ฟอสฟอรัสและสารประกอบของมัน. การประยุกต์ใช้สารประกอบฟอสฟอรัสในทางปฏิบัติ

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

ในบรรดาธาตุชีวภาพ ควรให้ฟอสฟอรัสพิเศษ โดยแท้จริงแล้ว หากปราศจากมัน การดำรงอยู่ของสารประกอบสำคัญเช่น ATP หรือฟอสโฟลิปิด เช่นเดียวกับสารอินทรีย์อื่น ๆ เป็นไปไม่ได้ ในเวลาเดียวกัน สารอนินทรีย์ของธาตุนี้อุดมไปด้วยโมเลกุลต่างๆ ฟอสฟอรัสและสารประกอบของฟอสฟอรัสใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม มีส่วนสำคัญในกระบวนการทางชีววิทยา และใช้ในด้านต่างๆ ของกิจกรรมของมนุษย์ ดังนั้นให้พิจารณาว่าธาตุนี้คืออะไร สารง่าย ๆ และสารประกอบที่สำคัญที่สุดคืออะไร

ฟอสฟอรัส: ลักษณะทั่วไปของธาตุ

ตำแหน่งในตารางธาตุสามารถอธิบายได้หลายจุด

1. กลุ่มที่ห้า กลุ่มย่อยหลัก
2. ช่วงสั้นสาม.
3. เลขลำดับ - 15.
4. มวลอะตอมเท่ากับ 30, 974.
5. โครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. สถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้จาก-3 ถึง +5.
7. สัญลักษณ์ทางเคมี - P การออกเสียงในสูตร "pe" ชื่อของธาตุคือฟอสฟอรัส ชื่อละติน ฟอสฟอรัส

ประวัติการค้นพบอะตอมนี้ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ XII อันไกลโพ้น แม้แต่ในบันทึกของนักเล่นแร่แปรธาตุก็มีข้อมูลที่ระบุว่าได้รับสาร "เรืองแสง" ที่ไม่รู้จัก อย่างไรก็ตาม วันที่อย่างเป็นทางการสำหรับการสังเคราะห์และการค้นพบฟอสฟอรัสคือ 1669 แบรนด์พ่อค้าที่ล้มละลายในการค้นหาศิลาอาถรรพ์ บังเอิญสังเคราะห์สารที่สามารถเปล่งแสงและเผาไหม้ด้วยเปลวไฟที่เจิดจ้า เขาทำสิ่งนี้โดยเผาปัสสาวะมนุษย์ซ้ำๆ

หลังจากนั้น ได้รับองค์ประกอบนี้ในลักษณะเดียวกันโดยประมาณ:

• อ. Kunkel;
• ร. บอยล์;
• ก. มาร์เกรฟ;
• ก. ชีเล่;
• ก. ลาวัวซิเย่

วันนี้ หนึ่งในวิธีการที่นิยมมากที่สุดสำหรับการสังเคราะห์สารนี้คือการลดแร่ธาตุที่ประกอบด้วยฟอสฟอรัสที่สอดคล้องกันที่อุณหภูมิสูงภายใต้อิทธิพลของคาร์บอนมอนอกไซด์และซิลิกา กระบวนการนี้ดำเนินการในเตาเผาพิเศษ ฟอสฟอรัสและสารประกอบของฟอสฟอรัสเป็นสารที่สำคัญมากสำหรับสิ่งมีชีวิตและสำหรับการสังเคราะห์หลายอย่างในอุตสาหกรรมเคมี ดังนั้นควรพิจารณาว่าองค์ประกอบนี้เป็นอย่างไรและพบได้ในธรรมชาติ

ฟอสฟอรัสสารอย่างง่าย

เมื่อพูดถึงฟอสฟอรัสเป็นเรื่องยากที่จะตั้งชื่อสารประกอบเฉพาะ ทั้งนี้เนื่องมาจากมีมากมายการปรับเปลี่ยน allotropic ที่องค์ประกอบนี้มี ฟอสฟอรัสสารอย่างง่ายมีสี่สายพันธุ์หลัก

