Phosphorus 11th grade online příprava na Rostelecom Lyceum | Simulátory a analýza úloh

Chemický prvek fosfor se nachází ve třetí periodě skupiny 5, hlavní podskupiny. Elektronová konfigurace atomu fosforu je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 . Na rozdíl od dusíku má valenční vrstva atomu fosforu 3d orbital (obr. 1). V důsledku toho se jeden z elektronů 3s může přesunout na prázdný 3d orbital. V tomto případě bude mít fosfor 5 nepárových elektronů a pak se může stát pětimocným. Fosfor ve svých sloučeninách vykazuje několik oxidačních stavů od -3 do +5 (obr. 2).

Fosfor je jednoduchá látka

Fosfor může existovat v několika alotropních modifikacích: bílý fosfor, červený, černý a kovový fosfor. Za normálních podmínek existují první tři a při extrémně vysokých tlacích existuje i kovový fosfor. Všechny tyto alotropní modifikace se liší barvou, hustotou a dalšími charakteristikami.

Obr. 3

Bílý fosfor sestává z tetraedrických molekul P₄ (obr. 3). Vazba je kovalentní, nepolární, jednoduchá. Ale protože se jedná o napjatou strukturu, tato spojení se snadno přeruší. To vysvětluje vysokou chemickou aktivitu bílého fosforu a také jeho tendenci přeměňovat se při zahřívání nebo skladování na stabilnější modifikace polymeru. Za normálních podmínek je to pevná, snadno tavitelná a těkavá látka. Nerozpustný ve vodě. Bílý fosfor je uložen pod vrstvou vody. Je ale dobře rozpustný v nepolárních organických rozpouštědlech: sirouhlík, benzen atd. Bílý fosfor se oxiduje kyslíkem. Energie uvolněná při tomto procesu se neuvolňuje ve formě tepla, ale ve formě světla, proto je bílý fosfor schopen zářit (obr. 4). Svítí pouze na povrchu a při oxidaci kyslíkem, tedy fosfor umístěný pod vrstvou vody, nebude svítit. Bílý fosfor je vysoce toxická látka. Smrtelná dávka bílého fosforu pro dospělého je 0,05 – 0,01 g Většina vojenských toxických látek, jako je sarin a soman, jsou sloučeniny fosforu.

Obr. 4

Červený fosfor (obr. 4) je tvořena různě dlouhými molekulami polymeru. Molekuly se skládají z pyramidálně spojených atomů fosforu. Za normálních podmínek je to pevná, amorfní látka červené barvy, schopná při zahřátí sublimovat. Při kondenzaci páry červeného fosforu vzniká bílý fosfor. Červený fosfor je nerozpustný v naprosté většině rozpouštědel.

Obr. 5

Černý fosfor (obr. 5) – Jedná se o látku nemolekulární struktury. Jeho krystalová mřížka je atomově vrstvená s pyramidálním uspořádáním vazeb charakteristických pro fosfor. Je to tuhá látka podobná grafitu s vysokým bodem tání. Je schopen vést elektrický proud.

Chemické vlastnosti fosforu a jeho vodíkové sloučeniny

Chemické vlastnosti fosforu

1. Interakce s kovy

2. Interakce s nekovy

3. Fosfor je redukční činidlo

Získávání fosforu

Surovinou pro získávání fosforu jsou fosfority nebo apatity.

Tuto metodu navrhl v roce 1829 německý chemik Friedrich Wöhler (obr. 6) a v průmyslu se používá dodnes. Hlavní oblastí použití fosforu je výroba zápalek. Používá se také v metalurgii a při výrobě organofosforových sloučenin. Některé polovodičové materiály lze vyrábět pomocí fosforu.

Vodíková sloučenina fosforu – fosfin

Lze jej získat působením vody nebo kyselin na fosfidy.

Lze jej získat reakcí bílého fosforu s horkou zásadou.

Je možná syntéza z jednoduchých látek, která se provádí za vysokých teplot a tlaku.

Chemické vlastnosti fosfinu

Fosfin vykazuje silné redukční vlastnosti. Produkty redukce fosforu jsou kyselina fosforná H₃PO₂.

