من بين العناصر الحيوية ، يجب إعطاء مكان خاص للفوسفور. في الواقع ، بدونها ، فإن وجود مثل هذه المركبات الحيوية ، على سبيل المثال ، ATP أو الفوسفوليبيد ، بالإضافة إلى العديد من المواد العضوية الأخرى ، أمر مستحيل. في الوقت نفسه ، فإن المادة غير العضوية لهذا العنصر غنية جدًا بالعديد من الجزيئات. يستخدم الفوسفور ومركباته على نطاق واسع في الصناعة ، ويشكلون مشاركين مهمين في العمليات البيولوجية ، ويستخدمون في مختلف فروع النشاط البشري. لذلك ضع في اعتبارك ماهية هذا العنصر ، وما هي مادته البسيطة وأهم مركباته.
الفوسفور: الخصائص العامة للعنصر
يمكن وصف الموضع في الجدول الدوري بعدة نقاط.
- المجموعة الخامسة المجموعة الفرعية الرئيسية
- الفترة الصغيرة الثالثة.
- الرقم الترتيبي - 15.
- الكتلة الذرية 30 ، 974.
- التكوين الإلكتروني للذرة 1s22s22p63s23p3.
- حالات الأكسدة المحتملة من-3 إلى + 5.
- الرمز الكيميائي - P ، النطق في الصيغ "pe". اسم العنصر الفوسفور. الاسم اللاتيني الفوسفور.
يعود تاريخ اكتشاف هذه الذرة إلى القرن الثاني عشر البعيد. حتى في سجلات الخيميائيين كانت هناك معلومات تشير إلى استلام مادة "مضيئة" غير معروفة. ومع ذلك ، فإن التاريخ الرسمي لتركيب واكتشاف الفوسفور كان 1669. قام التاجر المفلس ، بحثًا عن حجر الفيلسوف ، بتخليق مادة قادرة على إصدار وهج وحرق لهب لامع. لقد فعل ذلك عن طريق تكليس البول البشري بشكل متكرر.
بعد ذلك ، بشكل مستقل عن بعضنا البعض ، تم استلام هذا العنصر بنفس الطرق تقريبًا:
- أنا. Kunkel ؛
- ص. بويل ؛
- أ. مارغريف ؛
- ك. سكيل ؛
- أ. لافوازييه
اليوم ، إحدى الطرق الأكثر شيوعًا لتركيب هذه المادة هي التقليل من المعادن التي تحتوي على الفوسفور في درجات حرارة عالية تحت تأثير أول أكسيد الكربون والسيليكا. تتم العملية في أفران خاصة. يعتبر الفوسفور ومركباته من المواد المهمة جدًا للكائنات الحية وللعديد من التركيبات في الصناعة الكيميائية. لذلك ، يجب على المرء أن يفكر في ماهية هذا العنصر باعتباره مادة بسيطة وأين يوجد في الطبيعة.
مادة بسيطة الفوسفور
من الصعب تسمية مركب معين عندما يتعلق الأمر بالفوسفور. هذا يرجع إلى العديدالتعديلات المتآصلة التي يحتوي عليها هذا العنصر. هناك أربعة أنواع رئيسية من مادة الفوسفور البسيطة.
- أبيض. هذا مركب صيغته Р4. وهي مادة بيضاء متطايرة لها رائحة كريهة حادة من الثوم. تشتعل تلقائيًا في الهواء عند درجات الحرارة العادية. يحترق بضوء أخضر شاحب مضيء. شديدة السمية وتهدد الحياة. النشاط الكيميائي مرتفع للغاية ، لذلك يتم الحصول عليه وتخزينه تحت طبقة من الماء النقي. هذا ممكن بسبب ضعف الذوبان في المذيبات القطبية. ثاني كبريتيد الكربون والمواد العضوية هي الأنسب لهذا الفوسفور الأبيض. عند تسخينها ، فإنها قادرة على التحول إلى الشكل التالي المتآصل - الفوسفور الأحمر. عند تكثيف الأبخرة وتبريدها ، فإنها تكون قادرة على تكوين طبقات. زيتي الملمس ، ناعم ، سهل القطع بسكين ، أبيض (مصفر قليلاً). نقطة الانصهار 440ج. يتم استخدامه في التوليفات بسبب نشاطه الكيميائي. لكن بسبب سميتها ، ليس لديها تطبيق صناعي واسع.
