3 Властивості, одержання фосфору та його сполук

Найбільш поширені такі алотропні видозміни фосфору: білий, червоний та чорний.

Білий фосфор - тверда кристалічна речовина (t_пл = 44°С), не розчиняється у воді, а розчиняється в сірковуглеці CS₂. Сильна отрута. При нагріванні до 300°С без повітря перетворюється на червоний фосфор. Червоний фосфор не є отрутою, не розчиняється у сірковуглеці і не світиться в темряві. Чорний фосфор утворюється з білого при нагріванні його до 220°С при дуже високому тиску. За зовнішнім виглядом він нагадує графіт і є напівпровідником.

У промисловості фосфор одержують прожарюванням в електричних печах без доступу повітря сумішей подрібненого фосфориту або апатиту з піском та вугіллям:

Са₃ (РО₄)₂ + 3SiO₂ + 5С = 3CaSiO₃ + 2Р + 5СО.

Фосфор виділяється у вигляді парів, які конденсуються в приймачі під водою.

Фосфор активно взаємодіє з киснем, галогенами, сіркою та металами, утворюючи відповідні сполуки - оксиди, фосфін, хлориди, сульфіди та фосфіди, наприклад:

4Р + 5О₂ 2Р₂О₅,

2Р + 5Сl₂ 2РС1_5,

2P + 5S P₂S₅,

3Са + 2Р Са₃Р₂.

Хлориди фосфору та фосфіди металів під дією води здатні до повного гідролізу:

Mg₃P₂ + 6Н₂О = 3Mg(OH)₂ + 2РН₃,

РС1₃ + 3Н₂О = 3НС1 + Н₃РО₃.

Фосфор окиснюється кислотою - окисником до ортофосфорної кислоти:

ЗР + 5HNO₃ + 2Н₂О = ЗН₃РО₄ + 5NO.

Фосфін (РН₃) можна також отримати при взаємодії фосфору з розчином лугу або при дії соляної кислоти на кальцій фосфід, наприклад:

4Р + 3NaOH + 3Н₂О = РН₃ + 3NaH₂PO₂,

Са₃Р₂ + 6НС1 = 3СаС1₂ + 2РН₃.

При взаємодії з киснем фосфор утворює оксиди Р₂О₃ та Р₂О₅. Р₂О₃ – фосфор оксид (III) - біла кристалічна речовина (t_пл = 23°С), утворюється при повільному окисненні фосфору, з водою утворює фосфористу кислоту, яка є двоосновною та має властивості відновника:

Р₂О₃ + 3Н₂О = 2Н₃РО₃.

P₂O₅ – фосфор оксид (V), або фосфорний ангідрид - білий гігроскопічний порошок (t_пл = 42°С), утворюється при окисненні фосфору надлишком кисню, з водою утворює ортофосфорну кислоту:

Р₂О₅ + 3Н₂О = 2Н₃РО₄.

Н₃РО₄ - ортофосфорна кислота, є кислотою середньої сили. Фосфорна кислота триосновна. Н₄Р₂О₇ - Дифосфорна (пірофосфорна) кислота чотириосновна, вона є більш сильною кислотою, ніж ортофосфорна кислота. Пірофосфорна кислота утворюється при частковому зневодненні ортофосфорної кислоти:

2Н₃РО₄ Н₄Р₂О₇ + Н₂О.

У лабораторії фосфорну кислоту можна отримати при дії на фосфор розбавленої або концентрованої нітратної кислоти, а у промисловості при дії сульфатної кислоти на фосфорити:

Са₃(РО₄)₂ + 3H₂SO₄ = 3CaSO₄ + 2Н₃РО₄.

Фосфорна кислота, як і інші кислоти, може реагувати з основними оксидами, гідроксидами та солями, утворюючи відповідні сполуки:

2Н₃РО₄ + ЗВаО = Ва₃(РО₄)₂ + 3Н₂О,

2Н₃РО₄ + ЗСа(ОН)₂ = Са₃(РО₄)₂ + 6Н₂О,

2Н₃РО₄ + 3MgCO₃ = Mg₃(PO₄)₂ + 3Н₂О + ЗСО₂.

4 Властивості арсену, стибію, вісмуту та їх сполук

Арсен одержують, як правило, з арсенистого колчедану за схемою

FeAsS As₂O₃ As.

