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
В своих соединениях с другими элементами P может проявлять следующие степени окисления: +3, +5, -3. В парообразном состоянии при температуре ниже 800°, а также в жидкой фазе молекула вещества имеет формулу P4.
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:
4P + 3O2 → 2P2O3
Продуктом реакции является газообразный фосфин – очень токсичное вещество, применяемое в качестве химического оружия. Его легко распознаеть по специфическому запаху чеснока. Гидрид фосфора способен присоединять галогеноводороды, например, такие, как йодоводород, образуя соединение – йодид фосфония PH4I. Взаимодействие с металлами приводит к появлению фосфидов:
2P + 3Ca = Ca3P2.
Как металл, фосфор реагирует и с неметаллами, например, с серой, углеродом, хлором:
2P + 3Cl2 = 2PCl3
Фосфиды легко вступают в реакцию с водой, разлагаясь до фосфина:
Mg3P2 + 6H2O = 3Mg(OH)2 + 2PH3(фосфин)
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.