- أصفر. إنه شكل من أشكال الفسفور الأبيض الذي يتم تنقيته بشكل سيئ. إنه أكثر سمية ، كما تنبعث منه رائحة كريهة من الثوم. تشتعل وتحترق بلهب أخضر مضيء. هذه البلورات الصفراء أو البنية لا تذوب في الماء على الإطلاق ؛ عندما تتأكسد بالكامل ، فإنها تنبعث منها نفث من الدخان الأبيض بتكوين P4O10
- الفسفور الأحمر ومركباته هي أكثر التعديلات شيوعًا والأكثر استخدامًا لهذه المادة في الصناعة. كتلة حمراء فطيرة ، والتي يمكن أن تتعرض للضغط المتزايدلتمريرها إلى شكل بلورات بنفسجية ، غير نشطة كيميائيا. إنه بوليمر لا يذوب إلا في معادن معينة ولا شيء آخر. عند درجة حرارة 250 0С ، يتسامى ويتحول إلى تعديل أبيض. ليست سامة مثل الأشكال السابقة. ومع ذلك ، فإن التعرض طويل الأمد للجسم سام. يتم استخدامه في وضع طلاء حارق على علب الثقاب. يفسر ذلك حقيقة أنه لا يمكن أن يشتعل تلقائيًا ، لكنه ينفجر (يشتعل) أثناء الدلالة والاحتكاك.
- أسود. وفقًا للبيانات الخارجية ، فهو مشابه جدًا للجرافيت ، كما أنه دهني عند اللمس. إنه أشباه موصلات كهربائية. بلورات داكنة ، لامعة ، والتي لا تذوب في أي مذيبات على الإطلاق. لكي تشتعل فيها النيران ، يلزم درجات حرارة عالية جدًا وتدفئة أولية.
المثير للاهتمام أيضًا هو الشكل الذي تم اكتشافه مؤخرًا من الفوسفور - المعدني. إنه موصل وله شبكة بلورية مكعبة.
الخصائص الكيميائية
تعتمد الخصائص الكيميائية للفوسفور على شكله. كما ذكر أعلاه ، التعديل الأكثر نشاطًا باللونين الأصفر والأبيض. بشكل عام ، الفوسفور قادر على التفاعل مع:
- معادن تشكل الفوسفات وتعمل كعامل مؤكسد ؛
- اللافلزية ، تعمل كعامل اختزال وتشكل مركبات متطايرة وغير متطايرة من مختلف الأنواع ؛
- عوامل مؤكسدة قوية تتحول إلى حمض الفوسفوريك
- مع القلويات الكاوية المركزة حسب النوععدم التناسب ؛
- بالماء عند درجة حرارة عالية جدًا ؛
- بالأكسجين لتكوين أكاسيد مختلفة.
الخصائص الكيميائية للفوسفور مماثلة لخصائص النيتروجين. بعد كل شيء ، هو جزء من مجموعة pnictogen. ومع ذلك ، فإن النشاط أعلى بعدة مرات بسبب تنوع التعديلات المتآصلة.
التواجد في الطبيعة
كمغذي ، الفوسفور وفير جدا. نسبته في القشرة الأرضية 0.09٪. هذا مؤشر كبير إلى حد ما. أين توجد هذه الذرة في الطبيعة؟ هناك العديد من الأماكن الرئيسية لتسمية:
- جزء أخضر من النباتات وبذورها وثمارها ؛
- أنسجة حيوانية (عضلات ، عظام ، مينا الأسنان ، العديد من المركبات العضوية المهمة) ؛
- قشرة ؛
- التربة ؛
- صخور و معادن
- مياه البحر.
في هذه الحالة ، يمكننا التحدث فقط عن الأشكال ذات الصلة ، ولكن ليس عن مادة بسيطة. بعد كل شيء ، إنه نشط للغاية ، وهذا لا يسمح له بالحرية. من بين المعادن الأغنى بالفوسفور:
- الإنجليزية ؛
- فلورا كابتيت ؛
- سفانبرغيت ؛
- فوسفوريت و غيرها
لا يمكن المبالغة في الأهمية البيولوجية لهذا العنصر. بعد كل شيء ، هو جزء من مركبات مثل:
- بروتينات
- الفوسفوليبيد ؛
- DNA ؛
- RNA ؛
- بروتينات فوسفورية ؛
- إنزيمات.
أي كل ما هو حيوي ومنه تم بناء الكائن الحي بأكمله. البدل اليومي لشخص بالغ متوسط حوالي 2 جرام
الفوسفور ومركباته
كونه نشيطًا جدًا ، يشكل هذا العنصر العديد من المواد المختلفة. بعد كل شيء ، فإنه يشكل أيضًا الفوسفيدات ، ويعمل في حد ذاته كعامل مختزل. نتيجة لذلك ، من الصعب تسمية عنصر يكون خاملاً عند التفاعل معه. لذلك ، فإن صيغ مركبات الفوسفور متنوعة للغاية. هناك عدة فئات من المواد في تكوينها يكون مشاركًا نشطًا فيها.