При високій температурі арсен реагує з багатьма елементами, а сильні окисники здатні переводити його в арсенову кислоту, наприклад:

2As + 5С1₂ + 8Н₂О = 2H₃AsО₄ + 10НС1.

У сполуках Арсен проявляє ступінь окиснення +5, +3 і -3. Арсен гідрид, або арсин (AsH₃) - прозорий, дуже отруйний газ з часниковим запахом. Арсин утворюється при відновленні всіх сполук арсену воднем в момент виділення або за реакцією

As₂O₃ + 6Zn + 6H₂SO₄ = 2AsH₃ + 6ZnSO₄ + 3H₂O.

Арсин нестійкий і при нагріванні розкладається на водень і вільний арсен, який утворює на холодних частинах приладу чорний наліт (арсенове дзеркало). Цю властивість арсину використовують для знаходження арсену в різних речовинах при проведенні медекспертизи:

2AsH₃ 2As + 3Н₂.

Арсен з киснем утворює два оксиди: As₂O₃ і As₂O₅.

As₂O₃ - арсен оксид (III), або арсенистий ангідрид, утворюється при згоранні арсену на повітрі або при прокалюванні арсенових руд.

З водою арсен оксид (III) утворює арсен гідроксид (III) або арсенисту кислоту:

As₂O₃ + 3Н₂О = 2As(OH)₃, або 2Н₃АsО₃.

Арсен гідроксид є амфотерним, але кислотні властивості переважають.

H₃AsO₃ - арсениста кислота, існує лише у водному розчині, її солі називаються арсенітами, їх можна одержати при взаємодії As₂O₃ з лугами:

As₂О₃ + 6КОН = 2K₃AsO₃ + ЗН₂О.

Сполуки Арсену (III) мають відновні властивості; при їх окисненні утворюються сполуки Арсену (V).

As₂O₅ – арсен оксид (V), або арсен ангідрид - біла тверда речовина, утворюється під час прожарювання арсенової кислоти.

H₃AsО₄ - арсенова кислота, добре розчинна у воді, за своїми властивостями нагадує фосфорну кислоту. Будучи триосновною кислотою, вона здатна утворювати три типи солей: арсенати - K₃AsO₄; гідроарсенати - K₂HAsO₄ та дигідроарсенати - NaH₂AsO₄.

У кислому середовищі арсенова кислота та її солі проявляють властивості окисників, наприклад:

К₃АѕО₄ + 2KJ + H₂SO₄ = K₃AsO₃ + J₂ + K₂SO₄ + Н₂О.

Стибій (Sb) - трапляється в природі у вигляді Sb₂S₃. Стибій сульфід (III) має назву антимоніт, або стибійний блиск. Одержання стибію з цього мінералу можна зобразити у вигляді схеми

Sb₂S₃ Sb₂O₃ Sb.

Sb₂S₃ — стибій оксид ( III ), або стибатний ангідрид, - типовий амфотерний оксид, розчиняється в кислотах і лугах:

Sb₂S₃ + 3H₂SO₄ = Sb₂(SO₄)₃ + ЗН₂О,

Sb₂S₃ + 2NaOH = 2NaSbO₂ + H₂O.

Sb₂O₅ - стибій оксид (V), або стибійний ангідрид, має кислотні властивості. Йому відповідає стибійна кислота H₃SbO₄, солі якої називаються антимонатами.

Вісмут (Ві) - металічні властивості переважають над неметалічними. У природі поширений мало. Трапляється як у вільному стані, так і у вигляді сполук - вісмутової охри Ві₂О₃ та вісмутового блиску Bi₂S₃.

Соляна та сульфатна розбавлена кислоти з вісмутом не взаємодіють. Він розчиняється в розбавленій нітратній кислоті та в гарячій сульфатній концентрованій кислоті:

Ві + 4НМО₃ = Bi(NO₃)₃ + NO + 2Н₂О,

2Ві + 6H₂SO₄ = Bi₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6Н₂О.

Вісмут оксид (III) Ві₂О₃ - основний оксид, розчиняється в кислотах з утворенням солей вісмуту (III).

Вісмут гідроксид (III) Ві(ОН)₃ - дуже слабка основа, тому солі Вісмуту здатні до гідролізу, переходячи в малорозчинні основні солі.

За допомогою сильних окисників сполуки Вісмуту ( III ) можна перевести у сполуки Вісмуту (V). Найважливіші з них вісмутати - солі невиділеної у вільному стані вісмутової кислоти, наприклад КВіО₃, який є дуже сильним окисником.