Ֆոսֆոր և նրա միացությունները. Ֆոսֆորի միացությունների գործնական կիրառում

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Կենսածին տարրերի մեջ առանձնահատուկ տեղ պետք է հատկացնել ֆոսֆորին. Իրոք, առանց դրա անհնար է այնպիսի կենսական միացությունների գոյությունը, ինչպիսիք են, օրինակ, ATP-ն կամ ֆոսֆոլիպիդները, ինչպես նաև շատ այլ օրգանական նյութեր: Միաժամանակ այս տարրի անօրգանական նյութը շատ հարուստ է տարբեր մոլեկուլներով։ Ֆոսֆորը և նրա միացությունները լայնորեն կիրառվում են արդյունաբերության մեջ, կենսաբանական գործընթացների կարևոր մասնակիցներ են և օգտագործվում են մարդու գործունեության տարբեր ճյուղերում։ Հետևաբար, հաշվի առեք, թե ինչ է այս տարրը, որն է նրա պարզ նյութը և ամենակարևոր միացությունները։

Ֆոսֆոր. տարրի ընդհանուր բնութագրերը

Պարբերական աղյուսակում դիրքը կարելի է նկարագրել մի քանի կետով:

1. Հինգերորդ խումբ, հիմնական ենթախումբ.
2. Երրորդ փոքր շրջան։
3. Սովորական թիվ - 15.
4. Ատոմային զանգվածը 30 է, 974։
5. Ատոմի էլեկտրոնային կազմաձևում 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Օքսիդացման հնարավոր վիճակներ սկսած-3-ից +5.
7. Քիմիական նշան - P, արտասանություն «pe» բանաձեւերով։ Տարրի անվանումը ֆոսֆոր է։ Լատինական անուն Ֆոսֆոր.

Այս ատոմի հայտնաբերման պատմությունը հասնում է հեռավոր XII դարին: Նույնիսկ ալքիմիկոսների գրառումներում կային տեղեկություններ, որոնք վկայում էին անհայտ «լուսավոր» նյութի ստացման մասին: Այնուամենայնիվ, ֆոսֆորի սինթեզի և հայտնաբերման պաշտոնական ամսաթիվը 1669 թվականն էր: Սնանկացած վաճառական Բրենդը, փնտրելով փիլիսոփայական քարը, պատահաբար սինթեզեց մի նյութ, որն ընդունակ էր փայլ արձակել և վառվել կուրացնող վառ բոցով։ Նա դա արեց՝ բազմիցս կալցինացնելով մարդու մեզը։

Դրանից հետո, միմյանցից անկախ, այս տարրը ստացվել է մոտավորապես նույն ձևերով.

• I. Կունկել;
• Ռ. Բոյլ;
• Ա. Մարգրաֆ;
• K. Scheele;
• Ա. Լավուազե.

Այսօր այս նյութի սինթեզի ամենահայտնի մեթոդներից մեկը համապատասխան ֆոսֆոր պարունակող միներալներից արդյունահանումն է բարձր ջերմաստիճանում ածխածնի օքսիդի և սիլիցիումի ազդեցության տակ: Գործընթացն իրականացվում է հատուկ վառարաններում։ Ֆոսֆորը և նրա միացությունները շատ կարևոր նյութեր են ինչպես կենդանի էակների, այնպես էլ քիմիական արդյունաբերության բազմաթիվ սինթեզների համար: Հետևաբար, պետք է հաշվի առնել, թե որն է այս տարրը որպես պարզ նյութ և որտեղ է այն հանդիպում բնության մեջ:

Պարզ նյութ ֆոսֆոր

Դժվար է նշել կոնկրետ միացություն, երբ խոսքը վերաբերում է ֆոսֆորին: Դա պայմանավորված է բազմաթիվալոտրոպիկ փոփոխություններ, որոնք ունի այս տարրը: Պարզ նյութի ֆոսֆորի չորս հիմնական տեսակ կա:

1. Սպիտակ. Սա միացություն է, որի բանաձևը Р₄ է: Այն սպիտակ ցնդող նյութ է՝ սխտորի սուր տհաճ հոտով։ Սովորական ջերմաստիճանում օդում ինքնաբուխ բռնկվում է։ Այրվում է լուսավոր գունատ կանաչ լույսով: Շատ թունավոր և կյանքին սպառնացող: Քիմիական ակտիվությունը չափազանց բարձր է, ուստի այն ձեռք է բերվում և պահպանվում մաքրված ջրի շերտի տակ։ Դա հնարավոր է բևեռային լուծիչներում վատ լուծելիության պատճառով: Ածխածնի դիսուլֆիդը և օրգանական նյութերը լավագույնս համապատասխանում են այս սպիտակ ֆոսֆորի համար: Երբ տաքացվում է, այն ընդունակ է վերածվել հաջորդ ալոտրոպ ձևի՝ կարմիր ֆոսֆորի։ Գոլորշիները խտացնելիս և հովացնելիս այն կարողանում է շերտեր առաջացնել։ Հպման դեպքում յուղոտ, փափուկ, հեշտությամբ կտրված դանակով, սպիտակ (թեթևակի դեղնավուն): Հալման կետ 44⁰C: Իր քիմիական ակտիվության շնորհիվ օգտագործվում է սինթեզներում։ Բայց իր թունավորության պատճառով այն լայն արդյունաբերական կիրառություն չունի։
2. Դեղին. Այն սպիտակ ֆոսֆորի վատ զտված ձև է: Այն էլ ավելի թունավոր է, նրանից նաև սխտորի տհաճ հոտ է գալիս։ Բոցավառվում և այրվում է վառ լուսավոր կանաչ բոցով: Այս դեղին կամ շագանակագույն բյուրեղները ընդհանրապես չեն լուծվում ջրի մեջ, երբ ամբողջովին օքսիդանում են, նրանք սպիտակ ծուխ են արձակում P₄O₁₀ բաղադրությամբ:.
3. Կարմիր ֆոսֆորը և նրա միացությունները արդյունաբերության մեջ այս նյութի ամենատարածված և ամենատարածված ձևափոխումն են: Մածուկ կարմիր զանգվածը, որը բարձր ճնշման տակ կարող էանցնել մանուշակագույն բյուրեղների տեսքով, քիմիապես ոչ ակտիվ է։ Դա պոլիմեր է, որը կարող է լուծվել միայն որոշակի մետաղների մեջ և ուրիշ ոչինչ: 250⁰С ջերմաստիճանում այն սուբլիմացվում է՝ վերածվելով սպիտակ մոդիֆիկացիայի։ Ոչ այնքան թունավոր, որքան նախորդ ձևերը: Այնուամենայնիվ, մարմնի երկարատև ազդեցությունը թունավոր է: Այն օգտագործվում է լուցկու տուփերի վրա հրկիզող ծածկույթ կիրառելու համար։ Դա բացատրվում է նրանով, որ այն չի կարող ինքնաբուխ բռնկվել, սակայն այն պայթում է (բռնկվում) նշանակման և շփման ժամանակ։
4. Սև. Արտաքին տվյալներով այն շատ նման է գրաֆիտին, յուղոտ է նաև շոշափելու դեպքում։ Էլեկտրական կիսահաղորդիչ է։ Մուգ բյուրեղներ, փայլուն, որոնք ընդհանրապես ունակ չեն լուծվել ոչ մի լուծիչների մեջ։ Որպեսզի այն բռնկվի, անհրաժեշտ է շատ բարձր ջերմաստիճան և նախնական տաքացում։

Հետաքրքիր է նաև վերջերս հայտնաբերված ֆոսֆորի ձևը՝ մետաղական: Այն հաղորդիչ է և ունի խորանարդ բյուրեղյա վանդակ։

Քիմիական հատկություններ

Ֆոսֆորի քիմիական հատկությունները կախված են նրանից, թե ինչ ձևով է այն: Ինչպես նշվեց վերևում, ամենաակտիվ դեղին և սպիտակ փոփոխությունը: Ընդհանուր առմամբ, ֆոսֆորը կարող է փոխազդել՝

• մետաղներ, որոնք ձևավորում են ֆոսֆիդներ և գործում են որպես օքսիդացնող նյութ;
• ոչ մետաղներ, որոնք գործում են որպես վերականգնող նյութ և ձևավորում են տարբեր տեսակի ցնդող և ոչ ցնդող միացություններ;
• ուժեղ օքսիդացնող նյութեր՝ վերածվող ֆոսֆորաթթվի;
• խտացված կաուստիկ ալկալիներով՝ ըստ տեսակիանհամաչափություն;
• շատ բարձր ջերմաստիճանի ջրով;
• թթվածնով տարբեր օքսիդներ առաջացնելու համար:

Ֆոսֆորի քիմիական հատկությունները նման են ազոտի հատկություններին: Ի վերջո, նա պնիկտոգեն խմբի մի մասն է: Այնուամենայնիվ, ակտիվությունը մի քանի կարգով բարձր է ալոտրոպային փոփոխությունների բազմազանության պատճառով:

Լինելով բնության մեջ

Որպես սննդարար նյութ՝ ֆոսֆորը շատ առատ է: Նրա տոկոսը երկրակեղևում կազմում է 0,09%: Սա բավականին մեծ ցուցանիշ է։ Որտե՞ղ է այս ատոմը հայտնաբերվել բնության մեջ: Անվանելու մի քանի հիմնական տեղ կա՝

• բույսերի կանաչ մասը, նրանց սերմերը և պտուղները;
• կենդանական հյուսվածքներ (մկաններ, ոսկորներ, ատամի էմալ, շատ կարևոր օրգանական միացություններ);
• կեղև;
• հող;
• ժայռեր և հանքանյութեր;
• ծովի ջուր.

Այս դեպքում կարելի է խոսել միայն հարակից ձևերի մասին, բայց ոչ պարզ նյութի մասին։ Չէ՞ որ նա չափազանց ակտիվ է, և դա նրան թույլ չի տալիս ազատության մեջ լինել։ Ֆոսֆորով ամենահարուստ հանքանյութերից են՝

• Անգլերեն;
• ֆտորապապտիտ;
• սվանբերգիտ;
• ֆոսֆորիտ և այլն:

Այս տարրի կենսաբանական նշանակությունը չի կարելի գերագնահատել։ Ի վերջո, այն միացությունների մի մասն է, ինչպիսիք են՝

• սպիտակուցներ;
• ֆոսֆոլիպիդներ;
• ԴՆԹ;
• RNA;
• ֆոսֆոպրոտեիններ;
• ֆերմենտներ.

Այսինքն՝ բոլոր նրանք, որոնք կենսական նշանակություն ունեն և որոնցից կառուցված է ողջ օրգանիզմը։ Միջին չափահաս մարդու օրական չափաբաժինը մոտ 2 գրամ է։

Ֆոսֆոր և նրա միացությունները

Լինելով շատ ակտիվ՝ այս տարրը ձևավորում է բազմաթիվ տարբեր նյութեր: Ի վերջո, այն նաև ձևավորում է ֆոսֆիդներ, և ինքն էլ հանդես է գալիս որպես վերականգնող նյութ: Դրա շնորհիվ դժվար է անվանել տարր, որն իներտ կլինի դրա հետ արձագանքելիս։ Հետեւաբար, ֆոսֆորի միացությունների բանաձեւերը չափազանց բազմազան են: Կան նյութերի մի քանի դասեր, որոնց ձևավորման ակտիվ մասնակիցն է նա։

1. Երկուական միացություններ՝ օքսիդներ, ֆոսֆիդներ, ցնդող ջրածնի միացություն, սուլֆիդ, նիտրիդ և այլն։ Օրինակ՝ P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{և այլն:}
2. Բարդ նյութեր՝ բոլոր տեսակի աղեր (միջին, թթվային, հիմնային, կրկնակի, բարդ), թթուներ։ Օրինակ՝ N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ և այլք:
3. Թթվածին պարունակող օրգանական միացություններ՝ սպիտակուցներ, ֆոսֆոլիպիդներ, ATP, ԴՆԹ, ՌՆԹ և այլն:

Նշանակված տեսակի նյութերի մեծ մասը մեծ արդյունաբերական և կենսաբանական նշանակություն ունեն: Ֆոսֆորի և նրա միացությունների օգտագործումը հնարավոր է ինչպես բժշկական նպատակներով, այնպես էլ միանգամայն սովորական կենցաղային իրերի արտադրության համար։

Մետաղներով միացություններ

Մետաղների և պակաս էլեկտրաբացասական ոչ մետաղների հետ ֆոսֆորի երկուական միացությունները կոչվում են ֆոսֆիդներ: Սրանք աղի նման նյութեր են, որոնք չափազանց անկայուն են, երբ ենթարկվում են տարբեր նյութերի: Արագ քայքայումը (հիդրոլիզ) առաջացնում է նույնիսկպարզ ջուր։

Բացի այդ, ոչ խտացված թթուների ազդեցության տակ նյութը քայքայվում է նաև համապատասխան մթերքների։ Օրինակ, եթե խոսենք կալցիումի ֆոսֆիդի հիդրոլիզի մասին, ապա արտադրանքը կլինի մետաղի հիդրօքսիդ և ֆոսֆին.