Mohou vznikat fosfoniové soli, podobně jako soli amonné. Ale tyto soli jsou velmi nestabilní.

Kyselina fosforečná a její soli

Kyseliny fosforečné

Oxid fosforečný nejprve tvoří kyselinu metafosforečnou, potom kyselinu difosforečnou a teprve potom kyselinu ortofosforečnou.

Kyselina ortofosforečná – je slabá trojsytná kyselina, která vykazuje obecné vlastnosti kyselin.

Kyselina fosforečná je schopna tvořit tři druhy solí:

Oxidující Vlastnosti kyseliny ortofosforečné se projevují pouze díky vodíkovým iontům.

Ale mnoho reakcí s kovy je inhibováno tvorbou nerozpustných fosfátů.

Fosfáty – jsou to látky s iontovým typem krystalové mřížky, pevné krystalické látky. Rozpustné jsou pouze fosforečnany alkalických kovů a amonné. Hydrogenorthofosforečnany a dihydrogenorthofosforečnany jsou mnohem lépe rozpustné ve vodě. Na rozdíl od dusičnanů fosforečnany nevykazují oxidační vlastnosti.

Kvalitativní reakce na ionty P

Ag + + P → Ag₃PO₄↓ (žlutý sediment)

<strong>Historie objevu fosforu</strong>

Starobylá folia nám zachovala jednotlivé epizody ze života vysloužilého vojáka a hamburského obchodníka. Jmenoval se Značka Hennig. Jeho obchodní činnost nešla dobře, a proto se snažil uniknout chudobě. Strašně ho utiskovala. A Brand se rozhodl zkusit štěstí v alchymii. Navíc v 17. století, na rozdíl od našeho 20. století, bylo považováno za zcela možné najít „kámen mudrců“, který dokáže proměnit obecné kovy ve zlato. Brand již provedl mnoho experimentů s různými látkami, ale ničeho užitečného nedosáhl. Jednoho dne se rozhodl provést chemický experiment s močí. Odpařil jsem ho téměř do sucha a zbylou světle žlutou usazeninu smíchal s uhlím a pískem, zahříval v retortě bez přístupu vzduchu. Výsledkem bylo, že Brand získal novou látku, která měla úžasnou vlastnost – svítící ve tmě (Obr. 7).

Tak byl v roce 1669 objeven fosfor., který hraje nesmírně důležitou roli v živé přírodě: v rostlinném světě, v těle zvířat i lidí. Šťastný vědec rychle využil neobvyklé vlastnosti nové látky a začal ušlechtilým osobám za poměrně vysokou odměnu předvádět zářící fosfor. Vše, co přišlo do styku s fosforem, získalo schopnost zářit. Stačilo potřít prsty, vlasy nebo předměty fosforem a ty se rozblikaly tajemným modrobílým světlem. Nábožensky a mysticky smýšlející boháči té doby žasli nad různými Brandovými manipulacemi s touto „božskou“ látkou. Chytře využil obrovského zájmu vědců i široké veřejnosti o fosfor a začal jej prodávat za cenu, která převyšovala i cenu zlata. X. Brand produkoval fosfor ve velkém množství a způsob jeho získávání držel v přísně střeženém tajemství. Nikdo z ostatních alchymistů nemohl proniknout do jeho laboratoře, a tak mnozí z nich začali horečně provádět různé experimenty a snažili se odhalit tajemství výroby fosforu. Slavný německý chemik I. Kunkel (1630–1703) poradil svému příteli a kolegovi I. Kraftovi, aby přesvědčil H. Branda k prodeji tajemství získávání fosforu. I. Kraftovi se podařilo objevitele přesvědčit k tomuto obchodu za 100 tolarů, ale nový majitel tajemství získání „věčného plamene“ se ukázal jako sobec ​​a aniž by svému příteli I. Kunkelovi řekl jediné slovo o získání receptury, začal vydělávat obrovské sumy peněz předváděním fosforu veřejnosti.

Recept na výrobu „studeného ohně“ brzy poznali I. Kunkel a K. Kirchmeyer a v roce 1680 objevil v Anglii tajemství získávání fosforu slavný chemik R. Boyle.

