Фосфор это что металл или неметалл

Фосфор: просто и понятно о физических и химических свойствах, применении, влиянии на организм

Что такое фосфор — это металл или неметалл

Фосфор — элемент, расположенный в главной подгруппе V группы (или в 15 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, является неметаллом, относится к группе пниктогенов.

Химический символ элемента — Р. В состав атома фосфора входит ядро с положительным зарядом (+15) и 15 электронов, распределенных по трем энергетическим уровням (по причине расположения элемента в третьем периоде). На первом уровне содержится 2 электрона, на втором — 8, на третьем (внешнем) — 5:

Ядро атома фосфора-31 включает в себя:

Фосфор относится к элементам p-семейства. Радиус атома фосфора (вычисленный) равен 114 пм. Атомная масса атома фосфора составляет 30,973762(2) а. е. м.

Электронная конфигурация атома фосфора в основном состоянии:

Внешний энергетический уровень атома фосфора содержит 3 неспаренных электрона и одну неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии. Таким образом, атом фосфора обладает способностью к образованию 3 химических связей по обменному механизму, что соответствует валентности, равной III. В отличие от азота атом фосфора, имея вакантную 3d орбиталь, способен при переходе в возбужденное энергетическое состояние расспаривать 3s-электроны, один из которых переходи на 3d-орбиталь. Таким образом расширяются валентные возможности атома фосфора и он становится способным проявлять в соединениях валентность, равную V.

Электронная конфигурация фосфора в возбужденном состоянии:

По этой причине, высшая валентность фосфора в соединениях равна V, что отличает его от азота, у которого высшая валентность равна IV.

Внешний слой атома фосфора включает в себя пять валентных электронов. Для того чтобы его завершить, необходимо еще три электрона. По этой причине в соединениях с металлами и водородом фосфор проявляет степень окисления –3, а при взаимодействии с более электроотрицательными элементами, в том числе, кислородом, фтором и другими, — положительные степени окисления +3 или +5. Атом фосфора обладает большим числом электронных слоев, чем атом азота. В связи с этим, электроотрицательность, окислительные и неметаллические свойства фосфора выражены в меньшей степени.

Электронная схема фосфора

P: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
Короткая запись:
P: [Ne]3s2 3p3

Порядок заполнения оболочек атома фосфора (P) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.

На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на ‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14

Фосфор имеет 15 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:

2 электрона на 1s-подуровне

2 электрона на 2s-подуровне

6 электронов на 2p-подуровне

2 электрона на 3s-подуровне

3 электрона на 3p-подуровне

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 чёрному 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 водой

Взаимодействует с водой, при этом диспропорционирует:

Взаимодействие с простыми веществами

Фосфор легко окисляется кислородом:

Взаимодействует со многими простыми веществами — галогенами, серой, некоторыми металлами, проявляя окислительные и восстановительные свойства:

с металлами — окислитель, образует фосфиды:

с неметаллами — восстановитель:

Не взаимодействует с водородом.

Взаимодействие со щелочами

В растворах щелочей диспропорционирование происходит в большей степени:

Восстановительные свойства

Сильные окислители превращают фосфор в фосфорную кислоту:

Реакция окисления также происходит при поджигании спичек, в качестве окислителя выступает бертолетова соль:

Физические свойства

Как и азот, фосфор способен образовывать двухатомные молекулы Р2.. Однако подобные молекулы фосфора могут быть устойчивыми лишь при очень высокой температуре – около 1000 С. В обычных же условиях атомы фосфора соединяются в молекулы других составов. Например, белый фосфор состоит из четырехатомных молекул Р4. Между собой атомы белого фосфора соединены в виде простейшего многогранника тетраэдра.

Сам белый фосфор являет собой практически бесцветное твердокристаллическое вещество, моментально окисляемое кислородом воздуха, при этом во время окисления фосфора идет дым, а в воздухе появляется явный чесночный запах. Своим внешним видом белый фосфор похож на воск, такой же мягкий и легкоплавкий, при этом светится в темноте и является чрезвычайно опасным, так как очень ядовит и огнеопасен.

Помимо белого фосфора физики также различают красный фосфор, черный фосфор, желтый фосфор и металлический фосфор, каждый из них имеет свои особенные физические свойства.

