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

El vapor de fósforo a esta temperatura consiste casi en su totalidad en moléculas de P 2 , que se condensan en moléculas de P 4 al enfriarse.

Cuando el vapor se condensa, se forma fósforo blanco (amarillo), que consta de moléculas de P 4 que tienen la forma de un tetraedro. Es una sustancia altamente reactiva, blanda, cerosa, de color amarillo pálido, soluble en disulfuro de carbono y benceno. En el aire, el fósforo se enciende a 34 °C. Tiene la capacidad única de brillar en la oscuridad debido a la lenta oxidación a los inferiores. Fue fósforo blanco lo que una vez fue aislado por Brand.

Si el fósforo blanco se calienta sin acceso al aire, se convierte en rojo (se obtuvo por primera vez en 1847). Nombre fósforo rojo se refiere a varias modificaciones a la vez, que difieren en densidad y color: va del naranja al rojo oscuro e incluso al púrpura. Todas las variedades de fósforo rojo son insolubles en solventes orgánicos, en comparación con el fósforo blanco, son menos reactivos (se encienden en el aire a t> 200 ° C) y tienen una estructura polimérica: estos son tetraedros P 4 conectados entre sí en cadenas sin fin. El "fósforo violeta" es algo diferente de ellos, que consiste en agrupaciones P 8 y ​​P 9 colocadas en estructuras tubulares largas con una sección transversal pentagonal.

A Alta presión sanguínea El fósforo blanco se convierte en fósforo negro, construido a partir de hexágonos volumétricos con átomos de fósforo en los vértices, conectados entre sí en capas. Por primera vez esta transformación fue realizada en 1934 por el físico estadounidense Percy Williams Bridgman. La estructura del fósforo negro se parece al grafito, con la única diferencia de que las capas formadas por los átomos de fósforo no son planas, sino “onduladas”. El fósforo negro es la modificación menos activa del fósforo. Cuando se calienta sin acceso al aire, como el rojo, se convierte en vapor, del cual se condensa el fósforo blanco.

El fósforo blanco es muy tóxico: la dosis letal es de aproximadamente 0,1 g. Debido al peligro de autoignición en el aire, se almacena bajo una capa de agua. El fósforo rojo y negro son menos tóxicos, ya que no son volátiles y son prácticamente insolubles en agua.

Propiedades químicas

El más químicamente activo es el fósforo blanco (para simplificar, en las ecuaciones de reacciones que involucran fósforo blanco, se escriben como P, y no como P 4, especialmente porque son posibles reacciones similares con la participación del fósforo rojo, cuya composición molecular es indeterminado). El fósforo se combina directamente con muchas sustancias simples y complejas. En las reacciones químicas, el fósforo, como el fósforo, puede ser tanto un agente oxidante como un agente reductor.

Cómo oxidante el fósforo interactúa con muchos para formar fosfuros, por ejemplo:

2P + 3Ca = Ca 3 P 2

P + 3Na = Na 3P

Tenga en cuenta que el fósforo prácticamente no se combina directamente con el fósforo.

Cómo agente reductor el fósforo interactúa con halógenos, azufre (es decir, con más no metales electronegativos). En este caso, dependiendo de las condiciones de reacción, se pueden formar tanto compuestos de fósforo (III) como compuestos de fósforo (V).

a) con oxidación lenta o con falta de oxígeno, el fósforo se oxida a óxido de fósforo (III), o anhídrido de fósforo P 2 O 3:

4P + 3O 2 \u003d 2P 2 O 3

Cuando se quema fósforo en exceso (o aire), se forma óxido de fósforo (V), o anhídrido fosfórico P 2 O 5:

4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5

b) dependiendo de la proporción de reactivos, la interacción del fósforo con halógenos y azufre forma, respectivamente, haluros y sulfuros de fósforo trivalente y pentavalente; por ejemplo:

2P + 5Cl 2 (ej.) \u003d 2PCl 5

2P + 3Cl 2 (insuficiente) = 2PCl 3

2P + 5S(e) = P 2 S 5

2P + 3S (insuficiente) = P 2 S 3

Cabe señalar que el fósforo forma solo el compuesto PI3 con yodo.

El fósforo desempeña el papel de agente reductor en reacciones con ácidos oxidantes:

3P + 5HNO 3 + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO

- con ácido nítrico concentrado:

P + 5HNO 3 \u003d H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O

- con ácido sulfúrico concentrado:

2P + 5H 2 SO 4 \u003d 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O

El fósforo no interactúa con otros ácidos.

Cuando se calienta con soluciones acuosas, el fósforo sufre una desproporción, por ejemplo:

4P + 3KOH + 3H 2 O \u003d PH 3 + 3KH 2 PO 2

8P + 3Ba(OH)2 + 6H2O = 2PH3 + 3Ba(H2PO2)2

Además de la fosfina PH 3, como resultado de estas reacciones, se forman sales de ácido hipofosforoso H 3 PO 2: hipofosfitos, en los que el fósforo tiene un estado de oxidación característico de +1.

El uso de fósforo

La mayor parte del fósforo que se produce en el mundo se gasta en la producción de ácido fosfórico, del que se obtienen fertilizantes y otros productos. El fósforo rojo se utiliza en la fabricación de cerillas, está contenido en la masa, que se aplica a la caja de cerillas.

fosfina

El compuesto de hidrógeno más conocido del fósforo es la fosfina PH 3 . La fosfina es un gas incoloro con olor a ajo y es altamente tóxico. Altamente soluble en solventes orgánicos. A diferencia del amoníaco, es poco soluble en agua. La fosfina no tiene valor práctico.

Recibo

Anteriormente se consideró un método para obtener fosfina mediante la interacción del fósforo con soluciones acuosas. Otra vía es la acción del ácido clorhídrico sobre los fosfuros metálicos, por ejemplo:

Zn 3 P 2 + 6HCl \u003d 2PH 3 + 3ZnCl 2

Propiedades químicas

1. Ácido - propiedades básicas

Siendo escasamente soluble en agua, la fosfina forma con ella un hidrato inestable, que exhibe propiedades básicas muy débiles:

PH 3 + H 2 O ⇄ PH 3 ∙H 2 O ⇄ PH 4 + + OH -

Las sales de fosfonio se forman solo con:

PH 3 + HCl = PH 4 Cl

PH 3 + HClO 4 = PH 4 ClO 4

1. propiedades redox

La lista completa de resúmenes se puede ver

*en la imagen de grabación hay una fotografía de fósforo blanco

DEFINICIÓN

fosfina(hidruro de fósforo, monofosfano) en condiciones normales es un gas incoloro, poco soluble en agua y no reacciona con ella.

