Гидроксид фосфора - формула, свойства

Существует три класса сложных неорганических соединений: оксиды, гидроксиды (к ним относятся кислоты и основания), а также соли. Многие металлы и неметаллы могут образовывать оксиды, гидроксиды, а также входить в состав кислотных остатков. Так, фосфор включается в кислотный остаток РО₄. Существует несколько разновидностей оксида фосфора. Соответственно, есть различные его гидроксиды, которые из этих оксидов формируются. Высший гидроксид фосфора - это фосфорная кислота. В данной статье мы рассмотрим физические и химические свойства указанного элемента и его соединений, а также расскажем о его распространенности в природе и других интересных фактах.

Физические свойства фосфора

Он может существовать в разнообразных вариациях. Фосфор - вещество, которое состоит из одного химического элемента. Его атомы не объединяются в молекулы. Формула фосфора - Р. Однако в зависимости от строения кристаллической решетки, данный элемент может существовать в виде трех веществ.

Самым распространенным является белый фосфор - он обладает воскообразной структурой и высокой токсичностью. Температура плавления данного вещества составляет сорок четыре градуса по Цельсию, а кипения - двести восемьдесят градусов. При трении данного материала он очень быстро возгорается, поэтому режут его, только поместив в водную среду. Если на протяжении длительного времени нагревать его при температуре двести пятьдесят градусов по шкале Цельсия, он превращается в красный фосфор. Это вещество представлено в виде порошка буро-красного цвета. Красный фосфор, в отличие от белого, не является ядовитым.

Самой устойчивой формой существования данного элемента можно назвать черный фосфор, который по некоторым внешним признакам похож на металл: имеет своеобразный блеск, обладает высокой твердостью, электро- и теплопроводностью.

С точки зрения химии

Фосфор - химический элемент, который находится в пятой группе и третьем периоде в таблице Менделеева. Из этого можно сделать вывод, что валентность его равняется пяти. Кроме того, из периодической системы можно увидеть, что элемент фосфор имеет атомную массу, равную тридцати одному грамму на моль. Это значит, что 1 моль вещества будет весить 31 один грамм. Рассматривая химические свойства фосфора, мы поговорим о его реакциях с простыми, а также сложными соединениями.

Взаимодействие с простыми веществами

Первое, на что нужно обратить внимание, - окисление фосфора. Это его реакция с кислородом. В результате может быть образовано два различных вещества - все будет зависеть от пропорций указанных компонентов.

Первый вариант - из четырех молей фосфора и трех молей кислорода образуется два моля триоксида фосфора. Записать подобное химическое взаимодействие можно с помощью следующего уравнения: 4Р + 3О₂ = 2Р₂О₃.

Второй вариант - это образование из четырех молей фосфора и пяти молей кислорода двух молей пентаоксида фосфора. Выразить данную реакцию можно с помощью следующего уравнения: 4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅.

При обеих химических реакциях происходит значительное выделение света. Кроме того, фосфор может взаимодействовать с такими простыми веществами, как металлы, галогены (фтор, йод, бром, хлор), сера. Данный химический элемент способен проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства. Примером взаимодействия с галогенами может служить хлорирование. Оно происходит в два этапа. Первый - образование двух молей трихлората фосфора из двух молей рассматриваемого неметалла и трех молей хлора. Данное взаимодействие может быть выражено с помощью такого уравнения: 2Р +3Cl₂= 2PCl₃.

Второй этап данного процесса заключается в присоединении атомов хлора к уже полученному трихлорату фосфора. Так, при добавлении к одному молю последнего такого же объема хлора образуется один моль пентахлората фосфора. Записываем уравнение данной реакции таким образом: PCl₃ + Cl₂ = PCl₅.

Закономерности взаимодействия фосфора с металлами можно рассмотреть на таком примере. Если взять три моля калия и один моль фосфора, получим один моль фосфида калия. Записать такого рода процесс можно при помощи следующего уравнения реакции: 3К + Р = К₃Р.

Взаимодействие со сложными веществами

К сложным химическим соединениям, с которыми способен вступать в реакцию фосфор, относятся кислоты и соли. Опишем по порядку особенности контакта рассматриваемого элемента с данными группами химических веществ.

Фосфор и кислоты

Среди всех прочих особенно выделяется взаимодействие фосфора и азотной кислоты. Для проведения подобного рода реакции необходимо взять следующие компоненты: фосфор в количестве трех молей, пять молей нитратной кислоты, а также воду - два моля. В результате такого химического взаимодействия получим следующие продукты: фосфорную кислоту и оксид нитрогена. Записывается уравнение данной реакции следующим образом: 3Р + 5HNO₃ + 3Н₂О = 3Н₃РО₄ + 5NO.