1. ขาว. นี่คือสารประกอบที่มีสูตรคือ Р₄ เป็นสารระเหยสีขาวที่มีกลิ่นฉุนของกระเทียม มันติดไฟได้เองตามธรรมชาติในอากาศที่อุณหภูมิปกติ แผดเผาด้วยแสงสีเขียวซีดที่ส่องสว่าง มีพิษร้ายแรงและเป็นอันตรายถึงชีวิต กิจกรรมทางเคมีสูงมาก ดังนั้นจึงได้รับและเก็บไว้ภายใต้ชั้นของน้ำบริสุทธิ์ สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากความสามารถในการละลายต่ำในตัวทำละลายแบบมีขั้ว คาร์บอนไดซัลไฟด์และสารอินทรีย์เหมาะที่สุดสำหรับฟอสฟอรัสขาวนี้ เมื่อถูกความร้อนจะสามารถเปลี่ยนเป็นรูปแบบ allotropic ถัดไป - ฟอสฟอรัสแดง เมื่อไอระเหยควบแน่นและเย็นตัวลงจะสามารถสร้างชั้นต่างๆ ได้ มีความมันน่าสัมผัส นุ่ม กรีดง่ายด้วยมีด สีขาว (อมเหลืองเล็กน้อย) จุดหลอมเหลว 44⁰C. เนื่องจากกิจกรรมทางเคมีจึงถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์ แต่เนื่องจากความเป็นพิษ จึงไม่มีการใช้ในอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง
2. เหลือง. เป็นฟอสฟอรัสขาวที่บริสุทธิ์ไม่ดี มันมีพิษมากกว่าเดิม แถมยังมีกลิ่นของกระเทียมด้วย ลุกไหม้และเผาไหม้ด้วยเปลวไฟสีเขียวสว่างจ้า ผลึกสีเหลืองหรือน้ำตาลเหล่านี้ไม่ละลายในน้ำเลย เมื่อถูกออกซิไดซ์เต็มที่ พวกมันจะปล่อยควันสีขาวออกมาพร้อมกับองค์ประกอบ P₄O₁₀.
3. ฟอสฟอรัสแดงและสารประกอบเป็นสารดัดแปลงที่พบมากที่สุดและใช้กันมากที่สุดในอุตสาหกรรม มวลสีแดงซีดซึ่งภายใต้แรงกดดันที่เพิ่มขึ้นสามารถผ่านเข้าสู่รูปของผลึกไวโอเล็ตซึ่งไม่ออกฤทธิ์ทางเคมี เป็นพอลิเมอร์ที่สามารถละลายได้ในโลหะบางชนิดเท่านั้นและไม่สามารถละลายอย่างอื่นได้ ที่อุณหภูมิ 250⁰С จะระเหยกลายเป็นสีขาว ไม่เป็นพิษเหมือนแบบเดิม อย่างไรก็ตามการสัมผัสกับร่างกายเป็นเวลานานเป็นพิษ ใช้ในการเคลือบสารก่อเพลิงกับกลักไม้ขีดไฟ สิ่งนี้อธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่ามันไม่สามารถจุดไฟได้เองตามธรรมชาติ แต่มันระเบิด (จุดไฟ) ในระหว่างการแสดงสัญลักษณ์และการเสียดสี
4. ดำ. ตามข้อมูลภายนอก มันคล้ายกับกราไฟท์มาก และมันเยิ้มเมื่อสัมผัส เป็นสารกึ่งตัวนำไฟฟ้า ผลึกสีเข้มเป็นมันเงาซึ่งไม่สามารถละลายในตัวทำละลายใดๆ ได้เลย เพื่อให้ลุกเป็นไฟ ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงมากและการทำความร้อนเบื้องต้น

ที่น่าสนใจก็คือรูปแบบที่เพิ่งค้นพบของฟอสฟอรัส - เมทัลลิก เป็นตัวนำและมีตะแกรงคริสตัลลูกบาศก์

คุณสมบัติทางเคมี

คุณสมบัติทางเคมีของฟอสฟอรัสขึ้นอยู่กับรูปแบบ ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น การปรับเปลี่ยนสีเหลืองและสีขาวที่กระฉับกระเฉงที่สุด โดยทั่วไป ฟอสฟอรัสสามารถโต้ตอบกับ:

• โลหะ เกิดฟอสไฟด์และทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์
• อโลหะ ทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์และสร้างสารประกอบระเหยง่ายและไม่ระเหยหลายชนิด
• ตัวออกซิไดซ์อย่างแรง เปลี่ยนเป็นกรดฟอสฟอริก
• ด้วยด่างโซดาไฟเข้มข้นตามประเภทไม่สมส่วน;
• ด้วยน้ำที่อุณหภูมิสูงมาก;
• ด้วยออกซิเจนเพื่อสร้างออกไซด์ต่างๆ

คุณสมบัติทางเคมีของฟอสฟอรัสคล้ายกับไนโตรเจน ท้ายที่สุดเขาเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มนิกโทเจน อย่างไรก็ตาม กิจกรรมมีลำดับความสำคัญสูงกว่าหลายเท่าเนื่องจากการดัดแปลง allotropic ที่หลากหลาย

