Обновлено: 03.07.2024

Особенности фосфора, история его открытия, химические свойства и аллотропные изменения. Природные соединения и получение фосфора. Характеристика фосфора в организме человека. Применение в медицине его соединений и особенности их биологической роли.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	06.05.2015
Размер файла	311,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Оглавление

• 1. Особенности фосфора
• 2. История открытия фосфора
• 3. Природные соединения и получение фосфора
  • 4. Химические свойства
  • 7. Химические свойства

  1. Особенности фосфора

  фосфор химический биологический аллотропный

  Фосфор (лат. Phosphorus) P - химический элемент V группы периодической системы Менделеева атомный номер 15, атомная масса 30,97. Наивысшая степень окисления, которую может проявлять фосфор, равна +5. Соединения, содержащие фосфор в степени окисления меньшей, чем +5 проявляют себя как восстановители. В то же время соединения фосфора +5 в растворах окислителями не являются. Кислородные соединения фосфора более устойчивы, чем таковые азота. Водородные же соединения менее стабильны.

  2. История открытия фосфора

  Фосфор был открыт в 1669 г. алхимиком Брандтом, когда он в поисках "философского камня" сильно нагревал сухой остаток мочи с углем без доступа воздуха. Выделенное вещество светилось на воздухе и затем загоралось. За это свойство Брандт дал ему название "фосфор", т.е. носящий свет ("светоносец").

  После открытия еще сто лет фосфор был редким и дорогим веществом, т.к. содержание в моче его ничтожно мало, а добывание сложно. И лишь после 1771 г., когда шведский химик Шееле разработал способ получение фосфора из костей, стало возможным получение его в значительных количествах.

  3. Природные соединения и получение фосфора

  По распространенности в земной коре фосфор опережает азот, серу и хлор. В отличие от азота фосфор, из-за большой химической активности встречается в природе только в виде соединений. Наиболее важные минералы фосфора - апатит Са₅Х(РО₄)₃ (Х - фтор, реже хлор и гидрооксильная группа) и фосфорит основой которого является Са₃(РО₄)₂. Крупнейшее месторождение апатитов находится на Кольском полуострове, в районе Хибинских гор. Залежи фосфоритов находятся в районе гор Каратау, в Московской, Калужской, Брянской областях и в других местах. Фосфор входит в состав некоторых белковых веществ, содержащихся в генеративных органах растений, в нервных и костных тканях организмов животных и человека. Особенно богаты фосфором мозговые клетки.

  В наши дни фосфор производят в электрических печах, восстанавливая апатит углем в присутствии кремнезема:

  Ca₃(PO₄)₂+3SiO₂+5C 3CaSiO₃+5CO +P₂ .

  Пары фосфора при этой температуре почти полностью состоят из молекул Р₂, которые при охлаждении конденсируются в молекулы Р₄.

  4. Химические свойства

  1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 3 3d 0

  Наружный электронный слой содержит 5 электронов. Наличием трех неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне объясняет то, что в нормальном, невозбужденном состоянии валентность фосфора равна 3.

  Но на третьем энергетическом уровне имеются вакантные ячейки d-орбиталей, поэтому при переходе в возбужденное состояние 3S-электроны будут разъединяться, переходить на d подуровень, что приводит к образованию 5-ти неспаренных элементов.

  Таким образом, валентность фосфора в возбужденном состоянии равна 5.

  В соединениях фосфор обычно проявляет степень окисления +5, реже +3, -3.

  1. Реакции с кислородом:

  4P 0 + 5O₂ 2P₂ +5 O₅

  (при недостатке кислорода: 4P 0 + 3O₂ 2P₂ +3 O₃)

  2P 0 + 3Cl₂ 2P +3 Cl₃

  P 0 + 5S P₂ +5 S₅

  (галогениды фосфора легко разлагаются водой, например:

  PCl₃ + 3H₂O H₃PO₃ + 3HCl

  3. С азотной кислотой:

  3P 0 + 5HN +5 O₃ + 2H₂O 3H₃P +5 O₄ + 5N +2 O

  4. С металлами образует фосфиды, в которых фосфор проявляет степень окисления - 3:

  2P 0 + 3Mg Mg₃P₂ -3

  (фосфид магния легко разлагается водой Mg₃P₂ + 6H₂O 3Mg(OH)₂ + 2PH₃ (фосфин))

  3Li + P Li₃P -3

  5. Со щелочью:

  4P + 3NaOH + 3H₂O PH₃­ + 3NaH₂PO₂

  В реакциях (1,2,3) - фосфор выступает как восстановитель, в реакции (4) - как окислитель; реакция (5) - пример реакции диспропорционирования.

