นไปไม่ได้หากไม่มีองค์ประกอบย่อยนี้
การควบคุมสมดุลเกลือน้ำเป็นอีกหน้าที่หนึ่งที่สารประกอบของอโลหะที่พิจารณาในบทความนี้ดำเนินการในร่างกาย นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของเนื้อเยื่อกระดูกและกล้ามเนื้อ พบมากในฟัน เหนือสิ่งอื่นใด เป็นที่น่าสังเกตว่าฟอสฟอรัสมีส่วนเกี่ยวข้องกับการทำงานปกติของระบบประสาท อาการของการขาดธาตุในร่างกายที่เป็นปัญหามีดังนี้: เหนื่อยล้าเพิ่มขึ้น, ประสิทธิภาพต่ำ, รบกวนในการทำงานของระบบประสาท (โรคประสาท, ฮิสทีเรีย, ฯลฯ), หวัดบ่อยเกินไป, กล้ามเนื้อหัวใจอ่อนแรง, ปวดกระดูกและกล้ามเนื้อ, เบื่ออาหารมาก. เพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์เช่นการขาดฟอสฟอรัสในร่างกายคุณต้องรู้มีอาหารอะไรบ้าง
อันดับแรก ควรแยกปลาออกจากอาหารที่อุดมด้วยองค์ประกอบทางเคมีที่พิจารณา ฟอสฟอรัสมีความเข้มข้นสูงเป็นพิเศษในสายพันธุ์ต่างๆ เช่น ปลาสเตอร์เจียน ปลาทู ปลาทู ปลาทูน่า ปลาซาร์ดีน คาพลิน พอลล็อค กลิ่นเหม็น นอกจากนี้ ธาตุที่กล่าวถึงในบทความนี้ยังพบในเนื้อปู กุ้ง และผลิตภัณฑ์นม เช่น คอทเทจชีส ชีสแปรรูป และชีส
สรุป
ฟอสฟอรัส แม้ว่าจะไม่ใช่องค์ประกอบทางเคมีทั่วไปในโลก แต่ก็มีความสำคัญอย่างยิ่งทั้งจากมุมมองของอุตสาหกรรมและทางชีววิทยา เขาและสารประกอบของเขาโดยเฉพาะฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ประเภทต่างๆ บทความนี้ยังได้อธิบายคุณสมบัติของฟอสฟอรัสไฮดรอกไซด์ (กรดฟอสฟอริก) และคุณสมบัติของปฏิกิริยากับโลหะ เบส และเกลือ