Fosfor, Phosphorus P

1. Fosfor, Phosphorus P Michaela Loyová

2. Fyzikálnea chemickévlastnosti • Fosfor existuje v 3 modifikáciách: • Biely fosfor (elementárny fosfor)- biela, mäkká látka. Je toxický, chemicky veľmi reaktívny, v styku so vzduchom samozápalný. Uchováva sa preto pod vodou. Je to nestabilná modifikácia fosforu. • Červený fosfor, ktorý je stabilnou modifikáciou tohto prvku, vzniká pomalou samovoľnou premenou bieleho fosforu. Premenu možno urýchliť zahrievaním alebo katalyticky. Je zložený z polymérnych reťazcov, v ktorých sú atómy P viazané kovalentne. Vytvára reťazce. • Čierny fosfor (kryštalický), ktorý má polokovové vlastnosti, vzniká z bieleho fosforu pôsobením veľmi vysokého tlaku, pri zvýšenej teplote (bez prístupu vzduchu). Je najmenej reaktívny.

3. Výskyt • Fosfor patrí medzi menej rozšírené prvky na Zemi. Viazaný v zlúčeninách tvorí približne 0,09% hmotnosti litosféry. Vyskytuje sa najmä ako apatit Ca5F(PO4)3 alebo hydroxylapatit Ca5(OH)(PO4)3, prípadne fosforit Ca3(PO4)2 s prímesou apatitov. • Patrí medzi najvýznamnejšie biogénne prvky. Je nevyhnutný pre rastlinné i živočíšne organizmy, tvorí podstatnú časť nukleotidov , napr. adenozíntrifosfátu (ATP). Je prítomný v mnohých koenzýmoch a spolu s vápnikom tvorí podstatnú časť kostry živočíchov

4. Výroba • Z apatitu redukciou uhlíkom za prítomnosti SiO2 • Elementárny fosfor sa vyrába redukciou fosforečnanu vápenatého uhlíkom pri vysokej teplote (elektrická pec, inertná atmosféra) za prítomnosti oxidu kremičitého: 2 Ca3(PO4)2 + 10 C + 6 SiO2→ P4 + 10 CO + 6 CaSiO3 • Za týchto podmienok sa fosfor uvoľňuje z reakčnej zmesi v plynnom skupenstve. Odvádzané pary fosforu kondenzujú po ochladení na biely fosfor.

5. Zlúčeniny fosforu

6. Zlúčeniny s vodíkom • Fosfor vytvára s vodíkom viaceré zlúčeniny; významnejšie sú PH3 a P2H6. • FosfánPH3 vzniká rozkladom fosfidov kovových prvkov vodou, ako aj oxidačno-redukčnou disproporcionáciou P4 (prípadne zlúčenín PI alebo PIII): Ca3P2 + 6 H2O → 3 Ca(OH)2 + 2 PH3 P4 + 3 NaOH + 3 H2O → PH3 + 3 NaH2PO2 2 H3PIO2→ P-IIIH3 + H3PVO4 Molekuly fosfánu majú podobný tvar ako molekuly amoniaku. Fosfán je však menej stály a je slabšou zásadou ako NH3. so silnými kyselinami vytvára soli fosfónia, ktoré vo vodných roztokoch hydrolyzujú. • Difosfán P2H4 vzniká spolu s fosfánom pri rozklade fosfidov kovových prvkov účinkom vody. Má podobný tvar molekúl ako hydrazín, nemá však zásadité vlastnosti.

7. Zlúčeniny s halogénmi • Fosfor vytvára s halogénmi zlúčeniny typu: PX3 a P2X4 • Halogenidy fosforité PX3 vznikajú priamym zlučovaním prvkov. PF3 možno pripraviť reakciou PCl3 s AsF3. V styku s vodou halogenidy fosforité kvantitatívne hydrolyzujú; s halogénmi , kyslíkom a sírou sa oxidujú na príslušné fosforečné zlúčeniny: PCl3 + 3 H2O → H2[HPO3] + 3 HCl • Halogenidy fosforečné sa pripravujú oxidáciou halogenidov fosforitých príslušným halogénom. Ak sú halogenidy fosforečné v plynnom skupenstve, obsahujú molekuly s trigonálne bipyramídovým tvarom. V tuhom skupenstve sa naopak vyznačujú ,,iónovým zložením“. V styku s vodou halogenidy fosforečné hydrolyzujú, pričom vznikajú halogenid-oxidy fosforečné alebo až kyselina trihydrogenfosforečná. PCl5 + 4 H2O → H3PO4 + 5 HCl • Halogenid-oxidy fosforečné (halogenidy fosforylu) POX3 možno považovať za halogenidy kyseliny trihydrogenfosforečnej.

