Курсовая работа: Геоэкологическая характеристика фосфора

Молекулы, в которых центральный атом имеет координационное число 4 или 6 обычно сохраняют устойчивую форму тетраэдра или октаэдра. Однако в пентакоординационных соединениях лиганды непрерывно меняют свое положение. По этой причине пятикоординационные соединения фосфора (а также многие другие, отличающиеся аналогичным типом химического поведения) принято называть конфигурационно-неустойчивыми. Для объяснения непрерывной смены положения лигандов в тригональной бипирамиде предложен механизм псевдовращения - обратимый переход между конфигурациями тригональной бипирамиды и тетрагональной пирамиды:

В процессе этого мнимого вращения один из экваториальных заместителей, называемый опорным лигандом (в нашем случае обозначен цифрой 5) остается в экваторальном положении, в то время как другие лиганды формируют собой основание воображаемой тетрагональной пирамиды за счет искажения валентных углов. Валентный угол между связями 1-Р-2 уменьшается от 180 до 120⁰ , а между связями 3-Р-4 увеличивается от 120 до 180⁰ , т.е. апикальные лиганды 1 и 2 в конце концов займут экваториальные, а экваториальные лиганды 3 и 4 - апикальные положения. В результате образуется диастереомер исходной системы, т.е. происходит кажущийся поворот лигандов на 90⁰ относительно опорного лиганда 5.

Псевдовращение происходит потому, что энергетическая разница между конфигурациями D_3h и C_4v в пентакоординационных соединениях фосфора очень невелика.

3.7. Изотопы фосфора

Природный фосфор в отличие от подавляющего большинства элементов состоит только из одного изотопа ³¹ Р. В ядерных реакциях синтезировано несколько короткоживущих радиоактивных изотопов элемента №15. Один из них – фосфор-30 оказался вообще первым изотопом, полученным искусственным путем. Это его получили в 1934 г. Фредерик и Ирен Жолио-Кюри при облучении алюминия альфа-частицами. Фосфор-30 имеет период полураспада 2,55 минуты и, распадаясь, излучает позитроны («положительные электроны»). Сейчас известны шесть радиоактивных изотопов фосфора. Наиболее долгоживущий из них ³³ Р имеет период полураспада 25 дней. Изотопы фосфора применяются главным образом в биологических исследованиях.

4. СОЕДИНЕНИЯ ФОСФОРА

4.1. Неорганические соединения фосфора и их свойства

4.1.1. Галогениды и оксиды фосфора

Хлорид фосфора (III) PCl₃ – жидкость, кипящая при 75° С. Под действием воды полностью разлагается на HCl и фосфорную кислоту H₃ PO₃ .

Хлорид фосфора (V) PCl₅ – твердое белое вещество. Получается при пропускании хлора в PCl₃ . Водой разлагается на HCl и фосфорную кислоту H₃ PO₄ .

Аналогичные соединения образуются с бромом, иодом и фтором, но соединение PI₅ неизвестно.

Оксид фосфора(III) P₂ O₃ (устар. фосфористый ангидрид) – белое кристаллическое вещество, плавящееся при 23,8° С. Образуется при медленном окислении или горении фосфора при ограниченном доступе кислорода. Молекулярная формула при низких температурах – P₄ O₆ . Медленно реагирует с холодной водой с образованием фосфористой кислоты H₃ PO₃ , P₂ O₃ , и H₃ PO₃ – сильные восстановители.

Химические свойства оксида фосфора III

1. Все свойства кислотных оксидов.

P₂ O₃ + 3H₂ O = 2H₃ PO₃

2. Сильный восстановитель

O₂ + P₂ ⁺³ O₃ = P₂ ⁺⁵ O₅

Фосфорный ангидрид P₂ ⁺⁵ O₅ (оксид фосфора (V)).

Белые кристаллы, t°пл.= 570°С, t°кип.= 600°C, r = 2,7 г/см³ . Имеет несколько модификаций. В парах состоит из молекул P₄ H₁₀ , очень гигроскопичен (используется как осушитель газов и жидкостей).

Получение

4P + 5O₂ = 2P₂ O₅

Химические свойства фосфорного ангидрида

Все химические свойства кислотных оксидов: реагирует с водой, основными оксидами и щелочами

1) P₂ O₅ + H₂ O = 2HPO₃ (метафосфорная кислота)

P₂ O₅ + 2H₂ O = H₄ P₂ O₇ (пирофосфорная кислота)

P₂ O₅ + 3H₂ O = 2H₃ PO₄ (ортофосфорная кислота)

2) P₂ O₅ + 3BaO = Ba₃ (PO₄ )₂

3) P₂ O₅ + 6KOH = 2K₃ PO₄ + 3H₂ O

P₂ O₅ - сильное водоотнимающее средство:

4) P₂ O₅ + 2HNO₃ = 2HPO₃ + N₂ O₅

P₂ O₅ + 2HClO₄ = 2HPO₃ + Cl₂ O₇

4.1.2. Фосфорные кислоты

Свойства основных кислот

HP⁺⁵ O₃ Метафосфорная кислота

Получение

P₂ O₅ + H₂ O = 2HPO₃

Соли метафосфорной кислоты - метафосфаты (KPO₃ – метафосфат калия)

Химические свойства

Характерны все свойства кислот.

H₃ P⁺⁵ O₃ Фосфористая кислота

Бесцветное кристаллическое вещество; t°пл.= 74°С, хорошо растворимое в воде.

Получение

PCl₃ + 3H₂ O = H₃ PO₃ + 3HCl

Химические свойства

1) Водный раствор H₃ PO₃ - двухосновная кислота средней силы (соли – фосфиты):

H₃ PO₃ + 2NaOH = Na₂ HPO₃ + 2H₂ O

2) При нагревании происходит превращение в ортофосфорную кислоту и фосфин:

4H₃ PO₃ = 3H₃ PO₄ + PH₃

3) Восстановительные свойства:

H₃ PO₃ + HgCl₂ + H₂ O = H₃ PO₄ + Hg + 2HCl