Das Spiel Es ist ein nichtmetallisches Element, das durch das chemische Symbol P dargestellt wird und die Ordnungszahl 15 hat. Es hat drei allotrope Hauptformen: weißen, roten und schwarzen Phosphor. Weißer Phosphor ist phosphoreszierend, brennt an der Luft spontan und ist außerdem hochgiftig..
Weißer Phosphor bei einer Temperatur von 250 ºC wird zu rotem Phosphor; eine unlösliche polymere Form, die nicht an der Luft brennt. Bei hohen Temperaturen und Drücken sowie in Gegenwart oder Nichtvorhandensein von Katalysatoren wird schwarzer Phosphor erhalten, der Graphit ähnelt und ein guter elektrischer Leiter ist..
Phosphor wurde 1669 erstmals von H. Brand isoliert. Dafür verwendete er Urin als Quelle für dieses Element. 1770 entdeckte W. Scheele, dass er auch Phosphor aus Knochen isolieren konnte.
Später, aufgrund der Schaffung des Elektroofens durch J. Burgess Readman (1800), wurden Phosphatgesteine zur Hauptquelle der Phosphorproduktion aus dem darin enthaltenen Mineral Fluorapatit..
Phosphor ist das zwölfthäufigste Element in der Erdkruste und macht 0,1 Gew .-% aus. Darüber hinaus ist es das sechste Element im Überfluss im menschlichen Körper; hauptsächlich in Knochen in Form von Hydroxylapatit konzentriert.
Es ist daher ein wesentliches Element für Lebewesen und wird zu einem der drei Hauptnährstoffe von Pflanzen. Phosphor ist Teil der chemischen Struktur von Nukleinsäuren; von Energiespeicherverbindungen (ATP), Coenzyme; und im Allgemeinen von Verbindungen des Stoffwechsels.
Artikelverzeichnis
Phosphor wurde 1669 von Henning Brand isoliert und war der erste Mensch, der ein Element isolierte. Brand war ein deutscher Alchemist aus Hamburg und konnte aus Urin eine Phosphorverbindung gewinnen. Dazu sammelte er den Urin aus 50 Eimern und ließ ihn sich zersetzen.
Brand verdampfte dann den Urin und erhielt einen schwärzlichen Rückstand, den er mehrere Monate aufbewahrte. Dazu fügte er Sand hinzu und erhitzte ihn, wodurch Gase und Öle beseitigt wurden. Schließlich erhielt er einen weißen Feststoff, der im Dunkeln mit einer grünen Farbe leuchtete, die er "kaltes Feuer" nannte..
Der Begriff "Leuchtstoff" kommt zufällig vom griechischen Wort "Phosphoros", was "Lichtträger" bedeutet..
Brand veröffentlichte seine experimentellen Ergebnisse nicht und verkaufte sie an verschiedene Alchemisten, darunter Johann Kraft, Kunckel Lowenstern und Wilhelm Leibniz. Wahrscheinlich haben einige von ihnen Brand's Arbeit der Pariser Akademie der Wissenschaften gemeldet und damit ihre Forschung verbreitet.
Brand isolierte jedoch nicht Phosphor, sondern Ammoniaknatriumphosphat [Na (NH4) PO4]. 1680 verbesserte Robert Boyle das Verfahren von Brand, mit dem er eine allotrope Form von Phosphor erhalten konnte (P.4).
Johan Gottlieb Gahn und Carl Wihelm Scheele stellten 1769 fest, dass eine Phosphorverbindung, Calciumphosphat, in Knochen gefunden wurde. Die entfetteten Knochen wurden einem Verdauungsprozess mit starken Säuren wie Schwefelsäure unterzogen.
Dann wurde das Aufschlussprodukt in Stahlbehältern mit Kohle und Kohle erhitzt, wodurch durch Destillation in Retorten weißer Phosphor erhalten wurde. Knochen waren die Hauptquelle für Phosphor bis 1840, als sie zu diesem Zweck durch Guano ersetzt wurden..
Guano ist eine Mischung aus Vogelkot und Vogelzersetzungsprodukten. Es wurde im 19. Jahrhundert als Phosphor- und Düngemittelquelle verwendet.
Phosphatgesteine wurden 1850 als Phosphorquelle verwendet. Zusammen mit der Erfindung des Elektroofens zum Kalzinieren von Gesteinen durch James Burgess Readman (1888) machte dies Phosphatgesteine zum Hauptrohstoff für die Herstellung von Phosphor und Düngemitteln..