Так если белый фосфор нагревать до температуры 300 С без доступа воздуха и в присутствии катализаторов (ими может быть йод или натрий), то он превратится в красный фосфор. В отличие от белого фосфора его красный собрат не светится в темноте и не является ядовитым и опасным, к слову именно его используют при производстве спичек.

Красный фосфор это аморфное вещество, состоящее из полимерных молекул Px, он нерастворим в воде и других органических растворителях, а при нагревании без доступа воздуха не возгорается.

Если белый фосфор поместить под очень большое давление (в сотни атмосфер) то из него получится черный фосфор, который своими свойствами напоминает металл: он блестит и проводит электрический ток. Если еще больше увеличить давление, то черный фосфор превратится в металлический, его кристаллическая решетка будет такой же плотной как у металлов. Металлический фосфор очень хорошо проводит электрический ток.

Так выглядят разные виды фосфора.

Хотя фосфор и является одним из самых распространенных химических элементов на нашей планете, в чистом виде в природных условиях его не бывает, добыть чистый фосфор возможно лишь в химической лаборатории. Однако фосфор входит в состав многих важных химических и биологических соединений: фосфолипидов, фосфидов (соединения фосфора и металлов), фосфинов (соединений водорода с фосфором), фосфорной кислоты и так далее.

Применение

Научившись добывать фосфор в чистом виде человек нашел ему самое разнообразное применение, причем не только созидательное, но порой и очень разрушительное. Так еще во время первой мировой войны немецкими химиками был использован желтый фосфор в качестве начинки зажигательных боеприпасов и отравляющих газов.

Впоследствии применение таких газов на поле боя было запрещено Женевской конвенцией. Увы, такая наша глупая человеческая природа – использовать научные открытия в разрушительных целях, как впрочем, и открытие энергии расщепления атома было применено для создания атомной бомбы, и лишь потом для атомной энергетики.

Но вернемся к фосфору, в мирных целях этот химический элемент активно используется в сельском хозяйстве для создания эффективных удобрений для растений. Фосфор входит в состав некоторых лекарственных препаратов, к примеру, в антибиотик фосфомицин, в состав моющих средств, наконец, из безопасного красного фосфора делают спички.

Фосфор имеет свое применение и в металлургии, в качестве сверхпрочных и антикоррозийных покрытий (черный и металлический фосфор). А многие фосфиды (соединения фосфора и металлов) обладают отличными полупроводниковыми свойствами и активно задействуются в микроэлектронике.

Получение

Для получения белого фосфора в чистом виде химики прокалывают природные фосфаты вместе с коксом и песком в электрической печи. Впрочем, вместо фосфатов можно использовать и другие неорганические соединения фосфора, например, метафосфорную кислоту. Красный и черный фосфор получают уже из белого фосфора путем разных манипуляций над последним (нагревание, увеличение давления).

Соединения фосфора, биологическая роль

Типичные соединения фосфора можно представить в виде таблицы:

Соединения фосфора являются неотъемлемым компонентом растительных и животных организмов. Растения формируют запасы данного вещества в семенах и плодах. В организме человека и животных фосфор содержится в тканях скелета, мышц и нервной системы. По усредненным показателям человеческое тело содержит примерно 1,5 кг фосфора:

У людей во взрослом возрасте около 86% фосфора находится в минеральной части костей и зубов. Оставшийся объем вещества распределен по мышцам, органам, жидкостям организма. Большой концентрацией фосфора обладают ткани нервных клеток и мозга.

Биологическое значение фосфора:

В качестве суточной нормы фосфора для взрослого человека определено количество в 1600 мг. У беременных женщин максимальная потребность в данном элементе увеличивается до 3000 мг. Кормящим матерям необходимо 3800 мг фосфора в сутки. Получить дневную норму вещества человек во взрослом возрасте может, употребляя 130 г сыра, 12 яичных желтков, 6 столовых ложек тыквенных семечек, 500 г мяса или рыбы, либо 400 г овсяных хлопьев. Фосфор усваивается в костях, спустя 4 — 6 часов после попадания в организм с пищей.