  Фосфор может быть как восстановителем, так и окислителем.

  5. Аллотропные изменения

  В свободном состоянии фосфор образует несколько аллотропных видоизменений. Это объясняется тем, что атомы фосфора способны, взаимно соединяясь, образовывать кристаллические решетки различного типа.

  Физические свойства фосфора

  Внешний вид и характерные признаки

  Белый кристаллический порошок, ядовит, самовозгорается на воздухе. При 280--300°С переходит в красный

  Возгоняется около 400°С

  Красный кристаллический или аморфный порошок, неядовит. При 220°С и 12 10 8 Па переходит в черный фосфор. Загорается на воздухе только при поджигании

  При нагревании переходит в красный фосфор

  Графитоподобная структура. При нормальных условиях -- полупроводник, под давлением проводит электрический ток как металл

  Белая модификация фосфора, получающаяся при конденсации паров, имеет молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которой дислоцированы молекулы Р₄ (рис.1). Из-за слабости межмолекулярных сил белый фосфор летуч, легкоплавок, режется ножом и растворяется в неполярных растворителях, например в сероуглероде. Белый фосфор весьма реакционноспособное вещество. Он энергично взаимодействует с кислородом, галогенами, серой и металлами. Окисление фосфора на воздухе сопровождается разогреванием и свечением. Поэтому белый фосфор хранят под водой, с которой он не реагирует. Белый фосфор очень токсичен.

  Около 80% от всего производства белого фосфора идет на синтез чистой ортофосфорной кислоты. Она в свою очередь используется для получения полифосфатов натрия (их применяют для снижения жесткости питьевой воды) и пищевых фосфатов. Оставшаяся часть белого фосфора расходуется для создания дымообразующих веществ и зажигательных смесей.

  Техника безопасности. В производстве фосфора и его соединений требуется соблюдение особых мер предосторожности, т.к. белый фосфор - сильный яд. Продолжительная работа в атмосфере белого фосфора может привести к заболеванию костных тканей, выпадению зубов, омертвению участков челюстей. Воспламеняясь, белый фосфор вызывает болезненные, долго не заживающие ожоги. Хранить белый фосфор следует под водой, в герметичных сосудах. Горящий фосфор тушат двуокисью углерода, раствором CuSO₄ или песком. Обоженную кожу следует промыть раствором KmnO₄ или CuSO₄. Противоядием при отравлении фосфором является 2%-ый раствор CuSO₄.

  При длительном хранении, а также при нагревании белый фосфор переходит в красную модификацию (впервые его получили лишь 1847 году). Название красный фосфор относится сразу к нескольким модификациям, различающихся по плотности и окраске: она колеблется от оранжевой до темно-красной и даже фиолетовой. Все разновидности красного фосфора нерастворимы в органических растворителях, и по сравнению с белым фосфором они менее реакционноспособны и имеют полимерное строение: это тетраэдры Р₄, связанные друг с другом в бесконечные цепи (рис.2).

  Красный фосфор находит применение в металлургии, производстве полупроводниковых материалов и ламп накаливания, используется в спичечном производстве.

  Наиболее стабильной модификацией фосфора является черный фосфор. Его получают аллотропным превращением белого фосфора при t=220 0 C и повышенным давлением. По внешнему виду он напоминает графит. Кристаллическая структура черного фосфора слоистая, состоящая из гофрированных слоев (рис.3). Черный фосфор - это наименее активная модификация фосфора. При нагревании без доступа воздуха он, как и красный, переходит в пар, из которого конденсируется в белый фосфор.

