stringtranslate.com

Белый фосфор

Белый фосфор , желтый фосфор или просто тетрафосфор (P4 ) является аллотропом фосфора . Это полупрозрачное воскообразное твердое вещество, которое быстро желтеет на свету (из-за его фотохимического превращения в красный фосфор ), [1] и нечистый белый фосфор по этой причине называется желтым фосфором. Белый фосфор является первым аллотропом фосфора и фактически первым обнаруженным элементарным веществом , которое не было известно с древних времен. [2] Он светится зеленоватым цветом в темноте (при воздействии кислорода) и является легковоспламеняющимся и пирофорным ( самовоспламеняющимся) при контакте с воздухом. Он токсичен , вызывая серьезное повреждение печени при приеме внутрь и фосфорную болезнь челюсти при хроническом приеме внутрь или вдыхании. Запах сгорания этой формы имеет характерный чесночный запах, и образцы обычно покрыты белым « дифосфорным пентаоксидом », который состоит из тетраэдров P4O10 с кислородом, вставленным между атомами фосфора и в их вершинах. Белый фосфор лишь немного растворим в воде и может храниться под водой . P4 растворим в бензоле , маслах , сероуглероде и дихлориде серы .

Структура

Кристаллическая структура белого фосфора

Белый фосфор существует в виде молекул из четырех атомов фосфора в тетраэдрической структуре, соединенных шестью одинарными связями фосфор-фосфор . Тетраэдрическое расположение приводит к кольцевой деформации и нестабильности. [3] Хотя оба называются «белым фосфором», на самом деле известны две различные кристаллические аллотропы, обратимо взаимозаменяемые при 195,2 К. [4] Стандартное состояние элемента — объемно-центрированная кубическая α-форма, которая фактически метастабильна при стандартных условиях . [3] Считается, что β-форма имеет гексагональную кристаллическую структуру. [4]

Расплавленный и газообразный белый фосфор также сохраняет тетраэдрические молекулы до 800 °C (1500 °F; 1100 K), когда он начинает разлагаться на P
2
Молекулы. [5 ] P
4
Молекула в газовой фазе имеет длину связи PP r g = 2,1994(3) Å, как было определено с помощью газовой электронной дифракции . [6] β-форма белого фосфора содержит три слегка отличающихся P
4
молекулы, т.е. 18 различных длин связи PP — между 2,1768(5) и 2,1920(5) Å. Средняя длина связи PP составляет 2,183(5) Å. [5]

Химические свойства

Несмотря на то, что белый фосфор не является наиболее стабильным аллотропом фосфора, его молекулярная природа позволяет легко очищать его. Таким образом, он определяется как имеющий нулевую энтальпию образования .

В основании белый фосфор спонтанно диспропорционирует на фосфин и различные соли фосфорной оксикислоты . [7]

Многие реакции белого фосфора включают в себя внедрение в связи PP, например, реакция с кислородом, серой, трибромидом фосфора и ионом NO + .

Он самопроизвольно воспламеняется на воздухе при температуре около 50 °C (122 °F) и при гораздо более низких температурах, если его тонко измельчить (из-за понижения температуры плавления ). Фосфор реагирует с кислородом, обычно образуя два оксида в зависимости от количества доступного кислорода: P 4 O 6 ( триоксид фосфора ) при реакции с ограниченным запасом кислорода и P 4 O 10 при реакции с избытком кислорода. В редких случаях также образуются P 4 O 7 , P 4 O 8 и P 4 O 9 , но в небольших количествах. Это горение дает оксид фосфора(V):

П 4 + 5 О 2 → П 4 О 10

Производство и применение

Белый аллотроп может быть получен несколькими способами. В промышленном процессе фосфатная порода нагревается в электрической или топливной печи в присутствии углерода и кремния . [8] Затем элементарный фосфор выделяется в виде пара и может быть собран под фосфорной кислотой . Идеализированное уравнение для этой карботермической реакции показано для фосфата кальция (хотя фосфатная порода содержит значительные количества фторапатита , который также образует тетрафторид кремния ):

2 Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6 SiO 2 + 10 C → 6 CaSiO 3 + 10 CO + P 4

Таким образом, в 1988 году было произведено около 750 000 тонн. [9]

Большая часть (83% в 1988 году) белого фосфора используется в качестве предшественника фосфорной кислоты, половина которой используется для пищевых продуктов или медицинских изделий, где важна чистота. Другая половина используется для моющих средств. Большая часть оставшихся 17% в основном используется для производства хлорированных соединений трихлорида фосфора , оксихлорида фосфора и пентахлорида фосфора : [10]

P4 + 10Cl24PCl5

Другие продукты, полученные из белого фосфора, включают пентасульфид фосфора и различные фосфиды металлов. [9]

Другие аналоги полиэдранов

Хотя белый фосфор образует тетраэдр , простейший возможный платоновский углеводород , другие полиэдрические фосфорные кластеры неизвестны. [11] Белый фосфор превращается в термодинамически более стабильный красный аллотроп, но этот аллотроп не является изолированным полиэдром.