1819 wurden die Streichholzfabriken gegründet, mit denen die industrielle Entwicklung der Verwendung von Phosphor begann..
Abhängig von der allotropen Form kann es farblos, wachsweiß, gelb, scharlachrot, rot, lila oder schwarz sein.
30.973 u
fünfzehn
Weißer Phosphor: 44,15 ºC
Roter Phosphor: ~ 590 ºC
Weißer Phosphor: 280,5 ºC
Weiß: 1,823 g / cm3
Rot: 2,2-2,34 g / cm3
Violett: 2,36 g / cm3
Schwarz: 2,69 g / cm3
Weißer Phosphor: 0,66 kJ / mol
Weißer Phosphor: 51,9 kJ / mol
Weißer Phosphor: 23,824 J / (mol.K)
-3, -2, -1, +1, +2, +3, +4 und +5
Abhängig von der Elektronegativität der Elemente, mit denen es kombiniert wird, kann Phosphor die Oxidationsstufe +3 oder -3 aufweisen. Phosphor reagiert im Gegensatz zu Stickstoff bevorzugt mit der Oxidationsstufe +5; Dies ist der Fall bei Phosphorpentoxid (P.zweiODER5 oder P.zwei5+ODER5zwei+).
2.19 auf der Pauling-Skala
-Erstens: 1.101 kJ / mol
-Zweitens: 2.190,7 kJ / mol
-Drittens: 2.914 kJ / mol
Weißer Phosphor: 0,236 W / (mK)
Schwarzer Leuchtstoff: 12,1 W / (mK)
Es zeigt, wie schwarzer Phosphor fast sechsmal mehr Wärme leitet als weißer Phosphor.
Weiße, rote, violette und schwarze Leuchtstoffe sind diamagnetisch.
Phosphor hat 20 Isotope, die wichtigsten sind: 31P, das einzige stabile Isotop mit einer Häufigkeit von 100%; 32P, β-emittierendes Isotop- und mit einer Halbwertszeit von 14,28 Tagen; Y. 33P, ein β-emittierendes Isotop- und mit einer Halbwertszeit von 25,3 Tagen.
Weißer Leuchtstoff ist phosphoreszierend und gibt im Dunkeln grünes Licht ab.
Weißer Phosphor ist instabil und ändert sich bei Temperaturen nahe 250 ° C zu einer polymeren Form, die als roter Phosphor bekannt ist und von orange bis violett variieren kann. Es ist eine amorphe Substanz, aber es kann kristallin werden; leuchtet nicht im Dunkeln oder brennt in der Luft.
Weißer Phosphor wandelt sich bei hohen Temperaturen und Drücken oder in Gegenwart von Katalysatoren in eine andere polymere Form als roten Phosphor um: schwarzen Phosphor. Dies ist eine kristalline Substanz von schwarzer Farbe, inert, ähnlich wie Graphit, und die die Fähigkeit hat, Elektrizität zu leiten.
Weißer Phosphor in reiner Form ist in Wasser unlöslich, obwohl er in Schwefelkohlenstoff solubilisiert werden kann. Inzwischen sind rote und schwarze Leuchtstoffe wasserunlöslich und weniger flüchtig als weißer Leuchtstoff..
Phosphor verbrennt spontan an der Luft unter Bildung von P.zweiODER5, und dies kann wiederum mit drei Wassermolekülen unter Bildung von Orthophosphorsäure oder Phosphorsäure (H) reagieren3PO4).
Durch die Einwirkung von heißem Wasser wird Phosphin (PH3) und Phosphoroxaciden.
Phosphorsäure wirkt auf Phosphatgesteine und verursacht Dihydrogen Calciumphosphat oder Superphosphat [Ca (H.zweiPO4)zwei]].
Kann mit Halogenen unter Bildung von Halogeniden PX reagieren3, X für F, Cl, Br oder I; oder Halogenide mit der Formel PX5, wobei X das F, Cl oder Br ist.
Phosphor reagiert auch mit Metallen und Metalloiden unter Bildung von Phosphiden und mit Schwefel unter Bildung verschiedener Sulfide. Andererseits bindet es an Sauerstoff, um Ester zu erzeugen. In gleicher Weise verbindet es sich mit Kohlenstoff zu phosphororganischen Verbindungen..
Phosphoratome haben die folgende elektronische Konfiguration:
[Ne] 3szwei 3p3
Es hat daher fünf Valenzelektronen wie Stickstoff und die anderen Elemente der Gruppe 15. Da es sich um ein nichtmetallisches Element handelt, müssen seine Atome kovalente Bindungen eingehen, bis das Valenzoktett vollständig ist. Stickstoff erreicht dies, indem er sich als zweiatomige Moleküle N etabliertzwei, mit einer Dreifachbindung N≡N.