La fórmula bruta es PH 3 (la estructura de la molécula se muestra en la Fig. 1). La masa molar de la fosfina es 34,00 g/mol.

Arroz. 1. La estructura de la molécula de fosfina, indicando el ángulo de enlace y la longitud del enlace químico.

A bajas temperaturas forma un sólido claro 8PH 3×46H 2 O. Densidad - 1,5294 g/l. Punto de ebullición - (-87,42 o C), punto de fusión - (-133,8 o C).

En OVR, es un fuerte agente reductor; es oxidado por ácidos concentrados sulfúrico y nítrico, yodo, oxígeno, peróxido de hidrógeno e hipoclorito de sodio. Las propiedades del donante son mucho menos pronunciadas que las del amoníaco.

PH3, los estados de oxidación de los elementos que contiene

Para determinar los estados de oxidación de los elementos que componen la fosfina, primero debe averiguar para qué elementos se conoce exactamente este valor.

Fosfina es el nombre trivial del hidruro de fósforo y, como saben, el estado de oxidación del hidrógeno en los hidruros es (+1). Para encontrar el estado de oxidación del fósforo, tomemos su valor como "x" y determinemos usando la ecuación de electroneutralidad:

x + 3×(+1) = 0;

Entonces, el estado de oxidación del fósforo en la fosfina es (-3):

Ejemplos de resolución de problemas

EJEMPLO 1

Ejercicio	Determinar los estados de oxidación de los elementos formadores de ácido en los siguientes compuestos: HNO 2 , H 2 CO 3 , H 4 SiO 4 , HPO 3 .
Solución	En estos compuestos, los elementos formadores de ácido son nitrógeno, carbono, silicio y fósforo. El estado de oxidación del oxígeno es (-2), y el hidrógeno - (+1). Tomemos el estado de oxidación del elemento formador de ácido como "x" y usemos la ecuación de electroneutralidad para encontrar su valor: 1 + x + 2×(-2) = 0; El estado de oxidación del nitrógeno es (+3). 2×(+1) + x + 3×(-2) = 0; El estado de oxidación del carbono es (+4). 4×(+1) + x + 4×(-2) = 0; El estado de oxidación del silicio es (+4). 1 + x + 3×(-2) = 0; El estado de oxidación del fósforo es (+5).
Responder	HN +3 O 2, H 2 C +4 O 3, H 4 Si +4 O 4, HP +5 O 3

EJEMPLO 2

Ejercicio	El hierro exhibe el estado de oxidación más alto en el compuesto: K4; K3; Fe(OH)2.
Solución	Para dar la respuesta correcta a la pregunta planteada, determinaremos alternativamente el grado de oxidación del hierro en cada uno de los compuestos propuestos mediante la ecuación de neutralidad eléctrica. a) El estado de oxidación del potasio es siempre (+1). El estado de oxidación del carbono en el ion cianuro es (+2) y el nitrógeno - (-3). Tomemos por "x" el valor del estado de oxidación del hierro: 4x1 + x + 6x2 + 6x (-3) = 0; b) El estado de oxidación del potasio es siempre (+1). El estado de oxidación del carbono en el ion cianuro es (+2) y el nitrógeno - (-3). Tomemos por "x" el valor del estado de oxidación del hierro: 3x1 + x + 6x2 + 6x (-3) = 0; c) El grado de oxidación del oxígeno en óxidos (-2). Tomemos por "x" el valor del estado de oxidación del hierro: d) Los estados de oxidación del oxígeno y el hidrógeno son (-2) y (+1), respectivamente. Tomemos por "x" el valor del estado de oxidación del hierro: x + 2 × (-2) + 2 × 1 = 0; El estado de oxidación más alto del hierro es (+3) y lo manifiesta en un compuesto de composición K 3 .
Responder	opcion 2

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Estado de oxidación en PH3

Información general sobre la fosfina y los estados de oxidación en PH3

La fórmula bruta es PH3 (la estructura de la molécula se muestra en la Fig. 1). La masa molar de la fosfina es 34,00 g/mol.

El significado de la palabra fosfina.

1. La estructura de la molécula de fosfina, indicando el ángulo de enlace y la longitud del enlace químico.

A bajas temperaturas forma un sólido claro 8PH3×46H2O. Densidad - 1,5294 g / l. Punto de ebullición - (-87,42oC), punto de fusión - (-133,8oC).

En OVR, es un fuerte agente reductor; es oxidado por ácidos concentrados sulfúrico y nítrico, yodo, oxígeno, peróxido de hidrógeno e hipoclorito de sodio. Las propiedades del donante son mucho menos pronunciadas que las del amoníaco.

PH3, los estados de oxidación de los elementos que contiene

Para determinar los estados de oxidación de los elementos que componen la fosfina, primero debe averiguar para qué elementos se conoce exactamente este valor.

Fosfina es el nombre trivial del hidruro de fósforo y, como saben, el estado de oxidación del hidrógeno en los hidruros es (+1). Para encontrar el estado de oxidación del fósforo, tomemos su valor como "x" y determinemos usando la ecuación de electroneutralidad:

x + 3×(+1) = 0;

Entonces, el estado de oxidación del fósforo en la fosfina es (-3):

Ejemplos de resolución de problemas

3. Moléculas. Enlace químico. La estructura de las sustancias.

Las partículas químicas formadas por dos o más átomos se llaman moléculas(real o condicional unidades de fórmula sustancias poliatómicas). Los átomos en las moléculas están unidos químicamente.

Un enlace químico es una fuerza eléctrica de atracción que mantiene unidas a las partículas. Cada enlace químico en fórmulas estructurales parece línea de valencia, por ejemplo:

H - H (enlace entre dos átomos de hidrógeno);

H3N - H + (enlace entre el átomo de nitrógeno de la molécula de amoníaco y el catión de hidrógeno);

(K+) - (I-) (enlace entre el catión potasio y el ión yoduro).

Un enlace químico está formado por un par de electrones ( ), que en las fórmulas electrónicas de partículas complejas (moléculas, iones complejos) generalmente se reemplaza por una línea de valencia, en contraste con sus propios pares de átomos de electrones no compartidos, por ejemplo:

El enlace químico se llama covalente, si se forma por la socialización de un par de electrones por parte de ambos átomos.

