Белый фосфор
 Образец белого фосфора с куском, удаленным из угла, чтобы обнажить неокисленный материал
| |
 Молекула тетрафосфора
| |
| Имена | |
|---|---|
| ИЮПАК имена
Белый фосфор
Тетрафосфор | |
| Систематическое название ИЮПАК
1,2,3,4-Тетрафосфаттрицикло[1.1.0.0 2,4 ]бутан | |
Другие имена
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.107.967 |
ПабХим CID
|
|
| Число | 1381 |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| PP4 | |
| Молярная масса | 123.895 g·mol −1 |
| Плотность | 1,82 г/см 3 |
| Температура плавления | 44,1 °С; 111,4 ° F; 317,3 К |
| Точка кипения | 280 °С; 536 °Ф; 553 К |
| Опасности | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Белый фосфор , желтый фосфор или просто тетрафосфор (Р 4 ) — аллотроп фосфора . Это полупрозрачное воскообразное твердое вещество, быстро желтеющее на свету (из-за фотохимического превращения в красный фосфор ), [ 1 ] а нечистый белый фосфор по этой причине называется желтым фосфором. Белый фосфор — это первый аллотроп фосфора и фактически первое открытое элементарное вещество , неизвестное с древних времен. [ 2 ] Он светится зеленоватым светом в темноте (при воздействии кислорода), легко воспламеняется и пирофорен (самовоспламеняется) при контакте с воздухом. Он токсичен , вызывая серьезные повреждения печени при проглатывании и окаменевшую челюсть при хроническом проглатывании или вдыхании. Запах горения этой формы имеет характерный чесночный запах, а образцы обычно покрыты белым « пятиокисью дифосфора », состоящим из P 4 O 10 тетраэдры с кислородом, внедренным между атомами фосфора и в их вершинах. Белый фосфор мало растворим в воде и может храниться под водой. P 4 растворим в бензоле , маслах , сероуглероде и дихлориде серы .
Структура
[ редактировать ]
Белый фосфор существует в виде молекул из четырех атомов фосфора в тетраэдрической структуре, соединенных шестью одинарными связями фосфор-фосфор . Тетраэдрическое и расположение приводит к деформации кольца нестабильности. [ 3 ] Хотя оба они называются «белым фосфором», на самом деле известны два разных кристаллических аллотропа, обратимо меняющихся местами при 195,2 К. [ 4 ] элемента Стандартное состояние — это объемноцентрированная кубическая α-форма, которая на самом деле 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 К), когда он начинает разлагаться на P.
2 молекулы. [ 5 ] П
Молекула 4 в газовой фазе имеет длину связи PP r g = 2,1994(3) Å, что было определено методом газовой электронной дифракции . [ 6 ] β-форма белого фосфора содержит три немного разных P
4 молекулы, т.е. 18 различных длин связей ПП — от 2,1768(5) до 2,1920(5) Å. Средняя длина связи ПП составляет 2,183(5) Å. [ 5 ]
Химические свойства
[ редактировать ]Несмотря на то, что белый фосфор не является наиболее стабильным аллотропом фосфора, его молекулярная природа позволяет легко очищать его. Таким образом, определено, что он имеет нулевую энтальпию образования .
В основании белый фосфор самопроизвольно диспропорционируется с фосфином и различными оксикислот фосфора. солями [ 7 ]
Многие реакции белого фосфора включают внедрение по связям PP, например, реакция с кислородом, серой, трибромидом фосфора и NO. + ион .
Он самопроизвольно воспламеняется на воздухе при температуре около 50 ° C (122 ° F) и при гораздо более низких температурах, если он мелкодисперсный (из-за снижения 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, Р 4 О 7 , P 4 O 8 и P 4 O 9 также образуются, но в небольших количествах. В результате сгорания образуется оксид фосфора (V):
- П 4 + 5 О 2 → П 4 О 10
Производство и применение
[ редактировать ]Белый аллотроп можно получить несколькими методами. В промышленном процессе фосфоритную руду нагревают в электрической или топливной печи в присутствии углерода и кремнезема . [ 8 ] Элементарный фосфор затем выделяется в виде пара и может быть собран в фосфорной кислоте . Идеализированное уравнение этой карботермической реакции показано для фосфата кальция (хотя фосфоритная порода содержит значительные количества фторапатита , который также может образовывать 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 г.) белого фосфора используется в качестве прекурсора фосфорной кислоты, половина из которой используется в пищевых продуктах или медицинских продуктах, 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 ]
- P 4 + 10Cl 2 → 4PCl 5
Другие продукты, полученные из белого фосфора, включают пентасульфид фосфора и фосфиды различных металлов. [ 9 ]
Другие аналоги многогранников
[ редактировать ]Хотя белый фосфор образует тетраэдр , простейший из возможных платоновых углеводородов , другие многогранные фосфорные кластеры неизвестны. [ 11 ] Белый фосфор превращается в термодинамически более стабильный красный аллотроп, но этот аллотроп не представляет собой изолированные многогранники.
