Флаг ЛНР: описание и история возникновения (+фото)

Красивые картинки

История открытия

В 1669 гамбургский купец и по совместительству алхимик Хенниг Брандт в очередной раз пытался осуществить мечту всех средневековых алхимиков – найти легендарный философский камень, якобы превращающий все металлы в золото и дарующий бессмертие. Увы, философский камень и в этот раз найти не удалось, но, тем не менее, Хеннигу посчастливилось сделать другое не менее важное открытие в химии. На этот раз в качестве эксперимента немецкий алхимик решил выпаривать воду из… человеческой мочи. В результате череды сложных химических манипуляций над собственной мочой в реторте у алхимика образовалось неведомое до того светящееся вещество – фосфор.

К слову, само слово «фосфор» с древнегреческого переводится как «несущий свет». Именно такое название он получил за свою удивительную способность светиться в темноте. Первооткрыватель фосфора алхимик Хенниг Брандт быстро понял свою выгоду от этого открытия и за большие деньги показывал светящийся фосфор разным знатным и богатым господам, нажив при этом большое состояние (развлечений в то время в Европе было не так уж и много, так что научно-популярные представления предприимчивого алхимика пользовались большим спросом).

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #1

Впрочем, Хенинг Брандт был не первым, кто добыл фосфор опытным путем. Еще до него, в XII веке это удалось сделать арабскому алхимику Алхиду Бехилу, все также благодаря химическим манипуляциям с мочой и глиной, но его открытие затерялось, и именно повторное открытие фосфора немецким алхимиком принесло широкую популярность этому химическому элементу.

Первое время после открытия фосфор вызывал лишь любопытство своим свечением и только в конце XIX века ученые поняли, что фосфор также является чрезвычайно важным полезным микроэлементом для жизнедеятельности человеческого организма.

Строение атомов фосфора

В атоме фосфора имеется 15 электронов, которые располагаются на трех электронных слоях:

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #2

На внешнем электронном слое у атомов фосфора, так же как и у атомов азота, имеется по 5 электронов. В соединениях с металлами и водородом фосфор проявляет степень окисления, равную –3, например в фосфиде кальция Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #3
Максимальная положительная степень окисления, проявляемая атомами фосфора в соединениях, равна +5, например в фосфорной кислоте Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #4
Для атомов фосфора также характерна степень окисления +3, например во фториде фосфора Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #5

Строение и физические свойства простых веществ

Фосфор образует несколько аллотропных модификаций, которые называются белым, красным и черным фосфором.

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #6

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #7

Белый фосфор состоит из молекул Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #8
имеющих форму тетраэдра. В таких молекулах каждый из четырех атомов фосфора связан ковалентной связью с тремя остальными (рис. 79). Как молекулярное соединение белый фосфор легкоплавок и летуч. Белый фосфор — сильно ядовитое вещество, воспламеняется на воздухе, светится в темноте. Хранят его под слоем воды.

Белый фосфор впервые был получен из мочи алхимиком Хённигом Брандтом в 1669 г. в виде массы, светящейся в темноте. Отсюда произошло и название этого элемента (фосфор в переводе с греческого означает «светоносный»).

На свету и при нагревании до 300 °С без доступа воздуха белый фосфор превращается в порошок, цвет которого может быть от красно-бурого до красного и фиолетового (красный фосфор). Красный фосфор не летуч, не растворим в воде, не ядовит.

Красный и черный фосфор, с которым вы подробнее познакомитесь в курсе химии 11-го класса, имеют сложную структуру.

Химические свойства фосфора

Химически фосфор достаточно активен — непосредственно соединяется со многими простыми веществами с выделением большого количества теплоты. При этом фосфор проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства.

Окислительные свойства фосфора проявляются при его взаимодействии с наиболее активными металлами. При этом образуются фосфиды:

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #9

Восстановительные свойства фосфора проявляются при его взаимодействии с кислородом. Но у разных модификаций фосфора химическая активность различна. Например, белый фосфор при комнатной температуре легко окисляется на воздухе с образованием оксида фосфора(III):

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #10

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #11

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #12

Окисление белого фосфора сопровождается свечением. Белый и красный фосфор при поджигании загораются и горят ослепительно ярким пламенем (рис. 80) с образованием белого дыма оксида фосфора(V):

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #13

Применение фосфора

Фосфор используют в производстве фосфорной кислоты и фосфорных удобрений, полупроводниковых материалов как компонент покрытий стальных изделий и т. д. (рис. 81). Белый фосфор применяют для изготовления трассирующих боеприпасов как дымообразующее и зажигательное средство, красный фосфор — основной компонент смеси для спичечных коробков.