- مركبات ثنائية - أكاسيد ، فوسفيدات ، مركب هيدروجين متطاير ، كبريتيد ، نيتريد وغيرها. على سبيل المثال: P2O5 ، PCL3 ، P2S3، PH3وغيرها.
- المواد المعقدة: أملاح بأنواعها (متوسطة ، حمضية ، أساسية ، مزدوجة ، معقدة) ، أحماض. مثال: N3PO4 ، Na3PO4 ، H4P2O6، Ca (H2 PO4 )2 ، (NH4 )2 HPO4وغيرها.
- المركبات العضوية المحتوية على الأكسجين: البروتينات ، الدهون الفوسفورية ، ATP ، DNA ، RNA وغيرها.
معظم الأنواع المحددة من المواد ذات أهمية صناعية وبيولوجية كبيرة. يمكن استخدام الفوسفور ومركباته للأغراض الطبية وتصنيع الأدوات المنزلية العادية.
مركبات بالمعادن
تسمى المركبات الثنائية من الفوسفور مع المعادن وأقل كهربيًا من غير المعادن بالفوسفيدات. هذه مواد شبيهة بالملح تكون غير مستقرة للغاية عند تعرضها لعوامل مختلفة. يؤدي التحلل السريع (التحلل المائي) حتىماء عادي.
بالإضافة إلى ذلك ، تحت تأثير الأحماض غير المركزة ، تتحلل المادة أيضًا إلى المنتجات المقابلة. على سبيل المثال ، إذا تحدثنا عن التحلل المائي لفوسفيد الكالسيوم ، فإن المنتجات ستكون هيدروكسيد المعادن والفوسفين:
Ca3P2+ 6H2O=3Ca (OH) 2+ 2PH3↑
ومن خلال تعريض الفوسفيد للتحلل تحت تأثير حمض معدني ، نحصل على الملح والفوسفين المقابل:
Ca3P2+ 6HCL=3CaCL2+ 2PH3↑
بشكل عام ، تكمن قيمة المركبات قيد الدراسة تحديدًا في حقيقة أنه نتيجة لتكوين مركب هيدروجين من الفوسفور ، سيتم النظر في خصائصه أدناه.
مواد متطايرة تعتمد على الفوسفور
هناك نوعان رئيسيان:
- الفوسفور الأبيض ؛
- فوسفين.
لقد ذكرنا بالفعل أول واحد أعلاه وقدمنا الخصائص. قالوا إنه دخان أبيض كثيف ، شديد السمية ، كريه الرائحة ، واشتعال ذاتي في الظروف العادية.
لكن ما هو الفوسفين؟ هذه هي المادة المتطايرة الأكثر شيوعًا والأكثر شهرة ، والتي تشمل العنصر المعني. إنه ثنائي ، والمشارك الثاني هو الهيدروجين. صيغة مركب الهيدروجين من الفوسفور هي الرقم الهيدروجيني3، الاسم هو الفوسفين.
يمكن وصف خصائص هذه المادة على النحو التالي.
- غاز عديم اللون متطاير
- سام جدا.
- تنبعث منه رائحة السمك الفاسد.
- لا يتفاعل مع الماء ويذوب فيه بشكل سيء جدا. قابل للذوبان فيه بشكل جيدالمواد العضوية.
- في ظل الظروف العادية ، رد الفعل للغاية.
- إشعال ذاتي في الهواء.
- ينتج من تحلل الفوسفيدات المعدنية.
اسم آخر هو الفوسفان. قصص من العصور القديمة مرتبطة به. الأمر كله يتعلق بـ "الأضواء المتجولة" التي يراها الناس أحيانًا ويشاهدونها الآن في المقابر والمستنقعات. كانت الأضواء الكروية أو الشبيهة بالشموع التي تظهر هنا وهناك ، وتعطي انطباعًا بالحركة ، تُعتبر نذير شؤم وكان المؤمنون بالخرافات خائفين جدًا منها. يمكن اعتبار سبب هذه الظاهرة ، حسب الآراء الحديثة لبعض العلماء ، هو الاحتراق التلقائي للفوسفين ، والذي يتكون بشكل طبيعي أثناء تحلل المخلفات العضوية ، النباتية والحيوانية على حد سواء. يخرج الغاز ويشتعل عند ملامسته للأكسجين الموجود في الهواء. قد يختلف لون وحجم اللهب. غالبًا ما تكون هذه الأضواء الساطعة المخضرة.