Продукты, содержащие фосфор

К счастью фосфор содержится во многих доступных продуктах питания: орехах, морепродуктах (особенно в рыбе), в сыре, капусте, моркови, чесноке, куриных яйцах (особенно в желтке). Особенно много фосфора имеется в яблоках, грецких орехах, говяжьей печени, гречке и икре рыб семейства осетровых.

Теперь вы знаете, какие продукты могут увеличить содержание фосфора в вашем организме и организме ваших детей.

Суточная потребность в фосфоре

Для нормального функционирования организм взрослого человека должен получать 1,0-2,0 г фосфора в сутки. Для детей и подростков норма составляет 1,5-2,5 г, для беременных и кормящих женщин возрастает до 3,0-3,8 г (calorizator). Суточная потребность в фосфоре увеличивается во время регулярных спортивных тренировок и при физических нагрузках.

Источник

Фосфор (P, Phosphorus)

История фосфора

Фосфор открыл в 1669 году алхимик из Гамбурга Хенниг Бранд, который проводил опыты с выпариванием человеческой мочи, пытаясь получить философский камень. Вещество, образовавшееся после многочисленных манипуляций, оказалось похожим на воск, необыкновенно ярко, с мерцанием, горело. Новому веществу было дано название phosphorus mirabilis (от латинского чудотворный носитель огня). Несколькими годами позже фосфор получил Иоганн Кункель, а также, независимо от двух первых учёных, Р. Бойлем.

Общая характеристика фосфора

Фосфор является элементом XV группы III периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 15 и атомной массой 30,974. Принятое обозначение – Р.

Нахождение в природе

Фосфор содержится в морской воде и земной коре в основном в виде минералов, которых около 190 (самые важные – апатит и фосфорит). Входит в состав всех частей зелёных растений, белков, ДНК.

Физические и химические свойства

фосфор является неметаллом с высокой химической активностью, в свободном виде практически не встречается. Известны четыре модификации фосфора – красный, белый, чёрный и металлический.

Суточная потребность в фосфоре

Для нормального функционирования организм взрослого человека должен получать 1,0-2,0 г фосфора в сутки. Для детей и подростков норма составляет 1,5-2,5 г, для беременных и кормящих женщин возрастает до 3,0-3,8 г (calorizator). Суточная потребность в фосфоре увеличивается во время регулярных спортивных тренировок и при физических нагрузках.

Продукты питания богатые фосфором

Признаки нехватки фосфора

Недостаточное количество фосфора в организме характеризуется усталостью и слабостью, может сопровождаться потерей аппетита и внимания, частыми простудными заболеваниями, тревогой и чувством страха.

Признаки избытка фосфора

Признаками избытка фосфора в организме служат кровотечения и кровоизлияния, развивается анемия, возникает почечнокаменная болезнь.

Полезные свойства фосфора и его влияние на организм

Фосфор обеспечивает нормальные рост костной и зубной тканей организма, поддерживает их в здоровом состоянии, также участвует в синтезе белка, играет важную роль в обмене жиров, белков и углеводов. Без фосфора не могут функционировать мышцы, и не происходит умственная деятельность.

Усвояемость фосфора

При приёме минеральных комплексов стоит помнить о наилучшем балансе фосфора и кальция (3:2), а также о том, что чрезмерное количество магния и железа замедляет процесс усвоения фосфора.

Применение фосфора в жизни

Фосфор широко применяется в промышленности и сельском хозяйстве, прежде всего из-за его горючести. Его используют в производстве топлива, спичек, взрывчатых веществ, фосфорных удобрений и защиты поверхностей металлов от коррозии.

Источник

Фосфор

Основное и возбужденное состояние фосфора

При возбуждении атома фосфора электроны на s-подуровне распариваются и переходят на d-подуровень.

Природные соединения

В промышленности фосфор получают в ходе сплавления фосфата кальция, песка и угля.

Химическая активность фосфора значительно выше, чем у азота. Активность также определяется аллотропной модификацией: наиболее активен белый фосфор, излучающий видимый свет из-за окисления кислородом.

В жидком и газообразном состоянии до 800 °C фосфор состоит из молекул P₄. Свыше 800 °C молекулы P₄ распадаются до P₂.

