Фосфор и его соединения

Фосфор — элемент VА группы, аналог азота, но значительно активнее его как простое вещество: связи \(\ce{P-P}\) в молекулах фосфора слабее тройной связи азота. Важнейшие степени окисления фосфора −3 (фосфин, фосфиды), +3 и +5 (оксид фосфора(V), фосфорная кислота, фосфаты).

Аллотропия и свойства фосфора

Белый фосфор состоит из молекул \(\ce{P4}\), он ядовит, светится в темноте и самовоспламеняется на воздухе, поэтому его хранят под водой. Красный фосфор — полимерный, неядовит, устойчив на воздухе; он входит в намазку спичечного коробка. Чёрный фосфор похож на графит.

Фосфор горит с образованием оксида фосфора(V) (при недостатке кислорода — оксида фосфора(III)), реагирует с галогенами, металлами, азотной и концентрированной серной кислотами, со щелочами диспропорционирует:

\[ \ce{4P + 5O2 -> 2P2O5}; \qquad \ce{2P + 3Cl2 -> 2PCl3}; \qquad \ce{2P + 5Cl2 -> 2PCl5}; \qquad \ce{3Ca + 2P ->[t^\circ] Ca3P2} \]

\[ \ce{P + 5HNO3(\text{конц.}) -> H3PO4 + 5NO2 ^ + H2O}; \qquad \ce{4P + 3NaOH + 3H2O -> PH3 ^ + 3NaH2PO2} \]

Вспышка спички — реакция красного фосфора с бертолетовой солью: \(\ce{6P + 5KClO3 -> 5KCl + 3P2O5}\). Фосфор получают из фосфорита, восстанавливая его углём в присутствии песка: \(\ce{Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 ->[t^\circ] 3CaSiO3 + 2P + 5CO}\).

Фосфин и фосфиды

Фосфиды активных металлов водой разлагаются до фосфина \(\ce{PH3}\) — ядовитого газа: \(\ce{Ca3P2 + 6H2O -> 3Ca(OH)2 + 2PH3 ^}\). Фосфин — сильный восстановитель, на воздухе горит; основные свойства у него слабее, чем у аммиака: \(\ce{PH3 + 2O2 -> H3PO4}\).

Оксид фосфора(V) и фосфорная кислота

Оксид фосфора(V) — белый порошок, кислотный оксид, жадно поглощает воду (лучший осушитель газов, кроме аммиака). С водой образует фосфорные кислоты, со щелочами — фосфаты:

\[ \ce{P2O5 + 3H2O ->[t^\circ] 2H3PO4}; \qquad \ce{P2O5 + 6NaOH -> 2Na3PO4 + 3H2O} \]

Ортофосфорная кислота — трёхосновная кислота средней силы, не окислитель. С щёлочью в зависимости от соотношения образует три ряда солей: дигидрофосфаты (\(\ce{NaH2PO4}\), раствор слабокислый), гидрофосфаты (\(\ce{Na2HPO4}\), слабощелочной) и фосфаты (\(\ce{Na3PO4}\), щелочной):

\[ \ce{H3PO4 + NaOH -> NaH2PO4 + H2O}; \qquad \ce{H3PO4 + 2NaOH -> Na2HPO4 + 2H2O}; \qquad \ce{H3PO4 + 3NaOH -> Na3PO4 + 3H2O} \]

Фосфаты и удобрения

Растворимы только фосфаты щелочных металлов и аммония и большинство дигидрофосфатов. Фосфат кальция (фосфорит, апатит) нерастворим и плохо усваивается растениями, поэтому его переводят в растворимые соли — суперфосфаты: \(\ce{Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 -> Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4}\) (простой суперфосфат), \(\ce{Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 -> 3Ca(H2PO4)2}\) (двойной суперфосфат). Качественная реакция на фосфат-ион — жёлтый осадок фосфата серебра: \(\ce{Na3PO4 + 3AgNO3 -> Ag3PO4 v + 3NaNO3}\).