Нахождение в природе
Фосфор
– это неметалл. Он является наиболее
распространенным на Земле элементом
VА группы (~ 0,08% по массе в
земной коре, 12 место по распространенности
среди всех элементов) и представлен
только одним нуклидом
.
В природе фосфор в свободном виде
не встречается. Важнейшими природными
соединениями фосфора являются минералы
фосфорит Са3(РО4)2,
фторапатит 3Са3(РО4)2
∙ CaF2
(реже CaCl2)
и гидроксоапатит Са3(РО4)2
∙ Ca(OH)2,
образующие самостоятельные месторождения
на суше.
В виде солей фосфорной кислоты в рассеянном виде фосфор повсеместно встречается в почве, природных водах.
Кроме того, фосфор является постоянной составной частью тканей человека, животных и растений.
Организм взрослого человека содержит более одного килограмма фосфора, основная масса которого содержится в костной ткани в виде гидроксоапатита. Часть фосфора в организме человека распределена в мышечной, нервной и мозговой тканях.
Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).
Растениями фосфор извлекается из почвы, а животные получают фосфор с растительной пищей. После отмирания растительных и животных организмов фосфор снова переходит в почву. Так осуществляется круговорот фосфора в природе.
Физические свойства фосфора
Элемент фосфор образует несколько аллотропных модификаций, главными из которых являются: белый, красный и черный фосфор. Эти модификации являются твердыми веществами и отличаются друг от друга строением кристаллической решетки. Так, белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которой расположены молекулы Р4:
Они имеют форму правильной треугольной пирамиды. Каждый атом Р находится в одной из вершин пирамиды и связан тремя σ-связями с другими тремя атомами.
Как и все вещества с молекулярной решеткой, белый фосфор легко плавится (tплавления ≈ 44оС) и летуч. Он хорошо растворяется в органических растворителях и чрезвычайно ядовит. Вследствие высокой химической активности белый фосфор хранят под водой и по возможности в темноте. При хранении на свету, а в особенности при нагревании, белый фосфор переходит в более стабильные полимерные модификации, из которых наиболее устойчивыми являются красный и черный фосфор.
При нагревании без доступа воздуха до 250-300оС белый фосфор превращается в красный, который может существовать в виде нескольких форм. Их структуры окончательно не установлены, но все они являются полимерными веществами, состоящими из пирамидально связанных атомов Р (рис. 9). При возгонке красного фосфора (t ~ 423оС) в пар переходят молекулы Р2, которые затем рекомбинируются в молекулы Р4.
а б
Рис. 9. Структура красного (а) и черного (б) фосфора.
Черный фосфор образуется при нагревании под большим давлением белого фосфора или при длительном нагревании красного фосфора. Он имеет атомную слоистую кристаллическую решетку (рис. 9) и по внешнему виду напоминает графит.
Красный и особенно черный фосфор химически намного устойчивее белого. Так, если белый фосфор на воздухе самовоспламеняется при 50оС, то красный – выше 250оС, а черный – выше 400оС.
Красный и черный фосфор не ядовиты и почти не растворяются во всех растворителях. Атомы Р в них, как и в белом фосфоре, проявляют валентность 3.
Аллотропные модификации фосфора при записи уравнений химических реакций для упрощения обозначаются буквой Р.