Po smrti R. Boylea jeho žák, Němec A. Hankwitz, který zdokonalil způsob získávání fosforu, založil jeho výrobu a dokonce se pokusil vyrobit první zápalky. Dodával fosfor vědeckým institucím v Evropě a jednotlivcům, kteří si ho chtěli koupit. Pro rozšíření obchodních vztahů navštívil A. Gankwitz Holandsko, Francii, Itálii a Německo, kde uzavřel nové smlouvy na prodej fosforu. V Londýně založil farmaceutickou společnost, která se stala široce známou. Kuriózní je, že se A. Gankwitz i přes dlouholetou práci s fosforem a velmi nebezpečné experimenty s ním dožil osmdesáti let. Přežil své tři syny a všechny, kteří se podíleli na práci týkající se rané historie fosforu. Cena fosforu začala od doby jeho objevení I. Kunkelem a R. Boylem rychle klesat a nakonec dědici objevitelů začali zasvěcovat tajemství získávání fosforu za pouhých 10 tolarů.

<strong>Sloučeniny fosforu v lidském těle, apatit a jeho názvy</strong>

Sloučeniny fosforu hrají v našem těle důležitou roli. Je součástí nukleotidů – nukleových kyselin, je součástí kostí a zubní skloviny. Celkově lidské tělo obsahuje asi 500 g fosforu. Pokud by byl veškerý fosfor v lidském těle ve formě bílého fosforu, mohlo by se jím otrávit asi 5 tisíc lidí.

Apatit může být jakékoliv barvy. Byl pojmenován po řecké bohyni klamu Apatě.

<strong>Odkud pochází výraz „Nechte to všechno shořet v modrém plameni“?</strong>

Modrý plynový oheň, který nyní používáme k vaření, naši vzdálení předkové neznali, viděli ho pouze v noci v bažinách nebo na hřbitovech. Při rozkladu organické hmoty bez přístupu vzduchu se uvolňuje metan a jako jeho malá nečistota fosfin, který se může ve vzduchu samovolně vznítit a způsobit zapálení zbytku plynu. Ve dne je téměř nemožné vidět hořící metan, ale v noci jsou bažinatá světla jasně viditelná. Víra spojovala taková světla s neklidnými dušemi. Jde prý o duše hříšníků, jejichž muka začala ještě před Posledním soudem. Když teď někdo řekne: „Nech to všechno vzplanout,“ zoufal si z dobrého výsledku a na všechno rezignoval.

Shrnutí lekce

V lekci bylo studováno téma „Fosfor“. Byl uvažován atom fosforu a jeho charakteristické oxidační stavy, alotropní modifikace fosforu a jejich vlastnosti, fosfiny, kyselina fosforečná a její soli – fosforečnany. Dostali jste informace o historii získávání fosforu, o pokusech, které alchymisté s touto látkou prováděli.

Reference

1. Rudzitis G. E. Chemie. Základy obecné chemie. 11. ročník: učebnice pro všeobecně vzdělávací instituce: základní stupeň / G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. – 14. vyd. – M.: Vzdělávání, 2012.
2. Popel P. P. Chemie: 8. ročník: učebnice pro střední školy / P. P. Popel, L. S. Krivlya. – K.: IC “Academy”, 2008. – 240 s.: ill.
3. Gabrielyan O.S. Chemie. 11. třída. Základní úroveň. 2. vydání, přetištěno. – M.: Drofa, 2007. – 220 s.

Další doporučené odkazy na internetové zdroje

1. Internetový portál „internerurok.ru“ (zdroj)
2. Internetový portál „hemi.nsu.ru“ (zdroj)
3. Internetový portál „chemport.ru“ (zdroj)
4. Internetový portál „Khimik.ru“ (zdroj)

Domácí úkol

1. №№2, 6, z. 1 (str. 138) Rudzitis G. E. Chemie. Základy obecné chemie. 11. ročník: učebnice pro všeobecně vzdělávací instituce: základní stupeň / G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. – 14. vyd. – M.: Vzdělávání, 2012.
2. Vyjmenujte oblasti použití fosforu a jeho sloučenin.
3. Porovnejte vlastnosti alotropních modifikací fosforu.