En la molécula F2, ambos átomos de flúor tienen la misma electronegatividad, por lo tanto, la posesión de un par de electrones es la misma para ellos. Tal enlace químico se llama no polar, ya que cada átomo de flúor tiene densidad de electrones lo mismo en fórmula electrónica las moléculas se pueden dividir condicionalmente entre ellas por igual:

En la molécula de HCl, el enlace químico ya está polar, ya que la densidad de electrones en el átomo de cloro (un elemento con mayor electronegatividad) es mucho mayor que en el átomo de hidrógeno:

Se puede formar un enlace covalente, por ejemplo H - H, compartiendo los electrones de dos átomos neutros:

H + H > H – H

S.S

Este mecanismo de enlace se llama intercambio o equivalente.

Según otro mecanismo, el mismo enlace covalente H – H surge cuando el par de electrones del ion hidruro H es compartido por el catión hidrógeno H+:

H+ + (:H)-> H – H

S.S

El catión H+ en este caso se llama aceptador y el anión H - donante par de electrones El mecanismo de formación de un enlace covalente en este caso será donante-aceptor, o coordinando

Los enlaces simples (H - H, F - F, H - CI, H - N) se denominan enlaces a, determinan la forma geométrica de las moléculas.

Los enlaces dobles y triples () contienen un componente \beta y uno o dos componentes \beta; El componente ?, que es el primero principal y condicionalmente formado, siempre es más fuerte que los componentes ?.

Las características físicas (realmente medibles) de un enlace químico son su energía, longitud y polaridad.

energía de enlace químico (mi cv) es el calor que se libera durante la formación de este enlace y se gasta en romperlo. Para los mismos átomos, un enlace simple es siempre más débil que un múltiplo (doble, triple).

Longitud del enlace químico (yo s) - distancia internuclear. Para los mismos átomos, un enlace simple es siempre más extenso que un múltiplo.

Polaridad la comunicacion se mide momento dipolar eléctrico p- el producto de una carga eléctrica real (en los átomos de un enlace dado) por la longitud del dipolo (es decir,

Fósforo. fosfina

longitud de enlace). Cuanto mayor sea el momento dipolar, mayor será la polaridad del enlace. Las cargas eléctricas reales de los átomos en un enlace covalente son siempre de menor valor que los estados de oxidación de los elementos, pero coinciden en signo; por ejemplo, para el enlace H + I-Cl-I, las cargas reales son H + 0'17-Cl-0'17 (partícula bipolar o dipolo).

Polaridad de las moléculas determinado por su composición y forma geométrica.

No polar (p = O) estarán:

a) moléculas simple sustancias, ya que contienen solo enlaces covalentes no polares;

b) poliatómico moléculas complejo sustancias, si su forma geométrica simétrico.

Por ejemplo, las moléculas de CO2, BF3 y CH4 tienen las siguientes direcciones de vectores de enlace iguales (a lo largo de la longitud):

Cuando se suman vectores de enlace, su suma siempre se anula y las moléculas en su conjunto son no polares, aunque contienen enlaces polares.

Polar (pág.> O) será:

a) diatónico moléculas complejo sustancias, ya que contienen solo enlaces polares;

b) poliatómico moléculas complejo sustancias, si su estructura asimétricamente, es decir, su forma geométrica es incompleta o distorsionada, lo que da lugar a la aparición de un dipolo eléctrico total, por ejemplo, en las moléculas de NH3, H2O, HNO3 y HCN.

Los iones complejos, como NH4+, SO42- y NO3-, no pueden ser dipolos en principio, solo tienen una carga (positiva o negativa).

Enlace iónico surge durante la atracción electrostática de cationes y aniones casi sin socialización de un par de electrones, por ejemplo, entre K+ e I-. El átomo de potasio tiene una falta de densidad electrónica, el átomo de yodo tiene un exceso. Esta conexión se considera limitando caso de un enlace covalente, ya que un par de electrones está prácticamente en posesión del anión. Esta relación es más típica para compuestos de metales y no metales típicos (CsF, NaBr, CaO, K2S, Li3N) y sustancias de la clase de sal (NaNO3, K2SO4, CaCO3). Todos estos compuestos en condiciones ambientales son sustancias cristalinas, que están unidas por el nombre común cristales iónicos(cristales construidos a partir de cationes y aniones).

Hay otro tipo de conexión llamada enlace metálico, en el que los electrones de valencia están tan sueltos en los átomos metálicos que en realidad no pertenecen a átomos específicos.

Los átomos de los metales, sin electrones externos que les pertenezcan claramente, se convierten, por así decirlo, en iones positivos. Ellos forman red cristalina de metal. El conjunto de electrones de valencia socializados ( gas de electrones) mantiene iones metálicos positivos juntos y en sitios reticulares específicos.

Además de los cristales iónicos y metálicos, también existen atómico y molecular sustancias cristalinas, en los sitios de red de los cuales hay átomos o moléculas, respectivamente. Ejemplos: diamante y grafito - cristales con una red atómica, yodo I2 y dióxido de carbono CO2 (hielo seco) - cristales con una red molecular.

Los enlaces químicos existen no solo dentro de las moléculas de las sustancias, sino que también se pueden formar entre moléculas, por ejemplo, para HF líquido, agua H2O y una mezcla de H2O + NH3:

enlace de hidrógeno se forma debido a las fuerzas de atracción electrostática de moléculas polares que contienen átomos de los elementos más electronegativos: F, O, N. Por ejemplo, los enlaces de hidrógeno están presentes en HF, H2O y NH3, pero no en HCl, H2S y PH3 .

Los enlaces de hidrógeno son inestables y se rompen con bastante facilidad, por ejemplo, cuando el hielo se derrite y el agua hierve. Sin embargo, se gasta algo de energía adicional para romper estos enlaces y, por lo tanto, los puntos de fusión (Tabla 5) y los puntos de ebullición de las sustancias con enlaces de hidrógeno.

(por ejemplo, HF y H2O) son significativamente mayores que para sustancias similares, pero sin enlaces de hidrógeno (por ejemplo, HCl y H2S, respectivamente).

Muchos compuestos orgánicos también forman enlaces de hidrógeno; El enlace de hidrógeno juega un papel importante en los procesos biológicos.