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #14

Современные спички, зажигающиеся при трении о специальную поверхность, были изобретены в Швеции в 1855 г. На боковые поверхности спичечного коробка наносят массу, состоящую из красного фосфора, оксида железа(III) Fe2O3, соединений сурьмы и марганца с примесью измельченного стекла и клея. В состав спичечной головки входят хлорат калия KClO3, сера, наполнители и клей. При трении спичечной головки о фосфорные намазки происходит воспламенение:

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #15

  • Фосфор образует несколько аллотропных модификаций — белый, красный и черный фосфор.
  • Белый фосфор — сильно ядовитое вещество.
  • Фосфор проявляет восстановительные свойства в реакции с кислородом и окислительные — в реакциях с активными металлами.

Получения

Для получения белого фосфора в чистом виде химики прокалывают природные фосфаты вместе с коксом и песком в электрической печи. Впрочем, вместо фосфатов можно использовать и другие неорганические соединения фосфора, например, метафосфорную кислоту. Красный и черный фосфор получают уже из белого фосфора путем разных манипуляций над последним (нагревание, увеличение давления).

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #16

Действие фосфора, его функции и роль в организме человека

Теперь давайте ответим на вопрос, какая роль фосфора в организме человека. А она очень большая, так как фосфор принимает участие во всех обменных процессах, происходящих в нашем организме. Основная масса фосфора находится в костях и зубах. Совместно с кальцием фосфор формирует правильную структуру костной ткани, и если пропорция содержания кальция и фосфора будет нарушена, то кости могут стать хрупкими, увеличится риск переломов.

Помимо костей и зубов фосфор имеет влияние и на самое главное – мыслительное деятельность человека, ведь он содержится в нашей мозговой ткани и нервах. От фосфора зависит работа нервной системы, с его помощью осуществляется метаболизм липидов и протеинов, биосинтез всех необходимых органических веществ. Наконец фосфор входит в состав ДНК и РНК, участвует в ферментивных процессах, поддерживающих кислотно-щелочной баланс в организме.

Электронная схема фосфора

P: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
Короткая запись:
P: [Ne]3s2 3p3

You need to enable JavaScript to run this app.

Одинаковую электронную конфигурацию имеют атом фосфора и -1Si, +1S, +2Cl

Порядок заполнения оболочек атома фосфора (P) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.

На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на ‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14

Фосфор имеет 15 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:

2 электрона на 1s-подуровне

2 электрона на 2s-подуровне

6 электронов на 2p-подуровне

2 электрона на 3s-подуровне

3 электрона на 3p-подуровне

Степень окисления фосфора

Атомы фосфора в соединениях имеют степени окисления 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3.

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.

Ионы фосфора

5+P 4+P 3+P 2+P 1+P P 01-P 2-P 3-P

Валентность P

Атомы фосфора в соединениях проявляют валентность V, IV, III, II, I.

Валентность фосфора характеризует способность атома P к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:

Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами

Валентность не имеет знака.

Квантовые числа P

Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для атома P эти числа имеют значение N = 3, L = 1, Ml = 1, Ms = ½

Таблица валентности химических элементов.