  6. Оксид фосфора (V)

  Фосфор образует несколько оксидов. Важнейшим из них является оксид фосфора (V) P₄O₁₀ (Рис.4). Часто его формулу пишут в упрощенном виде - P₂O₅. В структуре этого оксида сохраняется тетраэдрическое расположение атомов фосфора.

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

  Белые кристаллы, t 0 _пл.= 570 0 С, t 0 _кип.= 600 0 C, = 2,7 г/см 3 . Имеет несколько модификаций. В парах состоит из молекул P₄H₁₀, очень гигроскопичен (используется как осушитель газов и жидкостей).

  Получение

  4P + 5O₂ 2P₂O₅

  7. Химические свойства

  1) P₂O₅ + H₂O 2HPO₃ (метафосфорная кислота)

  2) P₂O₅ + 3BaO Ba₃(PO₄)₂

  В зависимости от избытка щелочи образует средние и кислые соли:

  гидрофосфат натрия

  Благодаря исключительной гигроскопичности оксид фосфора (V) используется в лабораторной и промышленной технике в качестве осушающего и дегидратирующего средства. По своему осушающему действию он превосходит все остальные вещества. От безводной хлорной кислоты отнимает химически связанную воду с образованием ее ангидрида:

  Ортофосфорная кислота. Известно несколько кислот, содержащих фосфор. Важнейшая из них -- ортофосфорная кислота Н₃РО₄ (Рис.5).

  Безводная ортофосфорная кислота представляет собой светлые прозрачные кристаллы, при комнатной температуре расплывающиеся на воздухе. Температура плавления 42,35 0 С. С водой фосфорная кислота образует растворы любых концентраций.

  Ортофосфорной кислоте соответствует следующая структурная формула:

  В лаборатории ортофосфорную кислоту получают окислением фосфора 30%-ной азотной кислотой:

  В промышленности ортофосфорную кислоту получают двумя способами: экстракционным и термическим.

  1. В основе экстракционного метода лежит обработка измельченных природных фосфатов серной кислотой:

  Ортофосфорная кислота затем отфильтровывается и концентрируется упариванием.

  2. Термический метод состоит в восстановлении природных фосфатов до свободного фосфора с последующим его сжиганием до Р 4 О 10 и растворением последнего в воде. Производимая по данному методу ортофосфорная кислота характеризуется более высокой чистотой и повышенной концентрацией (до 80% массовых).

  Физические свойства. Ортофосфорная кислота -- твердое, бесцветное, кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде.

  Химические свойства ортофосфорной кислоты представлены в табл.2:

  Химические свойства ортофосфорной кислоты

  Общие с другими кислотами

  1. Водный раствор кислоты изменяет окраску индикаторов. Диссоциация происходит ступенчато:

  Легче всего идет диссоциация по первой ступени и труднее всего - по третьей

  2. Реагирует с металлами, расположенными в вытеснительном ряду до водорода:

  3. Реагирует с основными оксидами:

  4. Реагирует с основаниями и аммиаком; если кислота взята в избытке, то образуются кислые соли:

  гидрофосфат натрия

  дигидрофосфат натрия

  5. Реагирует с солями слабых кислот:

  1. При нагревании постепенно превращается в метафосфорную кислоту:

  двуфосфорная

  2. При действии раствора нитрата серебра (I) появляется желтый осадок:

  3. Ортофосфорная кислота играет большую роль в жизнедеятельности животных и растений. Ее остатки входят в состав аденозинтрифосфорной кислоты АТФ.

  При разложении АТФ выделяется большое количество энергии.

  Ортофосфаты. Ортофосфорная кислота образует три ряда солей. Если обозначить атомы металлов буквами Me, то можно изобразить в общем виде состав ее солей (табл.3).

  Фосфор (Phosphorus, Р) – химический элемент, который играет важную роль макроэлемента в организме человека и берет непосредственное участие в формировании, развитии и поддержании здоровья сердечно-сосудистой системы, головного мозга и опорно-двигательного аппарата.