Ejemplos de asignaciones de la Parte A

1. Las sustancias que solo tienen enlaces covalentes son

1) SiH4, Cl2O, CaBr2

2) NF3, NH4Cl, P2O5

3) CH4, HNO3, Na(CH3O)

4) CCl2O, I2, N2O

2–4. enlace covalente

2. soltero

3. doble

4. triple

presente en la materia

5. Los enlaces múltiples están presentes en las moléculas.

6. Las partículas llamadas radicales son

7. Uno de los enlaces está formado por el mecanismo donante-aceptor en el conjunto de iones

8. El más duradero y corto enlace - en una molécula

9. Sustancias con solo enlaces iónicos - en el conjunto

10–13. La red cristalina de la materia

1) metálico

3) nucleares

4) moléculas

Compuestos de fósforo.

R-3. Los fosfuros metálicos son compuestos iónico-covalentes. Los fosfuros de s-metales (excepto Be) y los lantánidos son compuestos iónicos similares a sales, se hidrolizan fácilmente con agua y ácidos: Mg3P2 + 6H2O = 3Mg(OH)2↓ + 2PH3 Na3P + 3HCl = 3NaCl + PH3. Los fosfuros de elementos d son compuestos químicamente inertes similares a los metales. La excepción son los fosfuros de metales de los grupos I y II, subgrupos secundarios, que también son similares a sales, pero con una gran mezcla de covalencia. El fósforo no forma compuestos estables con el antimonio, el bismuto, el plomo y el mercurio.

La combinación de fósforo con hidrógeno se denomina fosfuro de hidrógeno, aunque la electronegatividad de estos elementos es casi igual. El compuesto tiene la fórmula PH3, llamado fosfina. Es un gas extremadamente venenoso con un desagradable olor a ajo, pe=-88°C. No hay enlaces de hidrógeno entre las moléculas de fosfina en un líquido y entre el agua y las moléculas de fosfina durante la disolución, por lo que el punto de ebullición es bajo y la fosfina prácticamente no se disuelve en agua. La molécula es una pirámide con un átomo de fósforo en la parte superior y un ángulo de 93,5° entre los enlaces P-H, lo que indica la ausencia de hibridación de los orbitales atómicos de fósforo durante la formación de este compuesto. Los enlaces están formados por orbitales p casi puros. El par de electrones solitario del fósforo permanece en el orbital 3s, por lo que la fosfina es una base débil y un agente complejante débil en general. El catión fosfonio se forma sólo con los ácidos más fuertes en medio anhidro (HJ, HClO4, HBF4), por ejemplo PH3 + HJ = PH4J. El agua descompone fácilmente las sales de fosfonio. La fosfina exhibe fuertes propiedades reductoras: PH3 + 2O2 = H3PO4 (a 150°C esta reacción ocurre con una explosión), PH3 + 6AgNO3 + 3H2O = 6Ag↓ + H2(PHO3) + 6AgNO3 PH3 + 3J2 + 3H2O = H2(PHO3) + 6HJ. La síntesis de fosfina a partir de sustancias simples no puede llevarse a cabo, ya que el enlace P-H no es lo suficientemente fuerte debido a su longitud y al aporte insignificante de la componente electrostática. Por lo tanto, la fosfina se obtiene por hidrólisis de fosfuros metálicos o por disolución de fósforo en álcali (las reacciones se dan arriba).

Los principales compuestos del fósforo en sus estados de oxidación positivos son los óxidos, los ácidos oxigenados y los haluros. Es recomendable considerarlos por separado.

Óxidos de fósforo– P4O6 y P4O10 son óxidos ácidos, tienen una estructura molecular, son sólidos (tmelt (P4O6) = 23,8 °C, la modificación molecular de P4O10 se sublima a 3590 °C, y la modificación polimérica se funde a 580 °C), ambos se disuelven en agua, dando hidróxidos, que son ácidos, fósforo y ortofosfórico, respectivamente. El óxido de fósforo (V) es muy higroscópico, absorbe la humedad del aire, por lo que se utiliza como desecante y también como agente de eliminación de agua: P2O5 + HNO3 = HPO3 + N2O5, esto forma ácido metafosfórico o ácidos polifosfóricos - (HPO3 ) 3-4. El óxido de fósforo (III), en el que el fósforo se encuentra en un estado de oxidación intermedio, es capaz de otras reacciones de oxidación y reacciones de desproporción, por ejemplo: ocurre la reacción 5P4O6 = 2P4 + 3P4O10. El óxido de fósforo (V) no tiene propiedades oxidantes y puede obtenerse por oxidación del fósforo en condiciones anhidras, por ejemplo, por descomposición térmica de algunas sales: 6P + 5KClO3 = 3P2O5 + 5KCl

Oxígeno ácidos de fósforo. La variedad de ácidos de oxígeno del fósforo se debe a las siguientes razones: 1. La valencia del fósforo puede ser III o V. 2. En el caso de la valencia V, la formación de orto y metaácidos, que difieren en el número de agua adherida. moléculas, es posible. 3. En todos los hidróxidos, el fósforo exhibe un número de coordinación de 4, tales hidróxidos son más estables, si no hay suficientes átomos de oxígeno, entonces se forma un enlace P-H ((HO) 2PHO, y no P (OH) 3, etc.). 4. Los ácidos fosfóricos tienden a formar polímeros lineales o cíclicos. 5. Bajo ciertas condiciones, es posible la formación de un enlace P-P. 6. Como con todos los hidróxidos, los peroxoácidos se forman durante la oxidación posterior. Demos la estructura y propiedades de los ácidos de fósforo más famosos.