Порядковый номер химического элемента, он же: атомный номер, он же: зарядовое число атомного ядра, он же: атомное числоРусское / Английское наименованиеХимический символВалентность
1Водород / HydrogenH(-1), +1
2Гелий / HeliumHe0
3Литий / LithiumLi+1
4Бериллий / BerylliumBe+2
5Бор / BoronB-3, +3
6Углерод / CarbonC(+2), +4
7Азот / NitrogenN-3, -2, -1, (+1), +2, +3, +4, +5
8Кислород / OxygenO-2
9Фтор / FluorineF-1, (+1)
10Неон / NeonNe0
11Натрий / SodiumNa+1
12Магний / MagnesiumMg+2
13Алюминий / AluminumAl+3
14Кремний / SiliconSi-4, (+2), +4
15Фосфор / PhosphorusP-3, +1, +3, +5
16Сера / SulfurS-2, +2, +4, +6
17Хлор / ChlorineCl-1, +1, (+2), +3, (+4), +5, +7
18Аргон / ArgonAr0
19Калий / PotassiumK+1
20Кальций / CalciumCa+2
21Скандий / ScandiumSc+3
22Титан / TitaniumTi+2, +3, +4
23Ванадий / VanadiumV+2, +3, +4, +5
24Хром / ChromiumCr+2, +3, +6
25Марганец / ManganeseMn+2, (+3), +4, (+6), +7
26Железо / IronFe+2, +3, (+4), (+6)
27Кобальт / CobaltCo+2, +3, (+4)
28Никель / NickelNi(+1), +2, (+3), (+4)
29Медь / CopperСu+1, +2, (+3)
30Цинк / ZincZn+2
31Галлий / GalliumGa(+2). +3
32Германий / GermaniumGe-4, +2, +4
33Мышьяк / ArsenicAs-3, (+2), +3, +5
34Селен / SeleniumSe-2, (+2), +4, +6
35Бром / BromineBr-1, +1, (+3), (+4), +5
36Криптон / KryptonKr0
37Рубидий / RubidiumRb+1
38Стронций / StrontiumSr+2
39Иттрий / YttriumY+3
40Цирконий / ZirconiumZr(+2), (+3), +4
41Ниобий / NiobiumNb(+2), +3, (+4), +5
42Молибден / MolybdenumMo(+2), +3, (+4), (+5), +6
43Технеций / TechnetiumTc+6
44Рутений / RutheniumRu(+2), +3, +4, (+6), (+7), +8
45Родий / RhodiumRh(+2), (+3), +4, (+6)
46Палладий / PalladiumPd+2, +4, (+6)
47Серебро / SilverAg+1, (+2), (+3)
48Кадмий / CadmiumCd(+1), +2
49Индий / IndiumIn(+1), (+2), +3
50Олово / TinSn+2, +4
51Сурьма / AntimonySb-3, +3, (+4), +5
52Теллур / TelluriumTe-2, (+2), +4, +6
53Иод / IodineI-1, +1, (+3), (+4), +5, +7
54Ксенон / XenonXe0
55Цезий / CesiumCs+1
56Барий / BariumBa+2
57Лантан / LanthanumLa+3
58Церий / CeriumCe+3, +4
59Празеодим / PraseodymiumPr+3
60Неодим / NeodymiumNd+3, +4
61Прометий / PromethiumPm+3
62Самарий / SamariumSm(+2), +3
63Европий / EuropiumEu(+2), +3
64Гадолиний / GadoliniumGd+3
65Тербий / TerbiumTb+3, +4
66Диспрозий / DysprosiumDy+3
67Гольмий / HolmiumHo+3
68Эрбий / ErbiumEr+3
69Тулий / ThuliumTm(+2), +3
70Иттербий / YtterbiumYb(+2), +3
71Лютеций / LutetiumLu+3
72Гафний / HafniumHf+4
73Тантал / TantalumTa(+3), (+4), +5
74Вольфрам / TungstenW(+2), (+3), (+4), (+5), +6
75Рений / RheniumRe(-1), (+1), +2, (+3), +4, (+5), +6, +7
76Осмий / OsmiumOs(+2), +3, +4, +6, +8
77Иридий / IridiumIr(+1), (+2), +3, +4, +6
78Платина / PlatinumPt(+1), +2, (+3), +4, +6
79Золото / GoldAu+1, (+2), +3
80Ртуть / MercuryHg+1, +2
81Талий / ThalliumTl+1, (+2), +3
82Свинец / LeadPb+2, +4
83Висмут / BismuthBi(-3), (+2), +3, (+4), (+5)
84Полоний / PoloniumPo(-2), +2, +4, (+6)
85Астат / AstatineAtнет данных
86Радон / RadonRn0
87Франций / FranciumFrнет данных
88Радий / RadiumRa+2
89Актиний / ActiniumAc+3
90Торий / ThoriumTh+4
91Проактиний / ProtactiniumPa+5
92Уран / UraniumU(+2), +3, +4, (+5), +6

Чего не указано в таблице валентности, это то, что валентность элемента может быть постоянной и переменной.