  
  

  История – краткая справка

  Далее, Р смогли добыть — немецкий химик Иоганн Кункель (Johannes Kunckel), в 1680 г. англо-ирландский химик и физик Роберт Бойль (англ. Robert Boyle), в 1743 г. немецкий химик Андреас Маргграф (Andreas Marggraf) и другие.

  Получить красный фосфор сумел в середине XIX в — А.Шрёттер, что произошло при нагревании белого фосфора без контакта с кислородом.

  Общие данные

  Расположение в периодической таблице Д.И. Менделеева: в старой версии — III период, III ряд, V группа, в новой версии таблицы – 15 группа, 3 период.

  • Атомный номер – 15
  • Атомная масса – 30,973762
  • Электронная конфигурация – [Ne] 3s2 3p3
  • Температура плавления (°С) – 44,15
  • Температура кипения (°С) – 279,85
  • CAS: 7723-14-0

  Физико-химические свойства. Фосфор известен во многих модификациях – белый, красный, желтый, черный, металлический и др., которые еще называются аллотропными. Физические и химические свойства напрямую зависят от его формы, особенно его химическая активность.

  
  

  Белый фосфор – химически активное вещество белого цвета с легкой желтизной или зеленоватостью, схожее на парафин, легко поддается деформации при небольших физических усилиях. Плохо растворим в воде, при контакте с кислородом и светом начинает светиться бледно-зеленым цветом. Небольшое воздействие температуры способно привести к самовозгоранию вещества. Очень ядовит – попадание внутрь всего 0,05-0,15 г вещества может привести к летальному исходу. При контакте с кожей также способен самовоспламеняться, после чего оставляет сильные ожоги.

  Красный фосфор – более устойчивая форма элемента к термическому воздействию, которую получают из его белой формы. Окрашен в красные, фиолетовые цвета с металлическим отблеском. Не растворяется в воде, не светится в темноте, способен самопроизвольно загореться при ударе или трении. Ядовитость в тысячи раз меньше по сравнению с белым. Применяется при изготовлении спичечных коробков – входит в состав терочной поверхности.

  Биологическая роль фосфора в организме

  В организме фосфор присутствует в виде ортофосфорной и пирофосфорной кислот. Этот элемент входит в состав фосфолипидов, АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), фосфопротеидов, нуклеотидов, различных ферментов и коферментов. В костях человека Р находится в форме гидроксилапатита, в зубной эмали – в виде фторапатита.

  
  

  В целом, 1% массы тела человека припадает на фосфор в тех или иных формах, из которых около 85% элемента содержится в составе костей из зубов.

  Регулирование метаболизма фосфорных соединений производят витамин D и гормоны.

  Фосфор выполняет множество важных и полезных функций, среди которых:

  • Формирование, развитие и крепость костей и зубов, предотвращение развития кариеса и остеопороза;
  • Участие в передаче нервных импульсов от нервной системы по всему организму;
  • Поддержание функционирования и здоровья нервной системы;
  • Участие в поддержании сократительной функции мышечных тканей, и соответственно – в работе сердца;
  • Участие в обменных процессах белков, жиров и углеводов;
  • Выполняет роль регулирования окислительно-восстановительных реакций в организме;
  • Поддерживает кислотно-щелочной баланс (рН);
  • Участие в образовании щитовидной железой и надпочечниками ряда гормонов;
  • Повышает благотворное влияние на организм кальция, железа, калия и различных витаминов (А, F, D);
  • В виде фосфорнокислых солей входит в состав мягких тканей головного мозга, и соответственно участвует в его формировании и развитии;
  • Выполняет роль энергетического жизнеобеспечения организма.

  Применение фосфора в других сферах человеческой жизни

  • Белый фосфор используется преимущественно в военном деле – зажигательные бомбы и другие виды оружия.
  • Красный фосфор уже используется в промышленности – спичечные коробки, производство ламп накаливания (как газопоглотитель), различные виды топлива и зажигательных смесей, смазочные материалы, защитных средств для металла от коррозии, в качестве дополнительного вещества для умягчения воды.
  • В агропромышленном секторе фосфорную кислоту используют для производства некоторых удобрений – преципитата, суперфосфата и других.
  • Кроме того, Р используют для изготовления некоторых видов зубной пасты, пищевой промышленности.