H3PO4 es ácido ortofosfórico. Este es un ácido tribásico, de disociación media en la primera etapa (Ka = 7.52.10-3) y débil en las otras dos etapas. En estado anhidro forma cristales higroscópicos transparentes con pf = 42°C. Se disuelve en agua en cualquier concentración. El ácido ortofosfórico se obtiene disolviendo óxido de fósforo (V) en agua, quemando fosfina, oxidando cualquier forma de fósforo en un ambiente ácido, hidrolizando compuestos binarios de fósforo (V): P4S10 + 16H2O = 4H3PO4 + 10H2S. La industria utiliza el método de quema de fósforo con posterior disolución del óxido, así como el desplazamiento del ácido ortofosfórico del fosfato de calcio con ácido sulfúrico concentrado cuando se calienta: Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4↓ + 2H3PO4. Este ácido corresponde a tres series de sales: medias (fosfatos u ortofosfatos) y ácidas (hidrofosfatos y dihidrofosfatos). Los fosfatos e hidrofosfatos de todos los metales excepto sodio, potasio, rubidio y cesio son insolubles en agua. Los fosfatos de dihidrógeno son solubles. Los fosfatos solubles sufren una fuerte hidrólisis aniónica, el anión fosfato tiene la constante de hidrólisis más alta y el dihidrofosfato tiene la más baja. La hidrólisis del anión conduce a un entorno alcalino de soluciones salinas. Los aniones ácidos, simultáneamente con la hidrólisis, participan en el equilibrio de disociación, lo que conduce a un ambiente de solución ácida, para el dihidrofosfato en mayor medida, para el hidrofosfato en menor medida. Como resultado de estos procesos, la solución de dihidrogenofosfato de sodio tiene un ambiente ligeramente ácido, la solución de hidrofosfato tiene un ambiente ligeramente alcalino y la solución de fosfato tiene un ambiente fuertemente alcalino. Fosfato de amonio como una sal formada ácido débil y base, completamente descompuesta por el agua. Los ortofosfatos se derriten sin descomposición a temperaturas muy altas. Los hidrofosfatos dan difosfatos cuando se calientan: 2K2HPO4 = K4P2O7 + H2O. Cuando se calientan, los dihidrofosfatos se convierten en polimetafosfatos: xKH2PO4 = (KPO3)x + H2O. Los fosfatos no tienen fuertes propiedades oxidantes, pero pueden ser reducidos por el carbono cuando se calientan. En presencia de dióxido de silicio, esta reacción conduce a la producción de fósforo (se dio la ecuación de reacción), en ausencia de SiO2, el proceso se desarrolla de la siguiente manera: Ca3(PO4)2 + 8C = Ca3P2 + 8CO. Calentar fosfato de amonio conduce a una pérdida gradual de moléculas de amoníaco con la formación eventualmente a temperaturas superiores a 300°C ácido polimetafosfórico.

La deshidratación del ácido fosfórico produce ácidos fosfóricos condensados, que contienen uno o más átomos de oxígeno puente. En este caso, se forman estructuras en cadena, cíclicas y mixtas. Consideremos el más simple de ellos.

Ácido difosfórico (pirofosfórico) - H4P2O7. Se obtiene calentando ácido fosfórico a 2000C. En estado anhidro, son cristales incoloros con pf = 61°C, que son altamente solubles en agua con la formación de un ácido mucho más fuerte que el ácido fosfórico. Este ácido es especialmente fuerte en las dos primeras etapas. Cualquier ácido condensado es más fuerte que un solo ácido, ya que su disociación produce un anión más estable. Las soluciones de ácido pirofosfórico son inestables, ya que se agrega gradualmente una molécula de agua para formar dos moléculas de ácido ortofosfórico. Más estables son las sales: los pirofosfatos, que, como ya se mencionó, se pueden obtener calentando los hidrofosfatos.

Ácidos metafosfóricos - (HPO3) x, donde x \u003d 3.4.6.Ácidos cíclicos condensados ​​que contienen un ciclo de átomos alternos de fósforo y oxígeno. Obtenido al disolver óxido de fósforo (V) en ácido ortofosfórico, así como al calentar ácido pirofosfórico a 300 ° C: 3H4P2O7 \u003d 2 (HPO3) 3 + H2O. Todos los ácidos metafosfóricos son muy fuertes, para el ácido trimetafosfórico Ka2 = 0,02. Todos estos ácidos también se convierten gradualmente en solución acuosa en ácido fosfórico. Sus sales se denominan, respectivamente, tri-, tetra- y hexametafosfatos.

La oxidación del óxido de fósforo (V) se puede obtener ácido peroxofosfórico: P4O10 + 4H2O2 + 2H2O = 4H3RO5.

Ácido fosfórico (hipofosfórico) H4P2O6 tiene conexión P-R. La fórmula estructural se puede representar como (OH)2OP-RO(OH)2.

Propiedades de la fosfina

Se puede ver en la fórmula que la valencia del fósforo es 5 y el estado de oxidación +4 es un valor formal asociado con la presencia de un enlace entre átomos idénticos. Este es un ácido tetrabásico, cuya fuerza corresponde al ortofosfórico. Se obtiene por la reacción: PbP2O6 + 2H2S = 2PbS↓ + H4P2O6 y se aísla de la solución en forma de dihidrato con pf=62°C. En una solución ácida, se desproporciona en ácidos ortofosfórico y fosforoso.

Ácido fosforoso H3PO3 o H2. Es un ácido dibásico de fuerza media, en estado anhidro - sólido con tmelt=74°C. Se obtiene por hidrólisis de haluros de fósforo (III), así como por oxidación de fósforo blanco con cloro bajo agua: P4 + 6Cl2 + 12H2O = 4H2 + 12HCl. Como se mencionó anteriormente, el compuesto de la composición P(OH)3 es menos estable, por lo tanto, la isomerización ocurre con la formación de un enlace P-H, que ya no se disocia en una solución acuosa. Las sales de ácido fosforoso se llaman fosfitos, las sales ácidas se llaman hidrofosfitos. La mayoría de los fosfitos (excepto las sales de metales alcalinos) son insolubles en agua. Como todos los compuestos de fósforo (III), el ácido fosforoso es un agente reductor fuerte, se oxida a ácido fosfórico por halógenos, dióxido de nitrógeno y otros agentes oxidantes, y también restaura metales poco activos a partir de una solución de sus sales, por ejemplo: HgCl2 + H2 + H2O = H3PO4 + 2HCl + Hg↓ Al calentarse se desproporciona: 4H2 = 3H3PO4 + PH3.

Ácido fosfórico (fosfínico) H3PO2 o H. Esta es una sustancia sólida con pf = 26,5°C, cuya solución acuosa es un ácido monobásico bastante fuerte (Ka = 7,9,10-2). El fósforo en este compuesto también tiene cinco enlaces, dos de los cuales son con átomos de hidrógeno. Sólo sufre disociación enlace NO. El estado de oxidación formal del fósforo en este compuesto es +1. El ácido fosforoso y sus sales, los hipofosfitos, son fuertes agentes reductores. Los cationes metálicos, incluso los que se encuentran en la serie de voltaje antes del hidrógeno, se pueden reducir a metal: NiCl2 + Na + 2H2O = H3PO4 + HCl + NaCl + H2 + Ni↓. Cuando se calienta, el ácido fosforoso se desproporciona: 3H = PH3 + 2H2. Con el aumento de la temperatura, también se ha demostrado que el ácido fosforoso se descompone en ácido fosfórico y fosfina. Los hipofosfitos de metales alcalinos y alcalinotérreos se obtienen mediante la interacción de fósforo y álcali (ver arriba). Oxidación de fosfina con un oxidante suave: PH3 + SO2 = H + S↓ (los catalizadores son mercurio y trazas de agua).