من الواضح أن جميع مركبات الفوسفور المتطايرة هي مواد سامة يسهل اكتشافها برائحة كريهة حادة. تساعد هذه العلامة على تجنب التسمم والعواقب غير السارة.
مركبات مع اللافلزات
إذا كان الفوسفور يعمل كعامل مختزل ، فيجب أن نتحدث عن المركبات الثنائية مع اللافلزات. في أغلب الأحيان يكونون أكثر كهرسلبية. لذلك يمكننا التمييز بين عدة أنواع من المواد من هذا النوع:
- مركب من الفوسفور والكبريت - كبريتيد الفوسفور P2S3؛
- كلوريد الفوسفور III ، V ؛
- أكاسيد و أنهيدريد ؛
- بروميد و يوديد والآخرين.
كيمياء الفوسفور ومركباته متنوعة ، لذلك يصعب تحديد أهمها. إذا تحدثنا على وجه التحديد عن المواد التي تتكون من الفوسفور وغير الفلزات ، فإن الأكاسيد والكلوريدات ذات التركيبات المختلفة لها أهمية قصوى. يتم استخدامها في التوليفات الكيميائية كعوامل نزع الماء ، كمحفزات ، وما إلى ذلك.
إذن ، أحد أقوى عوامل التجفيف هو أعلى أكسيد الفوسفور - P2O5. إنه يجذب الماء بقوة لدرجة أنه عند الاتصال المباشر به ، يحدث تفاعل عنيف مصحوبًا بضوضاء قوية. المادة نفسها عبارة عن كتلة بيضاء شبيهة بالثلج ، أقرب إلى غير متبلور في حالة تجمعها.
مركبات عضوية مؤكسجة بالفوسفور
من المعروف أن الكيمياء العضوية تفوق بكثير الكيمياء غير العضوية من حيث عدد المركبات. يفسر ذلك ظاهرة التماثل وقدرة ذرات الكربون على تكوين سلاسل من ذرات من هياكل مختلفة ، متقاربة مع بعضها البعض. بطبيعة الحال ، هناك ترتيب معين ، أي التصنيف ، تخضع له جميع الكيمياء العضوية. تختلف فئات الاتصال ، ومع ذلك ، فنحن مهتمون بفئة واحدة محددة مرتبطة مباشرة بالعنصر المعني. هذه مركبات تحتوي على الأكسجين مع الفوسفور. وتشمل هذه:
- أنزيمات مساعدة - NADP ، ATP ، FMN ، فوسفات البيريدوكسال وغيرها ؛
- بروتينات
- أحماض نووية ، لأن بقايا حمض الفوسفوريك هي جزء من النيوكليوتيدات ؛
- الدهون الفوسفورية والبروتينات الفوسفورية ؛
- الانزيمات و المحفزات
نوع أيون فيهيشارك الفوسفور في تكوين جزيء من هذه المركبات ، والتالي هو PO43-، أي أنه بقايا حمضية من حامض الفوسفوريك. إنه موجود في بعض البروتينات كذرة حرة أو أيون بسيط.
من أجل الأداء الطبيعي لكل كائن حي ، يعد هذا العنصر والمركبات العضوية التي يتكون منها أمرًا بالغ الأهمية وضرورية. في الواقع ، بدون جزيئات البروتين ، من المستحيل بناء جزء هيكلي واحد من الجسم. والحمض النووي والحمض النووي الريبي هما الناقلان والمرسلان الرئيسيان للمعلومات الوراثية. بشكل عام ، يجب أن تكون جميع الاتصالات موجودة دون فشل.
استخدام الفوسفور في الصناعة
يمكن وصف استخدام الفوسفور ومركباته في الصناعة بعدة نقاط.
- تستخدم في صناعة الكبريت ، المركبات المتفجرة ، القنابل الحارقة ، بعض أنواع الوقود ، مواد التشحيم.
- كممتص غاز وفي صناعة المصابيح المتوهجة.
- لحماية المعادن من التآكل.
- في الزراعة كسماد التربة
- كمنقي للمياه
- في التركيبات الكيميائية في إنتاج المواد المختلفة.
يتم تقليل الدور في الكائنات الحية إلى المشاركة في تكوين مينا الأسنان والعظام. المشاركة في تفاعلات ana- وتقويض ، وكذلك الحفاظ على التخزين المؤقت للبيئة الداخلية للخلية والسوائل البيولوجية. إنه الأساس في تخليق DNA و RNA و phospholipids.