  
  

  Суточная потребность

  Рекомендуемые суточные дозы фосфора в зависимости от пола и возраста:

  Дети	до 1 года	100-275 мг
  От 1 до 3 лет	460-3000 мг
  От 3 до 9 лет	500-3000 мг
  Подростки	от 9 до 18 лет	1250—4000 мг
  Взрослые	от 18 до 70 лет	700-4000 мг
  Лица преклонного возраста	старше 70 лет	700-3000 мг
  Во время беременности	до 3000—3500 мг

  Для максимальной эффективности усваивания организмом фосфора его необходимо одновременно употреблять с кальцием, в соотношении – 1,5 (Р) : 1 (Са).

  Суточная доза фосфора повышается при обильных физических нагрузках, занятиях спортом.

  Нехватка фосфора — симптомы

  Дефицит фосфора в организме (гипофосфатемия) дает о себе знать, когда его количество в сыворотке крови составляет 0,81-0,32 ммоль/л и меньше. Это может вызвать ряд осложнений со здоровьем, среди которых:

  Причины нехватки фосфора

  • Нарушения усвояемости Р организмом, что обычно связано с – гиповитаминоз D, длительные жесткие диеты и голодания, алкоголизм, мальабсорбция;
  • Повышенное выведение Р из организма, причиной чего могут стать – заболевания почек, гиповитаминоз D, гиперфункция паращитовидных желез, увеличенный объем внутриклеточной жидкости, прием некоторых лекарственных препаратов (мочегонных и кортикостероидов).
  • Избыток в организме – алюминия (Al), кальция (Са) и магния (Mg), железа (Fe), эстрогенов, андрогенов и тироксина;
  • Другие причины – стремительный рост костной ткани у детей в период развития, недостаток Р в пище, наличие хронических болезней почек, щитовидных и паращитовидных желез.

  Применение фосфора в медицине

  Применение Р с лечебной целью целесообразно в следующих случаях:

  • Заболевания костно-мышечной системы – остеопороз, гетерогенные оссификации, опухолевый остеолиз, частые переломы;
  • Гипофосфатемия – недостаток фосфора в организме;
  • Оксалатный тип почечнокаменной болезни;
  • Гиперкальциемия (переизбыток в организме кальция) при онкологических болезнях.

  Избыток фосфора

  Избыток фосфора в организме (гиперфосфатемия) также, как и нехватка может вызвать ряд осложнений со здоровьем, среди которых:

  • Повышенная возбудимость, бессонница;
  • Тремор, судороги;
  • Кровотечения в органах ЖКТ;
  • Апноэ; ; , приступы рвоты.

  Причины переизбытка фосфора

  • Переизбыток витамина Д;
  • Острый ацидоз – резкое нарушение кислотно-щелочного баланса в организме в сторону повышения кислотности;
  • Процессы, сопровождающиеся разрушением мышечных волокон и эритроцитов;
  • Заболевания почек, сопровождающиеся снижением скорости фильтрации клубочками;
  • Гипофункция щитовидных и паращитовидных желез;
  • Прием мочегонных (диуретиков) и слабительных препаратов, частые клизмы.

  Источники фосфора

  В каких продуктах содержится фосфор больше всего?

  
  

  Синтез в организме: — .

  Взаимодействие фосфора с другими веществами

  Избыточное количество в организме алюминия, кальция, магния, железа, эстрогенов, андрогенов и тироксина понижают усвояемость фосфора, а также его полную активность;

  Прием Р в сочетании с кальцием (пропорция 1,5 Р к 1 Са) взаимодополняют друг друга, тем самым повышая свою активность.

  Повышенное количество витамина D способствует переизбытку фосфора, однако, недостаток D приводит к недостатку Р.

  При воздействии кислорода — Р легко окисляется.