8. Oxidy aoxokyseliny • Fosfor vytvára oxidy ale aj bohatý súbor oxokyselín a rôzne polyfosforečné kyseliny. • Oxid fosforitý (P2O3)2, resp. P4O6 vzniká nedokonalým spaľovaním fosforu. Je anhydridom kyseliny fosforitej, na ktorú sa mení pri reakcii so studenou vodou. Ak reaguje s horúcou vodou, nastáva komplikovaná oxidačno-redukčná disproporcionácia; vzniká fosfán, červený fosfora kyselina fosforečná. Pri zahrievaní sa oxiduje atmosférickým dikyslíkom na oxid fosforečný. Zahriatím bez prístupu vzduchu sa oxid fosforitý rozkladá, pričom vzniká červený fosfor a oxid fosforičitý. • Oxid fosforičitý (PO2)n má polymérnu štruktúru a nie je anhydridom kyseliny fosforičitej. • Oxid fosforečný (P2O5)2, resp. P4O10 sa vyrába spaľovaním fosforu s nadbytkom vzduchu. Jeho molekuly majú podobnú štruktúru ako oxid fosforitý, len atómy fosforu viažu kovalentne ďalší atóm kyslíka využitím pôvodne voľného elektrónového páru. Je anhydridom fosforečných kyselín. Prudko sa zlučuje s vodou, používa sa ako vysušovadlo a je východiskovou látkou pri výrobe mnohých zlúčenín fosforu.

9. Kyselina fosforná H(H2PO2) – kyselina hydrogen-dihydrido-dioxofosforečná – je jednosýtna kyselina, lebo vodíkové atómy viazané priamo na atóm P nie sú ,,kyslé“. Je stredne silnou kyselinou a má redukčné vlastnosti. Pripravuje sa oxidačno-redukčnou disproporcionáciou P4 v zásaditých roztokoch, pričom vznikajú jej soli: P4 + 3 NaOH → PH3 + 3 Na(H2PO2) • Kyselina fosforitá H2(HPO3) – dihydrogen-hydrido-trioxofosforečná – je stredne silná dvojsýtna kyselina. Vzniká účinkom studenej vody na oxid fosforitý, alebo hydrolýzou halogenidov fosforitých. P4O6 + 6 H2O → 4 H2(HPO3) PCl3 + 3 H2O → H2(HPO3) + 3 HCl • Kyselina tetrahydrogendifosforičitá H4P2O6 sa pripravuje najčastejšie vo forme disodnej soli Na2H2P2O6 oxidáciou červeného fosforu chlórnanom sodným v zásaditom roztoku.

10. Kyseliny fosforečné možno pokladať za produkty reakcií oxidu fosforečného s rôznymi množstvami vody. Pri nadbytku vody prechádzajú všetky formy fosforečných kyselín na kyselinu trihydrogenfosforečnú. Kyselina trihydrogenfosforečná H3PO4 je stredne silná kyselina, ktorá vytvára tri rady solí: Fosforečnany Hydrogenfosforečnany Dihydrogenfosforečnany Fosforečnany alkalických kovov (okrem Li3PO4) a fosforečnan amónny sú dobre rozpustné vo vode . Fosforečnany ostatných kovových prvkov sú len málo rozpustné vo vode. Rozpustnejšie vo vode sú dihydrogenfosforečnany. Bezvodá kyselina fosforečná je bezfarebná kryštalická látka, veľmi dobre rozpustná vo vode. Kyselina tetrahydrogendifosforečná H4P2O7 vzniká čiastočnou tepelnou dehydratáciou bezvodej kyseliny trihydrogénfosforečnej alebo neúplnou hydratáciou P4O10. Je to štvorsýtna kyselina, ktorá vytvára dva rady solí:difosforečnany Dihydrogendifosforečnany Soli polyfosforečných kyselín - polyfosforečnany

11. Kyselina hydrogenfosforečná (HPO3)n vznikla ďalšou tepelnou dehydratáciou kyseliny tetrahydrogendifosforečnej ako bezfarebná sklovitá látka. Známe sú štruktúry niekoľkých solí kyseliny hydrogenfosforečnej, vyznačujúce sa spojením troch alebo štyroch tertaédrov –PO4– do kruhu cez mostíkové kyslíkové atómy, napr. cyklo-trifosforečnan trisodný Na3P3O9 alebo cyklo-tetrafosforečnan trisodný Na4P4O12. Známe sú však aj metafosforečnany – tvoria rôzne dlhé reťazce. Patria sem i tzv. metafosfáty využívané v praxi na zmäkčovanie vody. Mono-, di- alebo trifosforečnany, viazané esterovou väzbou v nukleotidoch, fosfolipidoch a pod., majú biologický význam.

12. Koniec