Haluros de fósforo PX3 y PX5. Se conocen todos los haluros de fósforo excepto PJ5. En el caso del fósforo (III), se trata de moléculas piramidales con un átomo de fósforo en la parte superior y con ángulos entre Bonos PX igual a 100°. Los haluros de fósforo (V) son bipirámides trigonales con hibridación sp3d de orbitales atómicos de fósforo. Ambos fluoruros de fósforo en condiciones normales son gases, PCl3 y PBr3 son líquidos, y el triyoduro, el pentacloruro y el pentabromuro son sólidos. Los dos últimos compuestos son sales con iones complejos PCl5: +-, PBr5: +Br-. Cuando se calientan, ambos compuestos separan una molécula de halógeno y se convierten en un trihalogenuro. Los haluros de fósforo se obtienen por síntesis directa. Solo PF3 - indirectamente: PCl3 + AsF3 = PF3 + AsCl3. Todos los haluros de fósforo están sujetos a hidrólisis, y los trihaluros también son capaces de oxidación: 2PCl3 + O2 = 2POCl3 - oxicloruro de fósforo, también se puede obtener por otras reacciones: PCl3 + 2CrO3 = POCl3 + Cr2O3↓ + O2, 6PCl5 + P4O10 = 10POCl3. Los trihaluros también agregan azufre: PCl3 + S = PSCl3. En soluciones no acuosas, las reacciones son posibles: KF + PF5 = K HF (líquido) + PF5 = H - ácido hexafluorofosfórico, estable solo en solución acuosa, comparable en fuerza al ácido perclórico.

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VER MÁS:

fosfina. Óxidos de fósforo y ácidos fosfóricos: propiedades, preparación.

palabra fosfina

Significado médico-biológico del fósforo.

La fosfina (hidrógeno fósforo, hidruro de fósforo, según la nomenclatura IUPAC - fosfano PH3) es un gas incoloro, muy tóxico, bastante inestable (en condiciones normales) con un olor específico a pescado podrido.

Propiedades físicas

gas incoloro. Poco soluble en agua, no reacciona con ella. A bajas temperaturas forma un clatrato sólido 8РН3·46Н2О. Soluble en benceno, éter dietílico, disulfuro de carbono. A -133,8 °C, forma cristales con una red cúbica centrada en las caras.

La molécula de fosfina tiene forma de pirámide trigonal con simetría molecular C3v (dPH = 0,142 nm, HPH = 93,5o). El momento dipolar es de 0,58 D, significativamente menor que el del amoníaco. Los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de PH3 prácticamente no se manifiestan y, por lo tanto, la fosfina tiene puntos de fusión y ebullición más bajos.

]Recibir

La fosfina se obtiene haciendo reaccionar fósforo blanco con álcali caliente, por ejemplo:

También se puede obtener por la acción del agua o de los ácidos sobre los fosfuros:

El cloruro de hidrógeno, cuando se calienta, interactúa con el fósforo blanco:

Descomposición de yoduro de fosfonio:

Descomposición del ácido fosfónico:

o restaurarlo:

Propiedades químicas

La fosfina es muy diferente de su contraparte de amoníaco. Su actividad química es superior a la del amoníaco, es poco soluble en agua, ya que la base es mucho más débil que el amoníaco. Esto último se explica por el hecho de que los enlaces H-P están débilmente polarizados y la actividad de par solitario del fósforo (3s2) es menor que la del nitrógeno (2s2) en el amoníaco.

En ausencia de oxígeno, cuando se calienta, se descompone en elementos:

se inflama espontáneamente en el aire (en presencia de vapores de difosfina o a temperaturas superiores a 100 °C):

Muestra fuertes propiedades restauradoras:

Cuando interactúa con fuertes donantes de protones, la fosfina puede dar sales de fosfonio que contienen el ion PH4+ (similar al amonio). Las sales de fosfonio, sustancias cristalinas incoloras, son extremadamente inestables, fácilmente hidrolizadas.

Las sales de fosfina, como la propia fosfina, son fuertes agentes reductores.

Toxicidad

La fosfina es altamente tóxica, actúa sobre el sistema nervioso, altera el metabolismo. CAM = 0,1 mg/m³. El olor se siente a una concentración de 2-4 mg/m³, la inhalación prolongada a una concentración de 10 mg/m³ es fatal. En la sangre humana, el contenido de fosfina no supera los 0,001 mg/m³.

Se conocen los siguientes óxidos de fósforo:

Óxido de fósforo (III): un compuesto inorgánico binario, óxido de fósforo con la fórmula P4O6, escamas blancas o cristales con un olor desagradable, reaccionan con el agua.

Recibo

• Oxidación cuidadosa del fósforo blanco con óxido nitroso o dióxido de carbono:

• Desproporción inversa de óxido de fósforo (V) y fósforo blanco:

[editar] Propiedades físicas

El óxido de fósforo (III) forma copos o cristales blancos con un olor desagradable.

Se disuelve bien en solventes orgánicos (benceno, disulfuro de carbono).

Inestable a la luz, primero se vuelve amarillo y luego se enrojece.

Propiedades

P4O10 interactúa muy activamente con el agua (la forma H absorbe agua incluso con una explosión), formando mezclas de ácidos fosfóricos, cuya composición depende de la cantidad de agua y otras condiciones:

También es capaz de extraer agua de otros compuestos, lo que lo convierte en un potente deshidratante:

El óxido de fósforo (V) se usa ampliamente en síntesis orgánica. Reacciona con las amidas, convirtiéndolas en nitrilos:

Los ácidos carboxílicos se convierten en los anhídridos correspondientes:

El óxido de fósforo (V) también interactúa con alcoholes, éteres, fenoles y otros compuestos orgánicos. En este caso, los enlaces P-O-P se rompen y se forman compuestos organofosforados. Reacciona con NH3 y haluros de hidrógeno para formar fosfatos de amonio y oxihaluros de fósforo:

Cuando el P4O10 se fusiona con óxidos básicos, forma varios fosfatos sólidos, cuya naturaleza depende de las condiciones de reacción.

Recibo

El óxido de fósforo (V) se obtiene quemando fósforo. El proceso tecnológico tiene lugar en la cámara de combustión e incluye la oxidación del P elemental con aire presecado, la precipitación del P4O10 y la depuración de los gases de escape. El pentóxido resultante se purifica por sublimación.