Das gleiche passiert mit Phosphor: Zwei seiner P-Atome verbinden sich mit einer Dreifachbindung, um das P-Molekül zu bildenzwei, P≡P; das heißt, das diphosphorige Allotrop. Phosphor hat jedoch eine höhere Atommasse als Stickstoff, und seine 3p-Orbitale, die diffuser als die 2p-Orbitale von Stickstoff sind, überlappen sich weniger effizient. daher ist die P.zwei existiert nur im gasförmigen Zustand.
Stattdessen bevorzugen die P-Atome bei Raumtemperatur eine kovalente Organisation auf andere Weise: in einem tetraedrischen Molekül P.4::
Beachten Sie, dass im oberen Bild alle P-Atome drei Einfachbindungen anstelle einer Dreifachbindung haben. Somit ist der Phosphor in P.4 vervollständigt sein Valenzoktett. In der P.4 Die P-P-Bindungen sind gespannt, da ihre Winkel zum bloßen Auge weit von 109,5 ° entfernt sind.
Gleiches Bild von P-Einheiten4 und seine Instabilität erklären, warum weißer Phosphor das instabilste Allotrop dieses Elements ist.
Einheiten P.4 Sie sind im Raum angeordnet, um unter normalen Bedingungen einen bcc-Kristall (α-Phase) zu definieren. Wenn die Temperatur auf -77,95 ° C abfällt, wandelt sich der bcc-Kristall in einen dichteren hcp (vermutlich) (β-Phase) um. Das heißt, die Einheiten P.4 Sie sind in zwei abwechselnden Schichten A und B angeordnet, um eine ABAB-Sequenz zu erstellen ...
Im oberen Bild ist nur ein kleiner Ausschnitt der roten Phosphorstruktur dargestellt. Da die drei Einheiten "symmetrisch" ausgerichtet sind, kann gesagt werden, dass es sich um eine kristalline Struktur handelt, die durch Erhitzen dieses Leuchtstoffs über 250 ° C erhalten wird..
Roter Phosphor besteht jedoch meistens aus einem amorphen Feststoff, so dass seine Struktur unordentlich ist. Dann werden die Polymerketten von P.4 würde ohne erkennbares Muster angeordnet werden, einige oberhalb und andere unterhalb derselben Ebene willkürlich.
Beachten Sie, dass dies der strukturelle Hauptunterschied zwischen weißem und rotem Phosphor ist: Im ersteren ist der P.4 Sie sind individuell und bilden in der zweiten Kette. Dies ist möglich, weil eine der P-P-Bindungen innerhalb des Tetraeders gebrochen ist, um sich an das benachbarte Tetraeder zu binden. Dadurch wird die Ringspannung verringert und der rote Phosphor gewinnt an Stabilität..
Wenn es eine Mischung beider Allotrope gibt, wird es dem Auge als gelber Leuchtstoff angeboten; eine Mischung aus Tetraedern und amorphen Phosphorketten. Tatsächlich wird weißer Phosphor gelblich, wenn er den Sonnenstrahlen ausgesetzt wird, da die Strahlung das Aufbrechen der bereits erwähnten P-P-Bindung begünstigt..
Violetter Phosphor ist die endgültige Entwicklung von rotem Phosphor. Wie im obigen Bild zu sehen ist, besteht es immer noch aus einer Polymerkette; aber jetzt sind die Strukturen komplizierter. Es scheint, dass die Struktureinheit nicht mehr das P ist4 aber die P.zwei, so angeordnet, dass sie unregelmäßige fünfeckige Ringe bilden.
Trotz der Asymmetrie der Struktur gelingt es diesen Polymerketten, sich gut genug und periodisch anzuordnen, damit der violette Leuchtstoff monokline Kristalle bildet..
Und schließlich haben wir das stabilste Phosphor-Allotrop: das schwarze. Es wird durch Erhitzen von weißem Phosphor unter einem Druck von 12.000 atm hergestellt.
Im oberen Bild (unten) ist zu sehen, dass seine Struktur von einer höheren Ebene aus eine gewisse Ähnlichkeit mit der von Graphit aufweist; ist ein steiles Netzwerk von sechseckigen Ringen (auch wenn sie wie Quadrate aussehen).