Фосфор и соли

Подобного рода химические взаимодействия можно рассмотреть на примере реакции рассматриваемого неметалла с сульфатом купрума. Для проведения данного процесса необходимо взять два моля фосфора, пять молей сульфата меди, восемь молей воды. В результате взаимодействия данных веществ получим следующие химические соединения: сульфатную кислоту в количестве пять молей, чистую медь - столько же, а также фосфорную кислоту - два моля. Записать данный процесс можно в виде такого уравнения: 2Р + 5CuSO₄ + 8Н₂О = 5H₂SO₄ + 5Cu + 2Н₃РО₄.

Получение данного неметалла

В промышленности рассматриваемое вещество добывают из такого химического соединения, как фосфат кальция. Для этого осуществляется следующая химическая реакция: смешивают указанную соль с песком (оксидом кремния) и углеродом в молярных пропорциях 1:3:5, в результате получают силикат кальция, фосфор и чадный газ в молярном соотношении 3:2:5.

Соединения фосфора и их свойства

Самым распространенным из соединений рассматриваемого неметалла является гидроксид фосфора. Он может быть нескольких видов в зависимости от оксида, из которого формируется. Получить гидроксид фосфора можно при помощи проведения химической реакции между его оксидом и водой. Благодаря таким реакциям образуются разнообразные виды веществ. Так, из триоксида можно получить гидроксид (3), а из пентаоксида - гидроксид фосфора (5). Данные вещества обладают кислотными свойствами и способны, в свою очередь, вступать в реакции с металлами, солями, основаниями и др.

Высший гидроксид фосфора - это фосфорная кислота. Она является кислородосодержащей и трехосновной. Ее формула - Н₃РО₄.

Основные химические свойства

Гидроксид фосфора, формула которого приведена выше, способен реагировать как с простыми, так и со сложными веществами. Рассмотрим эти процессы подробнее.

Реакции фосфорной кислоты с металлами

Как и другие химические соединения данного класса, гидроксид фосфора способен вступать во взаимодействие с металлами. Во время данного процесса происходит реакция замещения, при которой атомы металлов вытесняют атомы гидрогена, тем самым образуя соль и водород, выделяющийся в воздух в виде газа с неприятным запахом. Для того чтобы данная реакция могла осуществиться, металл должен быть расположен левее водорода в электрохимическом ряду активности. То есть такие вещества, как медь, серебро и другие им подобные, не способны реагировать с фосфорной кислотой, так как в связи со своей низкой химической активностью они не смогут вытеснить атомы гидрогена из их соединений.

В качестве примера рассмотрим алюминий. При добавлении двух молей этого элемента к двум молям гидроксида фосфора мы получим фосфат алюминия и водород в количестве 2 и 3 молей соответственно. Уравнение данной реакции записывается следующим образом: 2Al + 2Н₃РО₄ = 2AlPO₄ + 3Н₂.

Взаимодействие с основаниями

Гидроксид фосфора, как и многие другие кислоты, может вступать в химические реакции с основаниями. Такие процессы называются реакциями обмена. В их результате формируется новый гидроксид, а также новая кислота. Подобного рода реакции могут осуществляться, только если один из получаемых продуктов является нерастворимым в воде, то есть выпадает в осадок, испаряется в виде газа либо является водой или очень слабым электролитом.

Фосфорная кислота и соли

В данном случае также происходит реакция обмена. В ее результате можно получить новую кислоту и соль. Для того чтобы осуществилась такого рода реакция, тоже должно соблюдаться правило, которое было описано чуть выше.

Применение фосфора и его соединений в промышленности

В первую очередь соединения данного химического элемента используют для изготовления смеси, которая наносится на боковую поверхность спичечных коробков. Также смесью с содержанием фосфора обрабатываются и сами головки спичек.

Пентаоксид рассматриваемого неметалла широко применяется в качестве осушителя газов. Также он используется в химической промышленности для того, чтобы получить гидроксид фосфора, формула и свойства которого были рассмотрены выше. Кроме того, его используют при изготовлении стекла.