El producto técnico tiene la apariencia de una masa blanca similar a la nieve, que consiste en una mezcla de diferentes formas de P4O10.

Solicitud

P4O10 se utiliza como secador de gases y líquidos. También es un producto intermedio en la producción térmica de ácido fosfórico H3PO4.

Es ampliamente utilizado en síntesis orgánica en reacciones de deshidratación y condensación.

El valor del fósforo

• el fósforo está incluido ácidos nucleicos, que intervienen en los procesos de crecimiento, división celular, almacenamiento y uso de la información genética
• el fósforo se encuentra en los huesos del esqueleto (alrededor del 85% de la cantidad total de fósforo en el cuerpo)
• el fósforo es esencial para la estructura normal de los dientes y las encías
• asegura el correcto funcionamiento del corazón y los riñones
• el fósforo interviene en los procesos de acumulación y liberación de energía en las células
• Participa en la transmisión de los impulsos nerviosos.
• ayuda al metabolismo de las grasas y almidones.

El elemento inorgánico fósforo, P, se encuentra en el cuerpo humano en forma de compuestos de fósforo: fosfatos inorgánicos y lípidos o nucleótidos.

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Propiedades físicas

Fósforo PAGS tiene varias modificaciones alotrópicas: blanco, rojo, negro.

Obtención de fósforo P

fósforo libre PAGS obtenido a partir de fosfato de calcio natural calentándolo con arena ( SiO2) y carbón en un horno eléctrico en alta temperatura:

Propiedades químicas del fósforo - P

fósforo blanco más reactivo que el rojo.

¡Cuidado con la fosfina!

Se oxida fácilmente y se enciende espontáneamente en el aire.

Cuando se oxida, el fósforo blanco brilla en la oscuridad, la energía química se convierte en energía luminosa.

Compuestos de fósforo PAGS con metales se llaman fosfuros. Se descomponen fácilmente con agua para formar gas. fosfina (PH3).

Fosfina - PH3

4. Con un gran exceso de cloro, se forma pentacloruro de fósforo:

Óxidos y ácidos de fósforo

El fósforo se forma con el oxígeno. tres óxidos :

P2O3 - anhídrido de fósforo - óxido de fósforo (SH);

P2O5 - anhídrido fosfórico - óxido de fósforo (V);

(P2O4 es tetróxido de fósforo).

P2O3 obtenido por oxidación lenta del fósforo (con falta de oxígeno):

Cuando se expone al agua fría, forma ácido fosforoso – H3PO3.

P2O5 se forma durante la combustión de fósforo en el aire (con un exceso de oxígeno):

ácidos

anhídrido fosfórico P2O5, dependiendo de la temperatura, puede adherirse a una cantidad diferente de agua, formando ácidos de diversa composición:

De mayor importancia es orto ácido fosfórico -H3PO4.

Se puede obtener de la siguiente forma:

1. Ácido metafosfórico en ebullición:

2. Oxidación de fósforo rojo:

3. La acción del ácido sulfúrico sobre el fosfato de calcio:

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Profesor de química

Continuación. Ver en el Nº 22/2005; 1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 18, 22/2006;
3, 4, 7, 10, 11, 21/2007;
2, 7, 11, 18, 19, 21/2008;
1, 3, 10, 11/2009

ACTIVIDAD 30

10 ° grado(primer año de estudio)

Fósforo y sus compuestos

1. Posición en la tabla de D. I. Mendeleev, la estructura del átomo.

2. Cuento descubrimientos y el origen del nombre.

3. Propiedades físicas.

4. Propiedades químicas.

5. Estar en la naturaleza.

6. Principales métodos de obtención

7. Los compuestos más importantes del fósforo.

El fósforo está en el subgrupo principal del grupo V. sistema periódico D. I. Mendeleiev. Su fórmula electrónica es 1 s 2 2s 2 pags 6 3s 2 pags 3 es R-elemento. Estados de oxidación característicos del fósforo en los compuestos –3, +3, +5; el más estable es el estado de oxidación +5. En los compuestos, el fósforo se puede incluir tanto en la composición de cationes como en la composición de aniones, por ejemplo:

El fósforo obtuvo su nombre de la propiedad del fósforo blanco de brillar en la oscuridad. La palabra griega se traduce como "trayendo luz". El fósforo debe este nombre a su descubridor, el alquimista Brand, quien, fascinado por el brillo del fósforo blanco, llegó a la conclusión de que había recibido la piedra filosofal.

El fósforo puede existir en forma de varias modificaciones alotrópicas, las más estables de las cuales son el fósforo blanco, rojo y negro.

Molécula fósforo blanco (el alótropo más activo) tiene una red cristalina molecular, en cuyos nodos hay moléculas P 4 de cuatro átomos de estructura tetraédrica.

El fósforo blanco es suave, como la cera, se derrite y hierve sin descomponerse, tiene olor a ajo. En el aire, el fósforo blanco se oxida rápidamente (se vuelve verdoso), es posible la autoignición del fósforo blanco finamente disperso. Es insoluble en agua (almacenado bajo una capa de agua), pero fácilmente soluble en solventes orgánicos. Tóxico (incluso en pequeñas dosis, MPC = 0,03 mg / m 3). Tiene una actividad química muy alta. Cuando se calienta sin acceso de aire a 250-300 ° C, se convierte en fósforo rojo.

fósforo rojo es un polímero inorgánico; macromoléculas P norte Puede tener estructuras tanto cíclicas como acíclicas. Se diferencia mucho del fósforo blanco en sus propiedades: no es venenoso, no brilla en la oscuridad, no se disuelve en disulfuro de carbono y otros solventes orgánicos y no tiene una alta actividad química. A temperatura ambiente, se convierte lentamente en fósforo blanco; cuando se calienta a 200 ° C bajo presión, se convierte en fósforo negro.

fósforo negro parece grafito. Por estructura, es un polímero inorgánico, cuyas moléculas tienen una estructura en capas. Semiconductor. No venenoso. La actividad química es mucho menor que la del fósforo blanco. Resistente al aire. Cuando se calienta, se convierte en fósforo rojo.

Propiedades químicas

El más activo químicamente es el fósforo blanco (pero en la práctica prefieren trabajar con fósforo rojo). Puede exhibir las propiedades tanto de un agente oxidante como de un agente reductor en reacciones, por ejemplo:

4P + 3O 2 2P 2 O 3,

4P + 5O 2 2P 2 O 5.