C неметаллами фосфор часто проявляет себя как восстановитель и окислитель. Легко окисляется кислородом.

Схожим образом происходит взаимодействие фосфора и хлора.

2P + 3Cl₂ → 2PCl₃ (недостаток хлора)

2P + 5Cl₂ → 2PCl₅ (избыток хлора)

2P + 3Ca → Ca₃P₂ (фосфид кальция)

При взаимодействии с водой фосфор вступает в реакцию диспропорционирования (так называются реакции, в которых одно и то же вещество является и окислителем, и восстановителем).

При добавлении фосфора в растворы щелочей также происходит реакция диспропорционирования.

При поджигании спичек происходит реакция между фосфором и бертолетовой солью, которая выступает в качестве окислителя.

Кислотный оксид, пары которого имеют формулу P₄O₁₀. Твердый оксид характеризуется белым цветом.

Активно реагирует с водой с образованием фосфорной кислоты. При недостатке воды образует метафосфорную кислоту.

Обладает выраженным водоотнимающим (дегидратационным) свойством: легко извлекает воду из других соединений.

Фосфорные кислоты

Фосфорноватистая кислота способна вытеснять из солей малоактивные металлы, при этом превращаясь в ортофосфорную кислоту.

Ортофосфорная кислота

В твердом виде представляет собой кристаллы белого цвета, хорошо растворимые в воде.

Фосфорную кислоту получают из фосфатов, воздействуя на них серной кислотой. Также известны способы гидролиза пентахлорида фосфора, взаимодействия оксида фосфора V с водой.

Фосфорная кислота может образоваться при окислении фосфора сильной кислотой:

За счет кислотных свойств отлично реагирует с основными оксидами, основаниями. При различных соотношениях кислоты и основания получаются различные соли (фосфаты, гидрофосфаты и дигидрофосфаты).

В реакции с карбонатами образуется нестойкая угольная кислота, которая распадается на воду и углекислый газ.

Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из фосфорной кислоты.

При сильном нагревании ортофосфорная кислота теряет воду и переходит в метафосфорную кислоту.

Соли фосфорной кислоты

Соли фосфорной кислоты получаются в ходе реакции ортофосфорной кислоты и оснований.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

В главной подгруппе пятой группы, наряду с азотом, находится еще и фосфор. Металлом или неметаллом можно считать этот элемент? По сравнению с азотом он имеет более низкую электроотрицательность, однако все же относится к активным неметаллам. В нашей статье мы рассмотрим важнейшие физические и химические свойства фосфора, а также определим области его применения в промышленности.

Положение элемента в периодической системе

Фосфор относится к p-элементам, его атом имеет три энергетических уровня. На последнем из них расположено пять электронов, три из которых являются неспаренными. В возбужденном состоянии атом P содержит пять свободных электронов. Этот факт объясняет появление соединений фосфора, в которых он не трехвалентен, но имеет валентность, равную пяти, например, P₂O₅ – пятиокись фосфора. Неметалл, вследствие своей высокой активности, в природе отсутствует в свободном состоянии и встречается только в виде соединений. Природный элемент имеет единственный стабильный изотоп с относительной атомной массой, равной 31. Фосфор входит в состав многих горных пород и минералов, его содержание в составе земной коры составляет 0,08%.

Аллотропные модификации

Различное расположение атомов в кристаллических решетках вещества приводит к появлению некоторых видоизменений. Например, черный фосфор очень напоминает графит. Он такой же жирный на ощупь и проявляет полупроводниковые свойства. В промышленности материал получают из белого фосфора, нагревая последний до 200°С и подвергая давлению в 12000 атм.

Красный фосфор – это порошковидное неядовитое вещество. При его детальном изучении было установлено, что соединение представляет собой смесь видоизменений фосфора, которые различаются между собой некоторыми признаками, например, цветом.

Еще одна аллотропная модификация – белый фосфор. Металлом или неметаллом он является? Это вещество проявляет типичные неметаллические свойства, кроме того, оно очень токсично. Получают его, концентрируя пары фосфора. В отличие от красного вида, он может растворяться в сероуглероде. Если белый фосфор длительно подвергать слабому нагреванию, он переходит в модификацию красного фосфора.