Кубанский , в частности, вряд ли сформируется, [ 11 ] и наиболее близким вариантом является полуфосфорное соединение. P 4 (CH) 4 , получают из фосфаалкинов . [ 12 ] Другие кластеры более термодинамически выгодны, а некоторые частично образовались как компоненты более крупных полиэлементных соединений. [ 11 ]
Безопасность
[ редактировать ]Белый фосфор довольно остро токсичен, смертельная доза составляет 50-100 мг (1 мг/кг массы тела). Считается, что его способ действия связан с его восстановительными свойствами. Он метаболизируется до фосфата, который не токсичен. [ 9 ]
Белый фосфор используется в качестве оружия, поскольку он пирофорен. По тем же причинам с ним опасно обращаться. Принимаются меры по защите проб от воздуха. Неофициальный отчет о проблемах любителей пляжного отдыха , которые могут собирать вымытые образцы, не подозревая об их истинной природе. [ 13 ] [ 14 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Белый фосфор» . Американское химическое общество . Проверено 10 августа 2024 г.
- ^ Уикс, Мария Эльвира (1932). «Открытие элементов. II. Элементы, известные алхимикам». Журнал химического образования . 9 (1): 11. Бибкод : 1932ЖЧЭд...9...11Вт . дои : 10.1021/ed009p11 .
- ^ Jump up to: а б Хаускрофт, CE; Шарп, АГ (2004). Неорганическая химия (2-е изд.). Прентис Холл. п. 392. ИСБН 978-0-13-039913-7 .
- ^ Jump up to: а б Дуриф, А.; Авербух-Пушо, Монтана (1996). Темы химии фосфатов . Сингапур [ua]: World Scientific. п. 3. ISBN 978-981-02-2634-3 .
- ^ Jump up to: а б Саймон, Арндт; Боррманн, Хорст; Хорах, Йорг (1997). «О полиморфизме белого фосфора». Химические отчеты . 130 (9): 1235–1240. дои : 10.1002/cber.19971300911 .
- ^ Коссарт, Брэнди М.; Камминс, Кристофер С.; Руководитель Эшли Р.; Лихтенбергер, Деннис Л.; Бергер, Рафаэль Дж. Ф.; Хейс, Стюарт А.; Митцель, Норберт В.; Ву, Банда (01.06.2010). «О молекулярной и электронной структуре AsP3 и P4». Журнал Американского химического общества . 132 (24): 8459–8465. дои : 10.1021/ja102580d . ISSN 0002-7863 . ПМИД 20515032 .
- ^ 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 .
- ^ Трелфолл, RE, (1951). 100 лет производства фосфора: 1851–1951 гг . Олдбери: Albright and Wilson Ltd.
- ^ Jump up to: а б с Дисковски, Герберт; Хофманн, Томас (2000). «Фосфор». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a19_505 . ISBN 978-3-527-30385-4 .
- ^ Химия, часть I, класс XII (PDF) (перепечатанное издание). Индия: НСЕРТ. Январь 2019. с. 177. ИСБН 978-81-7450-648-1 .
- ^ Jump up to: а б с Корбридж, DEC (1995) «Фосфор: очерк его химии, биохимии и технологии», 5-е издание Elsevier: Амстердам. § 4.1.12. ISBN 0-444-89307-5 .
- ^ Штребель, Райнер (1995). «Фосфаалкиновые циклоолигомеры: от димеров к гексамерам - первые шаги на пути к фосфорно-углеродным каркасным соединениям». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 34 (4): 436–438. дои : 10.1002/anie.199504361 .
- ^ «Опасное руководство по пляжному отдыху» .
- ^ «Женщина на немецком пляже приняла боеприпасы времен Второй мировой войны за драгоценный камень | DW | 05.08.2017» . Немецкая волна .