Виды валентности
Постоянная (у металлов главных подгрупп)Переменная (у неметаллов  и металлов побочных подгрупп)
Высшая (равна номеру группы)Низшая (равна разности между числом 8 и номером группы)

Знание валентности элементов необходимы для правильного составления химических формул соединений.

Таблица характерных значений валентностей некоторых атомов химических соединений.

ЭлементыВалентностьПримеры соединений
H, F, Li, Na, KIH2, HF, Li2O, NaCl, KBr
O, Mg, Ca, Sr, Ba, ZnIIH2O, MgCl2, CaH2, SrBr2, BaO, ZnCl2
B, AlIIIBCl3, AlBr3
C, SiIVCO2, CH4, SiO2, SiCl4
CuI, IICu2O, CuO
FeII, IIIFeCl2, FeCl3
CrII, III, VICrCl2, CrCl3, CrO3
SII, IV, VIH2S, SO2, SO3
NIII, IVNH3, NH4Cl, HNO3
PIII, VPH3, P2O5, H3PO4
Sn, PbII, IVSnCl2, SnCl4, PbO, PbO2
Cl, Br, II, III, V, VIIHCl, ClF3, BrF5, IF7

Белый фосфор

Получение данной аллотропной модификации фосфора можно назвать «фантастической случайностью». В конце XVII века немецкий алхимик Хеннинг Бранд трудился над получением философского камня. Согласно легендам того времени, он обладал удивительными свойствами: превращать черные металлы в золото, дарить вечную жизнь и свободу. Выпаривая мочу, ученый получил сухой остаток. Поскольку данное вещество светилось в темноте, Бранд решил, что это и есть философский камень. На самом деле? это и был белый фосфор.

Рассмотрим свойства и строение данной аллотропной модификации фосфора. Это кристаллическое вещество бесцветного или желтоватого цвета. Его твердость небольшая — под водой белый фосфор можно резать ножом. Он нерастворим в воде, плавится при температуре 44 градуса по Цельсию.

Данная аллотропная модификация фосфора отличается от всех остальных значительной химической активностью. Уже при 40 градусах он вступает в реакцию с кислородом и воспламеняется. Эта форма является самой ядовитой.

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #17

Желтый фосфор

Это вещество относится к группе сильно ядовитых. Желтым фосфором называют неочищенный белый. Он легко воспламеняется на воздухе. При этом образуется ярко — зеленое пламя и выделяется большое количество белого едкого дыма. Поскольку желтый фосфор способен самовоспламеняться, хранят и перевозят его только под слоем воды.

Красный фосфор

Аллотропные модификации фосфора могут превращаться друг в друга. Для этого необходимы определенные условия. Так, при длительном нагревании в условиях повышенного давления и при наличии углекислого газа белый фосфор превращается в красный. Впервые эту реакцию осуществил в конце XIX века австрийский химик Риттер Шреттер.

Красный фосфор химически менее активен. Это вещество растворяется только в расплавленном свинце и висмуте. Процесс возгорания при повышении температуры не происходит. Красный фосфор превращается в пар, который потом — в белый. А вот чтобы произошло возгорание, необходимо ударить или растереть это вещество.

Данная модификация менее ядовита, чем белый. Поэтому его широко используют в производстве спичек в качестве основы вещества терочной поверхности коробка.

Фосфор в химии: формула, химические свойства, описание #18

Черный фосфор

Только в XX веке стало известно, что фосфор образует аллотропные модификации, которые являются самой стабильной и наименее активной его формой. Это черный фосфор. На этот раз открытие принадлежало американскому физику Перси Бриджмену, который являлся лауреатом Нобелевской премии. Но высокую награду он получил не за получение черного фосфора, а за создание прибора, способного создавать высокое атмосферное давление. Это и стало одним из условий, при которых красный фосфор превращается в черный.

Визуально данная модификация напоминает графит. Это кристаллы черного цвета с металлическим блеском, жирные на ощупь, нерастворимые в воде и органических веществах. Плавится это вещество только при температуре 1000 градусов.

Оцените статью
Подписаться
Уведомить о

0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Оставьте комментарий!x