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

Եվ ֆոսֆիդը հանքային թթվի ազդեցության տակ քայքայման ենթարկելով՝ ստանում ենք համապատասխան աղ և ֆոսֆին:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Ընդհանուր առմամբ, քննարկվող միացությունների արժեքը հենց նրանում է, որ արդյունքում առաջանում է ֆոսֆորի ջրածնային միացություն, որի հատկությունները կքննարկվեն ստորև։

Ֆոսֆորի հիման վրա ցնդող նյութեր

Կա երկու հիմնականը՝

• սպիտակ ֆոսֆոր;
• ֆոսֆին.

Մենք արդեն վերը նշեցինք առաջինը և տվեցինք բնութագրերը: Նրանք ասացին, որ դա թանձր սպիտակ ծուխ էր, շատ թունավոր, գարշահոտ և ինքնաբռնկվող նորմալ պայմաններում։

Բայց ի՞նչ է ֆոսֆինը: Սա ամենատարածված և հայտնի ցնդող նյութն է, որը ներառում է խնդրո առարկա տարրը: Այն երկուական է, իսկ երկրորդ մասնակիցը ջրածինն է։ Ֆոսֆորի ջրածնային միացության բանաձևը pH₃ է, անունը՝ ֆոսֆին։

Այս նյութի հատկությունները կարելի է նկարագրել հետևյալ կերպ.

1. Ցնդող անգույն գազ.
2. Շատ թունավոր։
3. Դրանից փտած ձկան հոտ է գալիս։
4. Չի փոխազդում ջրի հետ և շատ վատ է լուծվում դրա մեջ: Լավ լուծելի էօրգանական նյութեր.
5. Նորմալ պայմաններում, շատ ռեակտիվ:
6. Օդում ինքնաբռնկվում է.
7. Արտադրվում է մետաղների ֆոսֆիդների քայքայման արդյունքում։

Մյուս անունն է Ֆոսֆան: Դրա հետ են կապված հին ժամանակների պատմությունները։ Խոսքն այն «թափառող լույսերի» մասին է, որոնք մարդիկ երբեմն տեսնում ու տեսնում են հիմա գերեզմանատներում ու ճահիճներում: Գնդաձև կամ մոմի նման լույսերը, որոնք հայտնվում են այս ու այն կողմ, շարժման տպավորություն թողնելով, համարվում էին վատ նախանշան, և սնահավատ մարդիկ շատ էին վախենում դրանցից։ Այս երեւույթի պատճառը, ըստ որոշ գիտնականների ժամանակակից տեսակետների, կարելի է համարել ֆոսֆինի ինքնաբուխ այրումը, որը բնական ճանապարհով առաջանում է օրգանական մնացորդների՝ ինչպես բուսական, այնպես էլ կենդանական տարրալուծման ժամանակ։ Գազը դուրս է գալիս և օդի թթվածնի հետ շփվելով՝ բռնկվում է։ Բոցի գույնը և չափը կարող են տարբեր լինել: Ամենից հաճախ դրանք կանաչավուն վառ լույսեր են։

Ակնհայտ է, որ բոլոր ցնդող ֆոսֆորի միացությունները թունավոր նյութեր են, որոնք հեշտ է հայտնաբերել սուր տհաճ հոտից: Այս նշանն օգնում է խուսափել թունավորումներից և տհաճ հետևանքներից։

Միացություններ ոչ մետաղներով

Եթե ֆոսֆորն իրեն պահում է որպես վերականգնող նյութ, ապա պետք է խոսել ոչ մետաղների հետ երկուական միացությունների մասին: Շատ հաճախ դրանք ավելի էլեկտրաբացասական են: Այսպիսով, մենք կարող ենք առանձնացնել այս տեսակի նյութերի մի քանի տեսակներ.