  Видео

  
  

  Научные доклады

  Области применения фосфора

  Применение фосфора в медицине

  На сегодняшний день из фосфора получают класс терапевтических потенциальных средств, которые лечат заболевания мягких тканей и костей, сопровождающихся нарушением обмена кальция – биофосфонаты.

  Каждый элемент имеет свой спектр активности. Они устойчивы к энзиматическому гидролизу, обладают сродством к ионам металлов, образовывают нерастворимые и растворимые хелатные агрегаты и комплексы.

  Самым распространенным и применяемым является этидронат. Он эффективный при нарушениях в организме обмена кальция. Его применяют при прогрессирующем оссифицирующем миозите, при болезни Педжета, при остеопорозах, гетерогенной оссификации и опухолевом остеолизе.

  Применение фосфора в промышлености

  Ортофосфорную кислоту используют широко. Ее применяют для производства комбинированных и фосфорных удобрений, которые повышают урожайность сельскохозяйственных культур, придают растениям устойчивости к неблагоприятным климатическим условиям и зимостойкости. Кроме того, удобрения прекрасно действуют на почву, способствуют структурированию, изменению растворимости содержащихся веществ в почве, развитию почвенных бактерий, подавлению образования органических вредных веществ.

  В пищевой промышленности ортофосфорная кислота также используется. Она приятная на вкус и в разбавленном виде ее добавляют в мармелад, лимонад, сиропы для улучшения вкусовых качеств. Подобными свойствами обладают соли фосфорной кислоты. Например, гидрофосфаты кальция являются составляющей хлебопекарных порошков, повышает вкус хлеба и булочек.

  На основе ортофосфорной кислоты производят фосфодревесные негорючие плиты, огнезащитные краски, фосфатный негорючий пенопласт. Соли фосфорной кислоты защищают от радиации, умягчают воду, устраняют котельную накипь и входят в состав моющих средств.

  Фосфорорганические соединения (пластификаторы, экстрагенты, смазочные вещества, абсорбенты) используются в холодильных установках и как присадка к пороху. Алкилфосфаты выступают в роли поверхностно-активных веществ, антифриз, специальных удобрений, антикоагулянтов латекса.

  Из красного фосфора делают спички. Вместе с клеем и толченым стеклом его наносят на боковые части спичечной коробки. Фосфид цинка (Zn₃ Р₂) применяется для борьбы с грызунами. Из белого фосфора производят зажигательные бомбы, дымообразующие снаряды, шашки, гранаты, дымовые завесы.

  Применение фосфора в быту

  В быту нас также окружают вещи из фосфора. Например, посуда, статуэтки, вазочки и тому подобное. Кроме того, это важный элемент, который входит в состав нуклеиновых кислот, белков, костной ткани. Фосфор является важным элементом для мышечной и умственной деятельности. Оказывает благотворное влияние на почки и сердце. Он содержится в хлебе, рыбе, мясе, горохе, фасоли, перловой, овсяной и ячневой крупах, капусте, орехах, петрушке, моркови, шпинате и чесноке.

  Научно-диагностический центр лабораторных технологий

  
  

  Телефоны для справок:

  
  

  Личный кабинет клиента

  
  

  В корзине пусто!

  Фосфор (Phosphorus)

  Подготовка к исследованию

  Не принимать пищу в течение 2-3 часов до сдачи крови, можно пить чистую негазированную воду.
  Исключить фосфорсодержащие препараты и пищевые добавки из рациона.

  Показания к исследованию

  В качестве дополнительного исследования при гипо- или гиперкальциемии (так как умеренный недостаток или избыток фосфора может не проявляться).
  При симптомах патологии почек и/или желудочно-кишечного тракта.
  Регулярно, когда уже диагностированы патологические состояния, вызывающие значительные изменения уровня фосфора и/или кальция (для контроля за эффективностью их лечения).
  При сахарном диабете или признаках нарушения кислотно-щелочного баланса.

  Читайте также:

    
  • Повтор в музыке это кратко
    
  • Мировые валютные кризисы кратко
    
  • Патентный поиск это кратко
    
  • Классификация налогов кратко шпаргалка
    
  • От петра 1 до екатерины 2 кратко