In der oberen linken Ecke des Bildes kann das, was gerade kommentiert wurde, besser gewürdigt werden. Die molekulare Umgebung der P-Atome sind trigonale Pyramiden. Beachten Sie, dass die von der Seite gesehene Struktur (obere rechte Ecke) in Schichten angeordnet ist, die übereinander passen.
Die Struktur von schwarzem Phosphor ist ziemlich symmetrisch und geordnet, was mit seiner Fähigkeit übereinstimmt, sich als orthorhombische Kristalle zu etablieren. Das Stapeln ihrer Polymerschichten macht die P-Atome für viele chemische Reaktionen nicht verfügbar; und deshalb ist es beträchtlich stabil und nicht sehr reaktiv.
Obwohl es erwähnenswert ist, bestimmen die Londoner Dispersionskräfte und die Molmassen dieser Phosphorfeststoffe einige ihrer physikalischen Eigenschaften; während ihre Strukturen und P-P-Bindungen die chemischen und anderen Eigenschaften definieren.
Es ist das zwölfte Element der Erdkruste und macht 0,1 Gew .-% aus. Es gibt ungefähr 550 Mineralien, die Phosphor enthalten, wobei Apatit das wichtigste Mineral für die Gewinnung von Phosphor ist..
Apatit ist ein Mineral aus Phosphor und Calcium, das unterschiedliche Mengen an Fluor, Chlorid und Hydroxid enthalten kann. Die Formel lautet wie folgt: [Ca.10(PO4)6(F, Cl oder OH)zwei)]. Neben Apatit gibt es noch andere Phosphormineralien von kommerzieller Bedeutung; Dies ist der Fall bei Wavelita und Vivianita.
Phosphatgestein oder Phosphorit ist die Hauptquelle für Phosphor. Es ist ein nicht schädliches Sedimentgestein mit einem Phosphorgehalt von 15-20%. Phosphor liegt üblicherweise als Ca vor10(PO4)6F.zwei (Fluorapatit). Es liegt auch als Hydroxylapatit vor, wenn auch in geringerem Maße.
Darüber hinaus kann Fluorapatit als Teil von magmatischen und metamorphen Gesteinen sowie von Kalkstein und Schiefern gefunden werden..
Die ausgewählten Phosphatgesteine werden zur Verarbeitung in die Kläranlage überführt. Zunächst werden sie zerkleinert, um felsige Fragmente zu erhalten, die dann in Kugelmühlen mit 70 Umdrehungen pro Minute gemahlen werden.
Dann wird das Produkt des Mahlens der Gesteinsfragmente gesiebt, um sie fraktionieren zu können. Diese Fraktionen mit einem Phosphorgehalt von 34% werden als Phosphorpentoxid (P) gewähltzweiODER5).
Weißer Phosphor (P.4) wird industriell durch elektrothermische Reduktion von Fluorapatit mit Kohlenstoff bei einer Temperatur von 1.500 ºC in Gegenwart von Siliziumoxid erhalten:
2Ca3(PO4)zwei(s) + 6SiOzwei(s) + 10 C (s) => P.4(g) + CaSiO3(l) + CO (g)
Die p4 im gasförmigen Zustand wird es nach dem Kondensieren gesammelt und als weißer Feststoff in Wasser getaucht gelagert, um zu verhindern, dass es mit der Außenluft reagiert.
Die Leuchtstoffdecke wird mit unterschiedlichen Prozentsätzen an Kupfer und Phosphor hergestellt: Cu 94% - P 6%; Cu 92% - P 8%; Cu 85% - P 15% usw. Die Legierung wird als Desoxidationsmittel, Netzmittel für die Kupferindustrie und auch als Keimbildner in der Aluminiumindustrie verwendet.
Es handelt sich um Kupfer-, Phosphor- und Zinnlegierungen, die 0,5 bis 11% Phosphor und 0,01 bis 0,35% Zinn enthalten. Zinn erhöht die Korrosionsbeständigkeit, während Phosphor die Verschleißfestigkeit der Legierung erhöht und ihr Steifigkeit verleiht.
Es wird bei der Herstellung von Federn, Bolzen und im Allgemeinen in Artikeln verwendet, die Beständigkeit gegen Ermüdung, Verschleiß und chemische Korrosion erfordern. Die Verwendung wird in den Propellern der Boote empfohlen.
Die bekannteste Legierung ist NiPzwanzig, Verwendung von Phosphornickel in Lötlegierungen zur Verbesserung ihrer Beständigkeit gegen chemische Erosion, Oxidation und hohe Temperaturen.