Гидроксид фосфора также находит применение во многих отраслях промышленности. Прежде всего, он используется при изготовлении удобрений. Это связано с тем, что для растений фосфор просто жизненно необходим. Поэтому существует ряд разнообразных удобрений, которые изготавливаются на основе соединения рассматриваемого неметалла. Для этих целей используются такие вещества, как фосфат кальция. Соль применяют в качестве удобрения в молотом виде. Кроме того, для этого используют обыкновенный и двойной суперфосфат. В качестве удобрения могут служить также аммофос и нитроаммофос. Кроме всего вышеперечисленного, соли либо гидроксид фосфора используются в качестве реагента для определения наличия в растворе соединений серебра. Так, добавляют вещество, в состав которого входит кислотный остаток РО₄, к раствору. Если в последнем присутствуют соли либо гидроксид серебра, выпадет осадок насыщенно-желтого цвета. Это фосфат аргентума, имеющий такую химическую формулу: AgNO₃.

Строение атома фосфора

Как известно, все атомы состоят из ядра и электронов, вращающихся вокруг него. В ядре содержатся протоны и нейтроны. Электроны имеют отрицательный заряд, протоны - положительный, а нейтроны - нулевой. Порядковый номер фосфора в таблице Менделеева - пятнадцать. Из этого можно сделать вывод о том, что в его ядре содержатся пятнадцать протонов. Если же атом является нейтральным, а не ионом, то электронов столько же, сколько и протонов. То есть в случае с фосфором их пятнадцать.

Если один из электронов покинет свою орбиту, атом превратится в позитивно заряженный ион, то есть катион. Если же один электрон присоединится, образуется негативно заряженный ион - анион.

В периодической системе химических элементов можно увидеть, что фосфор относится к третьему периоду. Из этого понятно, что вокруг ядра имеется три орбиты, на которых равномерно распределены электроны. На первой расположено два, на второй - восемь электронов, а на третьей - пять.

Распространенность в природе

Массовая доля фосфора в земной коре составляет 0,08%. Он не является очень распространенным в природе химическим элементом. Однако существует целая группа минералов, в состав которых входит фосфор. Это апатиты, а также фосфориты. Самый распространенный из первой группы - фторапатит. Его химическая формула выглядит следующим образом: 3Ca₃(PO4)₂•CaF₂. Он бывает прозрачного, зеленого и бирюзового оттенков. Среди фосфоритов больше всего распространен кальция фосфат, имеющий такую химическую формулу: Са₃(РО4)₂. Кроме того, соединения фосфора встречаются в составе тканей различных живых организмов.

Роль фосфора и его соединений в природе и организме

Данный химический элемент очень важен для нормального функционирования почти всех органов и их систем. В первую очередь без него невозможна бесперебойная работа почек. Данный элемент принимает участие в обменных процессах организма. Он также способствует скорейшей регенерации тканей. Без него некоторые витамины просто не могут активизироваться, чтобы дать пользу организму - вот почему практически во все витаминные препараты в качестве дополнительного компонента очень часто добавляют фосфор. Кроме того, это один из химических элементов, обеспечивающих нормальную работу сердца. Он, кроме всего вышеперечисленного, участвует в процессе деления клеток, поэтому без данного микроэлемента невозможна жизнь на Земле.

Регуляция водно-солевого баланса - еще одна функция, которую выполняют в организме соединения рассматриваемого в данной статье неметалла. Кроме того, он является одной из главных составляющих костной и мышечной ткани. Большой его процент содержится и в зубах. Помимо всего прочего, стоит также отметить, что фосфор участвует в обеспечении нормальной работы нервной системы. Симптомы недостатка в организме рассматриваемого микроэлемента следующие: повышенная утомляемость, низкая работоспособность, нарушения в работе нервной системы (неврозы, истерия и т.п.), слишком частые простуды, истощение сердечной мышцы, боль в костях и мышцах, очень слабый аппетит. Чтобы избежать такого явления, как недостаток фосфора в организме, необходимо знать, в каких же продуктах он содержится.

Прежде всего среди продуктов, богатых рассматриваемым химическим элементом, следует выделить рыбу. Особенно высокая концентрация фосфора наблюдается в таких видах, как осетр, скумбрия, ставрида, тунец, сардина, мойва, минтай, корюшка. Кроме того, рассмотренный в данной статье микроэлемент содержится в крабовом мясе, креветках, а также в молочных продуктах, таких как творог, плавленый сыр, брынза.

Выводы

Фосфор хоть и не является очень распространенным на планете химическим элементом, но имеет огромное значение как с промышленной, так и с биологической точки зрения. Он и его соединения, в частности, гидроксид фосфора, используются при производстве разного рода продукции. В статье также были описаны свойства гидроксида фосфора (фосфорной кислоты) и особенности его взаимодействия с металлами, основаниями и солями.