• ֆոսֆորի և ծծմբի միացություն - ֆոսֆորի սուլֆիդ P₂S₃;
• ֆոսֆորի քլորիդ III, V;
• օքսիդներ և անհիդրիդ;
• բրոմիդ և յոդիդ ևուրիշներ։

Ֆոսֆորի և նրա միացությունների քիմիան բազմազան է, ուստի դժվար է բացահայտել դրանցից ամենակարևորը: Եթե կոնկրետ խոսենք այն նյութերի մասին, որոնք առաջանում են ֆոսֆորից և ոչ մետաղներից, ապա տարբեր բաղադրության օքսիդներն ու քլորիդները մեծ նշանակություն ունեն։ Դրանք օգտագործվում են քիմիական սինթեզներում որպես ջրազրկող նյութեր, որպես կատալիզատորներ և այլն։

Այսպիսով, ամենահզոր չորացնող միջոցներից մեկը ամենաբարձր ֆոսֆորի օքսիդն է՝ P₂O₅: Այն այնքան ուժեղ է ձգում ջուրը, որ դրա հետ անմիջական շփման դեպքում տեղի է ունենում բուռն արձագանք՝ ուժեղ աղմուկի ուղեկցությամբ: Նյութը ինքնին սպիտակ ձյունանման զանգված է, որն իր ագրեգացման վիճակում ավելի մոտ է ամորֆին:

Թթվածնային օրգանական միացություններ ֆոսֆորով

Հայտնի է, որ միացությունների քանակով օրգանական քիմիան շատ ավելի շատ է անօրգանական քիմիայից։ Դա բացատրվում է իզոմերիզմի երևույթով և ածխածնի ատոմների՝ միմյանց հետ փակվող տարբեր կառուցվածքների ատոմներից շղթաներ կազմելու ունակությամբ։ Բնականաբար, կա որոշակի կարգ, այսինքն՝ դասակարգում, որին ենթակա է ողջ օրգանական քիմիան։ Միացման դասերը տարբեր են, այնուամենայնիվ, մեզ հետաքրքրում է մեկ կոնկրետ մեկը, որն ուղղակիորեն կապված է տվյալ տարրի հետ: Սրանք թթվածին պարունակող միացություններ են ֆոսֆորի հետ: Դրանք ներառում են՝

• կոէնզիմներ - NADP, ATP, FMN, պիրիդոքսալ ֆոսֆատ և այլն;
• սպիտակուցներ;
• նուկլեինաթթուներ, քանի որ ֆոսֆորաթթվի մնացորդը նուկլեոտիդի մի մասն է;
• ֆոսֆոլիպիդներ և ֆոսֆոպրոտեիններ;
• ֆերմենտներ և կատալիզատորներ.

Իոնի տեսակը, որումֆոսֆորը մասնակցում է այս միացությունների մոլեկուլի ձևավորմանը, հաջորդը PO₄^3- է, այսինքն՝ այն թթվային մնացորդ է։ ֆոսֆորական թթու. Այն առկա է որոշ սպիտակուցների մեջ որպես ազատ ատոմ կամ պարզ իոն:

Յուրաքանչյուր կենդանի օրգանիզմի բնականոն գործունեության համար այս տարրը և նրա կողմից առաջացած օրգանական միացությունները չափազանց կարևոր և անհրաժեշտ են։ Իրոք, առանց սպիտակուցի մոլեկուլների, անհնար է կառուցել մարմնի մեկ կառուցվածքային մաս: Իսկ ԴՆԹ-ն ու ՌՆԹ-ն ժառանգական տեղեկատվության հիմնական կրողներն ու փոխանցողներն են։ Ընդհանուր առմամբ, բոլոր կապերը պետք է լինեն առանց ձախողման:

Ֆոսֆորի օգտագործումը արդյունաբերության մեջ

Ֆոսֆորի և նրա միացությունների օգտագործումը արդյունաբերության մեջ կարելի է բնութագրել մի քանի կետերով:

1. Օգտագործվում է լուցկու, պայթուցիկ միացությունների, հրկիզիչ ռումբերի, որոշ վառելիքի, քսանյութերի արտադրության մեջ։
2. Որպես գազի կլանիչ և շիկացած լամպերի արտադրության մեջ:
3. Մետաղները կոռոզիայից պաշտպանելու համար։
4. Գյուղատնտեսության մեջ որպես հողի պարարտանյութ.
5. Որպես ջրի փափկեցնող միջոց.
6. Քիմիական սինթեզներում տարբեր նյութերի արտադրության մեջ.

Կենդանի օրգանիզմների դերը կրճատվում է մինչև ատամի էմալի և ոսկորների ձևավորման մեջ մասնակցությունը: Անա- և կատաբոլիզմի ռեակցիաներին մասնակցություն, ինչպես նաև բջջի և կենսաբանական հեղուկների ներքին միջավայրի բուֆերացման պահպանում: Այն հիմք է հանդիսանում ԴՆԹ-ի, ՌՆԹ-ի, ֆոսֆոլիպիդների սինթեզում։