Die Legierung wird in Gasturbinen- und Strahltriebwerkskomponenten, beim Galvanisieren und bei der Herstellung von Schweißelektroden verwendet.
Weißer Phosphor verursacht schwere Hautverbrennungen und ist ein starkes Gift, das bei einer Dosis von 50 mg tödlich sein kann. Phosphor hemmt die zelluläre Oxidation und stört das zelluläre Sauerstoffmanagement, was zu Fettabbau und Zelltod führen kann.
Akute Phosphorvergiftungen verursachen innerhalb der ersten vier Tage nach Einnahme Bauchschmerzen, Brennen, nach Knoblauch riechenden Atem, phosphoreszierendes Erbrechen, Schwitzen, Muskelkrämpfe und sogar einen Schockzustand..
Später Gelbsucht, Petechien, Blutungen, Myokardbeteiligung an Arrhythmien, Veränderung des Zentralnervensystems und Tod am zehnten Tag nach der Einnahme..
Die offensichtlichste Manifestation einer chronischen Phosphorvergiftung ist eine Schädigung der Knochenstruktur des Kiefers.
Eine Erhöhung der Plasmaphosphorkonzentration (Hyperphosphatämie) tritt normalerweise bei Patienten mit Nierenversagen auf. Dies führt zu einer abnormalen Ablagerung von Phosphaten in Weichteilen, was zu Gefäßstörungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen führen kann..
Phosphor ist ein wesentliches Element für Pflanzen und Tiere. Es ist einer der drei Hauptnährstoffe von Pflanzen, die für ihr Wachstum und ihren Energiebedarf notwendig sind. Darüber hinaus ist es Teil von Nukleinsäuren, Phospholipiden, Zwischenprodukten von Stoffwechselprozessen usw..
Bei Wirbeltieren liegt Phosphor in Form von Hydroxylapatit in Knochen und Zähnen vor..
Mit Phosphor wird ein chemischer Zahnschmelz hergestellt, mit dem Schilder auf Aluminium und seinen Legierungen beleuchtet werden. sowie Phosphorkupfer und Bronze.
Es wird auch verwendet, um Brandbomben, Granaten, Rauchbomben und Markierungskugeln herzustellen. Roter Phosphor wird verwendet, um Streichhölzer oder Sicherheitsstreichhölzer herzustellen.
Aus weißem Phosphor werden Organophosphate hergestellt. Darüber hinaus wird es zur Herstellung von Phosphorsäure verwendet.
Eine große Menge des erzeugten Phosphors wird zur Herstellung von Phosphortetraoxid (P) verbrannt4ODER10), erhalten als Pulver oder Feststoff.
Es ist der Rohstoff für die Herstellung verschiedener Phosphorverbindungen. Wirkt als Dotierungsmittel für elektronische Komponenten.
Aufgrund des charakteristischen Geschmacks, den es ihnen verleiht, wird es bei der Herstellung von Erfrischungsgetränken verwendet. Es wirkt auf Phosphatgesteine unter Bildung von Dihydrogencalciumphosphat [Ca (H.zweiPO4)zwei], auch als Superphosphat bekannt, das als Dünger verwendet wird.
Phosphorsäure ist ein konditionierendes Element des Zahnschmelzes, um die Haftung Ihrer Restaurationsmaterialien zu erleichtern. Es wird auch verwendet, gemischt mit Öl, Harnstoff, Teer, Bitumen und Sand, um Asphalt zu bilden; Material für die Reparatur von Landkommunikationswegen.
Organophosphatverbindungen haben zahlreiche Anwendungen; wie zum Beispiel: Flammschutzmittel, Pestizide, Extraktionsmittel, nervenwirksame Mittel und zur Wasseraufbereitung.
Es wird als Dünger, Backpulver, Zusatzstoff für Tierfutter und zur Herstellung von Zahnpasten verwendet.
Es wird in der chemischen Analyse als Dehydratisierungsmittel und in der organischen Synthese als Kondensationsmittel verwendet. Die Verbindung ist hauptsächlich zur Herstellung von Orthophosphorsäure bestimmt.
Wird in Reinigungsmitteln und als Wasserenthärter verwendet, wodurch die Wirkung von Reinigungsmitteln verbessert und Rohrkorrosion verhindert wird.
Wird als Reinigungsmittel und Wasserenthärter verwendet.
Zweibasisches Natriumphosphat (NazweiHPO4) und einbasiges Natriumphosphat (NaHzweiPO4) sind die Bestandteile eines pH-Puffersystems, das sogar auf Lebewesen einwirkt; einschließlich Menschen.
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