อยู่ในธรรมชาติ

เป็นสารอาหาร ฟอสฟอรัสมีมาก เปอร์เซ็นต์ในเปลือกโลกคือ 0.09% นี่เป็นตัวบ่งชี้ที่ค่อนข้างใหญ่ อะตอมนี้อยู่ที่ไหนในธรรมชาติ? มีสถานที่หลักหลายแห่งที่ตั้งชื่อ:

• ส่วนสีเขียวของพืช เมล็ดพืช และผลไม้;
• เนื้อเยื่อสัตว์ (กล้ามเนื้อ กระดูก เคลือบฟัน สารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญมากมาย);
• เปลือก;
• ดิน;
• หินและแร่ธาตุ
• น้ำทะเล

ในกรณีนี้ เราคุยกันได้เฉพาะรูปแบบที่เกี่ยวข้องกันเท่านั้น แต่ไม่เกี่ยวกับเนื้อหาธรรมดาๆ ท้ายที่สุด เขามีความกระตือรือร้นอย่างมาก และสิ่งนี้ไม่อนุญาตให้เขาเป็นอิสระ แร่ธาตุที่มีฟอสฟอรัสมากที่สุด ได้แก่

• ภาษาอังกฤษ;
• ฟลูโอราแพพไทต์;
• svanbergite;
• ฟอสฟอรัสและอื่น ๆ

ความสำคัญทางชีวภาพขององค์ประกอบนี้ไม่สามารถประเมินค่าสูงไปได้ ท้ายที่สุดมันเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบเช่น:

• โปรตีน;
• ฟอสโฟลิปิด;
• DNA;
• RNA;
• ฟอสโฟโปรตีน;
• เอนไซม์.

นั่นคือทั้งหมดที่สำคัญและจากที่ร่างกายทั้งหมดถูกสร้างขึ้น ค่าเผื่อรายวันสำหรับผู้ใหญ่โดยเฉลี่ยประมาณ 2 กรัม

ฟอสฟอรัสและสารประกอบ

เมื่อใช้งานมาก ธาตุนี้จึงสร้างสารต่างๆ มากมาย ท้ายที่สุดมันก็ก่อตัวเป็นฟอสไฟด์และทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นการยากที่จะตั้งชื่อองค์ประกอบที่จะเฉื่อยเมื่อทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบ ดังนั้นสูตรของสารประกอบฟอสฟอรัสจึงมีความหลากหลายมาก มีสารหลายประเภทในรูปแบบที่เขาเป็นผู้มีส่วนร่วม

1. สารประกอบไบนารี - ออกไซด์ ฟอสไฟด์ สารประกอบไฮโดรเจนระเหยง่าย ซัลไฟด์ ไนไตรด์ และอื่นๆ ตัวอย่างเช่น: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{และอื่นๆ}
2. สารที่ซับซ้อน: เกลือทุกประเภท (กลาง, กรด, เบสิก, ดับเบิ้ล, คอมเพล็กซ์), กรด ตัวอย่าง: N₃PO₄ Na₃PO4_{, H}4_P2_O6_{, Ca(H}2 PO₄)₂, (NH₄)_{2 HPO}4 _{และอื่นๆ}
3. สารประกอบอินทรีย์ที่ประกอบด้วยออกซิเจน: โปรตีน ฟอสโฟลิปิด ATP DNA RNA และอื่นๆ

สารส่วนใหญ่ที่กำหนดมีความสำคัญทางอุตสาหกรรมและชีวภาพ การใช้ฟอสฟอรัสและสารประกอบเป็นไปได้ทั้งเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์และสำหรับการผลิตของใช้ในครัวเรือนทั่วไป

สารประกอบโลหะ

สารประกอบไบนารีของฟอสฟอรัสที่มีโลหะและอโลหะที่ไม่ใช่โลหะที่มีอิเล็กโตรเนกาติเอทีฟน้อยกว่าเรียกว่าฟอสไฟด์ เหล่านี้เป็นสารคล้ายเกลือที่ไม่เสถียรอย่างยิ่งเมื่อสัมผัสกับสารต่างๆ การสลายตัวอย่างรวดเร็ว (ไฮโดรไลซิส) ทำให้เกิดความสม่ำเสมอน้ำเปล่า