Химическая характеристика

Различные модификации вещества имеют непохожие химические признаки. Как ответить на вопрос, чем является фосфор – металлом или нет? Нужно обратиться к строению его атома, который в возбужденном состоянии имеет пять валентных электронов. Наиболее активным в химическом плане неметаллом будет белый фосфор, который уже при обычной температуре легко окисляется, в процессе чего начинает светиться, а также может самовоспламеняться. По этим причинам его рекомендуется хранить покрытым водой. Красный фосфор по своим свойствам является менее активным веществом, чем его белая модификация.

Бинарные соединения

Как металл или неметалл, фосфор может реагировать с кислородом:

Как металл, фосфор реагирует и с неметаллами, например, с серой, углеродом, хлором:

Фосфиды легко вступают в реакцию с водой, разлагаясь до фосфина:

Оксиды

Среди бинарных соединений элемента с кислородом наиболее важными являются его оксиды: P₂O₅ и P₂O₃. Триокись фосфора, иначе называемая фосфорным ангидридом, представляет собой кристаллическое соединение, температура плавления которого – 22,5°. В обычных условиях оно имеет вид воскоподобной массы. В лаборатории его получают сжиганием фосфора в атмосфере, бедной кислородом. Хотя этот оксид и проявляет свойства сильного восстановителя, применяется он крайне редко из-за высокой токсичности. Какие же свойства, металла или неметалла, фосфор оксид проявляет в своих реакциях? Он может реагировать с водой, образуя ортофосфорную кислоту и фосфин. Вещество взаимодействует с хлороводородом, в результате получаются фосфатная кислота и хлорид фосфора.

Другое соединение – пятиокись фосфора, имеет признаки типичного кислотного оксида. Его можно получить в результате сжигания порции фосфора в атмосфере с избытком кислорода. В обычных условиях с водой соединение реагирует очень активно и образует метафосфорную, а при нагревании – ортофосфорную кислоту. Кроме того, пятиокись фосфора отнимает влагу, поэтому может применяться в качестве осушителя для жидких веществ и газов.

Фосфорные кислоты

Наиболее известные фосфорные кислоты – это метафосфорная, ортофосфорная и пирофосфорная, формула которой H₄P₂O₇. Последняя из них образуется при нагревании H₃PO₄. Наибольшее практическое значение имеет ортофосфорная кислота, соли которой применяют в качестве сырья для получения минеральных удобрений. Она представляет собой твердое вещество белого цвета, очень хорошо растворимое в воде. Являясь кислотой средней силы, она не имеет ярко выраженных окислительных свойств. Как электролит, диссоциирует ступенчато, поэтому образует два ряда солей: средние – фосфаты, кислые – гидрофосфаты и дигидрофосфаты. В промышленности фосфатную кислоту получают термическим и экстракционным способом. Так как оксидам фосфора соответствуют кислоты, то на вопрос, чем является фосфор – металлом или неметаллом, ответ будет однозначным: это активный неметаллический элемент.

Распространение в природе

Наиболее важный минерал, содержащий высокую концентрацию фосфора – это апатит. Он имеет много разновидностей, самая распространенная из которых – фторапатит. Еще один вид минерала, состоящий из соединений фосфора – осадочная порода фосфорит.

Элемент входит в группу десяти важнейших для живых организмов химических элементов. Наибольшее его содержание обнаружено в форме фосфолипидов – органических соединений, которые входят в состав клеточных мембран, гормонов и других биологически активных веществ. Высокое содержание элемента (около 0,38%) регистрируется в нервной ткани, образующей центральный и периферический отделы нервной системы человека и других позвоночных животных. Кроме этого, соединения фосфора входят в мышечную и костную ткань. В последней присутствует фосфат кальция – соль, придающая дентину зубов и костям прочность и высокую твердость. В обмене веществ растительных организмов, наряду с магнием и железом, фосфор играет важную роль в качестве регулятора процессов формирования и созревания плодов и семян. Именно поэтому, вместе с азотом и калием, фосфор считается основным питательным элементом растений.

В нашей статье мы рассмотрели свойства фосфора и ответили на вопрос: чем является фосфор – металлом или неметаллом? Это типичный неметаллический элемент, обладающий высокой химической активностью.

Источник