Кубан , в частности, вряд ли образуется, [11] и наиболее близким к нему является полуфосфорное соединение P 4 (CH) 4 , полученное из фосфаалкинов . [12] Другие кластеры более термодинамически выгодны, и некоторые из них были частично образованы как компоненты более крупных полиэлементных соединений. [11]

Безопасность

Белый фосфор довольно токсичен, смертельная доза составляет 50-100 мг (1 мг/кг веса тела). Считается, что его способ действия связан с его восстановительными свойствами. Он метаболизируется в фосфат, который нетоксичен. [9]

Белый фосфор используется как оружие, потому что он пирофорен. По тем же причинам он опасен в обращении. Принимаются меры для защиты образцов от воздуха. Анекдотический отчет о проблемах для пляжников , которые могут собирать выброшенные на берег образцы, не зная об их истинной природе. [13] [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Белый фосфор". Американское химическое общество . Получено 2024-08-10 .
  2. ^ Уикс, Мэри Эльвира (1932). «Открытие элементов. II. Элементы, известные алхимикам». Журнал химического образования . 9 (1): 11. Bibcode : 1932JChEd...9...11W. doi : 10.1021/ed009p11.
  3. ^ ab Housecroft, CE; Sharpe, AG (2004). Неорганическая химия (2-е изд.). Prentice Hall. стр. 392. ISBN 978-0-13-039913-7.
  4. ^ ab Durif, A.; Averbuch-Pouchot, MT (1996). Темы в химии фосфатов . Сингапур [ua]: World Scientific. стр. 3. ISBN 978-981-02-2634-3.
  5. ^ Аб Саймон, Арндт; Боррманн, Хорст; Хорах, Йорг (1997). «О полиморфизме белого фосфора». Химише Берихте . 130 (9): 1235–1240. дои : 10.1002/cber.19971300911.
  6. ^ Cossairt, Brandi M.; Cummins, Christopher C.; Head, Ashley R.; Lichtenberger, Dennis L.; Berger, Raphael JF; Hayes, Stuart A.; Mitzel, Norbert W.; Wu, Gang (2010-06-01). "О молекулярных и электронных структурах AsP3 и P4". Журнал Американского химического общества . 132 (24): 8459–8465. doi :10.1021/ja102580d. ISSN  0002-7863. PMID  20515032.
  7. ^ Энгель, Роберт; Коэн, Хайме Ли Иолани (2004). Синтез углерод-фосфорных связей (2-е изд.). Бока-Ратон: CRC Press . §2.3. ISBN 0-8493-1617-0. LCCN  2003060796.
  8. ^ Трелфолл, Р. Э. (1951). 100 лет производства фосфора: 1851–1951 . Oldbury: Albright and Wilson Ltd.
  9. ^ abc Дисковски, Герберт; Хофманн, Томас (2000). "Фосфор". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . doi :10.1002/14356007.a19_505. ISBN 978-3-527-30385-4.
  10. ^ Химия Часть I Класс XII (PDF) (Переиздание). Индия: NCERT. Январь 2019. стр. 177. ISBN 978-81-7450-648-1.
  11. ^ abc Corbridge, D. E. C. (1995) «Фосфор: очерк его химии, биохимии и технологии» 5-е издание Elsevier: Амстердам. § 4.1.12. ISBN 0-444-89307-5
  12. ^ Streubel, Rainer (1995). «Циклоолигомеры фосфаталкинов: от димеров к гексамерам — первые шаги на пути к соединениям фосфорно-углеродной клетки». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 34 (4): 436–438. doi :10.1002/anie.199504361.
  13. ^ «Опасное руководство по прочесыванию пляжей».
  14. ^ "Женщина приняла боеприпас времен Второй мировой войны за драгоценный камень на немецком пляже | DW | 05.08.2017". Deutsche Welle .