นอกจากนี้ ภายใต้การกระทำของกรดที่ไม่เข้มข้น สารยังแตกตัวเป็นผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น ถ้าเราพูดถึงการไฮโดรไลซิสของแคลเซียมฟอสไฟด์ ผลิตภัณฑ์ก็จะเป็นโลหะไฮดรอกไซด์และฟอสฟีน:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH3}↑

และโดยการทำให้ฟอสไฟด์สลายตัวภายใต้การกระทำของกรดแร่ เราจะได้เกลือและฟอสฟีนที่สอดคล้องกัน:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

โดยทั่วไปแล้ว มูลค่าของสารประกอบที่อยู่ในการพิจารณาอยู่ตรงที่ผลที่ตามมาคือสารประกอบไฮโดรเจนของฟอสฟอรัสจึงก่อตัวขึ้น ซึ่งจะมีการพิจารณาคุณสมบัติด้านล่าง

สารระเหยจากฟอสฟอรัส

มีสองอย่างหลัก:

• ฟอสฟอรัสขาว;
• ฟอสฟีน

เราพูดถึงอันแรกข้างต้นแล้วและให้คุณสมบัติ พวกเขาบอกว่ามันเป็นควันสีขาวหนา เป็นพิษมาก มีกลิ่นเหม็น และติดไฟเองได้ในสภาวะปกติ

แต่ฟอสฟีนคืออะไร? นี่คือสารระเหยที่พบบ่อยและเป็นที่รู้จักมากที่สุด ซึ่งรวมถึงองค์ประกอบที่เป็นปัญหาด้วย มันเป็นเลขฐานสอง และผู้เข้าร่วมคนที่สองคือไฮโดรเจน สูตรของสารประกอบไฮโดรเจนของฟอสฟอรัสคือ pH₃ ชื่อฟอสฟีน

คุณสมบัติของสารนี้สามารถอธิบายได้ดังนี้

1. ก๊าซไม่มีสีระเหย
2. มีพิษมาก
3. กลิ่นเหมือนปลาเน่า
4. ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำและละลายได้ไม่ดีในนั้น ละลายได้ดีในสารอินทรีย์
5. ภายใต้สภาวะปกติ ปฏิกิริยามาก
6. ติดไฟเองในอากาศ
7. ผลิตจากการสลายตัวของโลหะฟอสไฟด์

อีกชื่อหนึ่งคือฟอสเฟน เรื่องราวในสมัยโบราณมีความเกี่ยวข้องกัน มันคือทั้งหมดที่เกี่ยวกับ "ไฟระยิบระยับ" ที่บางครั้งผู้คนเห็นและเห็นในสุสานและหนองน้ำ แสงทรงกลมหรือคล้ายเทียนที่ปรากฏที่นี่และที่นั่นทำให้รู้สึกเคลื่อนไหวถือเป็นลางร้ายและคนที่เชื่อโชคลางก็กลัวพวกเขามาก สาเหตุของปรากฏการณ์นี้ ตามมุมมองสมัยใหม่ของนักวิทยาศาสตร์บางคน ถือได้ว่าเป็นการลุกไหม้ที่เกิดขึ้นเองของฟอสฟีน ซึ่งเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในระหว่างการสลายตัวของสารอินทรีย์ตกค้าง ทั้งพืชและสัตว์ ก๊าซจะออกมาและเมื่อสัมผัสกับออกซิเจนในอากาศจะติดไฟ สีและขนาดของเปลวไฟอาจแตกต่างกันไป ส่วนใหญ่มักจะเป็นไฟสีเขียวสว่าง

เห็นได้ชัดว่าสารประกอบฟอสฟอรัสระเหยง่ายทั้งหมดเป็นพิษที่ตรวจพบได้ง่ายด้วยกลิ่นฉุนเฉียบ เครื่องหมายนี้ช่วยหลีกเลี่ยงพิษและผลที่ไม่พึงประสงค์

สารประกอบอโลหะ

ถ้าฟอสฟอรัสทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ เราควรพูดถึงสารประกอบไบนารีที่ไม่ใช่โลหะ ส่วนใหญ่มักจะเป็นอิเล็กโทรเนกาทีฟมากกว่า ดังนั้น เราสามารถแยกแยะประเภทของสารประเภทนี้ได้หลายประเภท:

• สารประกอบของฟอสฟอรัสและกำมะถัน - ฟอสฟอรัสซัลไฟด์ P₂S₃;
• ฟอสฟอรัสคลอไรด์ III, V;
• ออกไซด์และแอนไฮไดรด์;
• โบรไมด์และไอโอไดด์และอื่นๆ

เคมีของฟอสฟอรัสและสารประกอบมีความหลากหลาย ดังนั้นจึงยากที่จะระบุสิ่งที่สำคัญที่สุดของฟอสฟอรัส หากเราพูดถึงสารที่เกิดจากฟอสฟอรัสและอโลหะโดยเฉพาะ ออกไซด์และคลอไรด์ขององค์ประกอบต่างๆ จะมีความสำคัญมากที่สุด พวกมันถูกใช้ในการสังเคราะห์ทางเคมีเป็นตัวแยกน้ำ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และอื่นๆ

ดังนั้น สารทำให้แห้งที่ทรงพลังที่สุดตัวหนึ่งคือฟอสฟอรัสออกไซด์ที่สูงที่สุด - P₂O₅ มันดึงดูดน้ำอย่างมากจนเมื่อสัมผัสโดยตรงกับน้ำจะเกิดปฏิกิริยารุนแรงพร้อมกับเสียงที่ดังก้องกังวาน ตัวสารเองเป็นก้อนสีขาวคล้ายหิมะ ใกล้กับอสัณฐานในสถานะการรวมตัว

สารประกอบอินทรีย์ที่เติมออกซิเจนด้วยฟอสฟอรัส

เป็นที่ทราบกันดีว่าเคมีอินทรีย์มีมากกว่าเคมีอนินทรีย์ในแง่ของจำนวนสารประกอบ สิ่งนี้อธิบายได้จากปรากฏการณ์ของไอโซเมอร์และความสามารถของอะตอมคาร์บอนในการสร้างสายโซ่ของอะตอมของโครงสร้างต่างๆ ปิดทับกัน โดยธรรมชาติแล้ว มีระเบียบบางอย่าง กล่าวคือ การจำแนกประเภท ซึ่งเป็นไปตามเคมีอินทรีย์ทั้งหมด คลาสการเชื่อมต่อนั้นแตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม เรามีความสนใจในคลาสหนึ่งที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับองค์ประกอบที่เป็นปัญหา เหล่านี้เป็นสารประกอบที่มีออกซิเจนกับฟอสฟอรัส ซึ่งรวมถึง:

• โคเอ็นไซม์ - NADP, ATP, FMN, pyridoxal phosphate และอื่นๆ
• โปรตีน;
• กรดนิวคลีอิก เนื่องจากกรดฟอสฟอริกตกค้างเป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีโอไทด์
• ฟอสโฟลิปิดและฟอสโฟโปรตีน;
• เอนไซม์และตัวเร่งปฏิกิริยา

ประเภทของไอออนที่ฟอสฟอรัสเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของโมเลกุลของสารประกอบเหล่านี้ ตัวต่อไปคือ PO₄^3- นั่นคือมันเป็นกรดตกค้าง ของกรดฟอสฟอริก มีอยู่ในโปรตีนบางชนิดในรูปของอะตอมอิสระหรือไอออนอย่างง่าย

สำหรับการทำงานปกติของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ธาตุนี้และสารประกอบอินทรีย์ที่เกิดขึ้นจากองค์ประกอบนี้มีความสำคัญและจำเป็นอย่างยิ่ง อันที่จริง หากไม่มีโมเลกุลโปรตีน ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างส่วนโครงสร้างเดียวของร่างกาย และ DNA และ RNA เป็นพาหะหลักและส่งข้อมูลทางพันธุกรรม โดยทั่วไป การเชื่อมต่อทั้งหมดจะต้องมีอยู่โดยไม่ล้มเหลว

การใช้ฟอสฟอรัสในอุตสาหกรรม

การใช้ฟอสฟอรัสและสารประกอบในอุตสาหกรรมสามารถจำแนกได้หลายจุด

1. ใช้ในการผลิตไม้ขีด สารประกอบระเบิด ระเบิดเพลิง เชื้อเพลิงบางชนิด น้ำมันหล่อลื่น
2. เป็นโช้คอัพแก๊สและในการผลิตหลอดไส้
3. ป้องกันโลหะจากการผุกร่อน
4. ทำการเกษตรเป็นปุ๋ยในดิน
5. เป็นน้ำกระด้าง
6. ในการสังเคราะห์ทางเคมีในการผลิตสารต่างๆ

บทบาทในสิ่งมีชีวิตลดลงจากการมีส่วนร่วมในการก่อตัวของเคลือบฟันและกระดูก การมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาของแอนา- และแคแทบอลิซึม เช่นเดียวกับการรักษาบัฟเฟอร์ของสภาพแวดล้อมภายในของเซลล์และของเหลวทางชีวภาพ เป็นพื้นฐานในการสังเคราะห์ DNA, RNA, phospholipids