Metales (+/-)*:

3Ca + 2P Ca 3 P 2 ,

3Na + PNa 3P,

Cu + P no reacciona.

No metales (+):

2P + 3I 2PI 3,

6P + 5N 2 2P 2N 5 .

Óxidos básicos (-).

Óxidos de ácido (-).

Álcalis (+):

Ácidos (no oxidantes) (-).

Ácidos oxidantes (+):

3P (cr.) + 5HNO 3 (razb.) + 2H 2 O \u003d 3H 3 PO 4 + 5NO,

P (cr.) + 5HNO 3 (conc.) H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O,

2P (cr.) + H 2 SO 4 (conc.) 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O.

Sales (-)**.

En la naturaleza, el fósforo se presenta en forma de compuestos (sales), siendo los más importantes la fosforita (Ca 3 (PO 4) 2), la clorapatita (Ca 3 (PO 4) 2 CaCl 2) y la fluorapatita (Ca 3 (PO 4) 2 CaF 2). El fosfato de calcio se encuentra en los huesos de todos los vertebrados, lo que les da fuerza.

El fósforo se obtiene en hornos eléctricos mediante la fusión de fosfato de calcio, arena y carbón sin acceso de aire:

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 + 5C 2P + 5CO + 3CaSiO 3.

Los compuestos de fósforo más importantes son: fosfina, óxido de fósforo (III), óxido de fósforo (V), ácidos fosfóricos.

Fosfin

Este compuesto de hidrógeno del fósforo, un gas incoloro con olor a pescado con ajo, es altamente tóxico. Disolveremos mal en el agua, pero disolveremos bien en los disolventes orgánicos. Mucho menos estable que el amoníaco, pero un agente reductor más fuerte. No tiene valor práctico.

Para obtener fosfina, no se suele utilizar una reacción de síntesis directa a partir de sustancias simples; La forma más común de obtener fosfina es la hidrólisis de fosfuros:

Ca 3 P 2 + 6HOH \u003d 3Ca (OH) 2 + 2PH 3.

Además, la fosfina se puede obtener por una reacción de desproporción entre el fósforo y las soluciones alcalinas:

4P + 3KOH + 3H 2 O PH 3 + KPO 2 H 2,

o de sales de fosfonio:

PH 4 I PH 3 + HOLA,

PH 4 I + NaOH PH 3 + NaI + H 2 O.

Es recomendable considerar las propiedades químicas de la fosfina desde dos lados.

Propiedades ácido-base. La fosfina forma un hidrato inestable con agua, que exhibe propiedades básicas muy débiles:

PH 3 + H 2 O PH 3 H 2 O (PH 4 OH),

PH 3 + HCl PH 4 Cl,

2PH 3 + H 2 SO 4 (PH 4) 2 SO 4.

propiedades redox. La fosfina es un fuerte agente reductor:

2PH 3 + 4O 2 P 2 O 5 + 3H 2 O,

PH 3 + 8AgNO 3 + 4H 2 O \u003d H 3 PO 4 + 8Ag + 8HNO 3.

O x i d f o s for a (III)

Óxido P 2 O 3 (fórmula verdadera - P 4 O 6) es una sustancia cristalina blanca, un óxido ácido típico. Cuando interactúa con el agua en frío, forma ácido fosforoso (fuerza media):

P 2 O 3 + 3H 2 O \u003d 2H 3 PO 3

Dado que el ácido fosforoso es dibásico, la interacción del trióxido de fósforo con los álcalis forma dos tipos de sales: hidrofosfitos y dihidrofosfitos.

Por ejemplo:

P 2 O 3 + 4NaOH \u003d 2Na 2 HPO 3 + H 2 O,

P 2 O 3 + 2NaOH + H 2 O \u003d 2NaH 2 PO 3.

El dióxido de fósforo P 2 O 3 es oxidado por el oxígeno atmosférico a pentóxido:

PAG 2 O 3 + O 2 PAG 2 O 5 .

El trióxido de fósforo y el ácido fosforoso son agentes reductores bastante fuertes. El óxido de fósforo (III) se obtiene por oxidación lenta del fósforo en ausencia de oxígeno:

4P + 3O 2 2P 2 O 3 .

Óxido de fósforo(V) y ácidos fosfóricos

pentóxido de fósforo P 2 O 5 (fórmula verdadera - P 4 O 10) es una sustancia cristalina higroscópica blanca. En los estados sólido y gaseoso, la molécula existe en forma de dímero y, a altas temperaturas, se monomeriza. Un óxido ácido típico. Es muy soluble en agua, formando una serie de ácidos fosfóricos:

metafosfórico:

P 2 O 5 + H 2 O \u003d 2HPO 3

pirofosfórico (difosfórico):

P 2 O 5 + 2H 2 O \u003d H 4 P 2 O 7

ortofosfórico (fosfórico):

P 2 O 5 + 3H 2 O \u003d 2H 3 PO 4

El pentóxido de fósforo exhibe todas las propiedades características de los óxidos ácidos, por ejemplo:

P 2 O 5 + 3H 2 O \u003d 2H 3 PO 4,

P2O5 + 3CaO2Ca3 (PO4)2;

puede formar tres tipos de sales:

Las propiedades oxidantes no son típicas para él, porque. El estado de oxidación +5 es muy estable para el fósforo. El pentóxido de fósforo se obtiene quemando fósforo en una cantidad suficiente de oxígeno:

4P + 5O 2 2P 2 O 5 .

Ácido ortofosfórico H 3 RO 4 es una sustancia cristalina incolora, muy soluble en agua, higroscópica. Es un ácido tribásico de fuerza media; no tiene propiedades oxidantes pronunciadas. Muestra todas las propiedades químicas propias de los ácidos, forma tres tipos de sales (fosfatos, hidrofosfatos y dihidrofosfatos):

2H 3 PO 4 + 3Ca = Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2,

H 3 PO 4 + Cu,

2H 3 PO 4 + 3CaO = Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 O,

2H 3 PO 4 + K 2 CO 3 \u003d 2KH 2 PO 4 + CO 2 + H 2 O.

En la industria, el ácido fosfórico se obtiene por extracción:

Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 SO 4 \u003d 2H 3 PO 4 + 3CaSO 4,

así como el método térmico:

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 + 5C 3СaSiO 3 + 2P + 5CO,

4P + 5O 2 2P 2 O 5,

P 2 O 5 + 3H 2 O \u003d 2H 3 PO 4.

Los métodos de laboratorio para la obtención de ácido fosfórico incluyen la acción del ácido nítrico diluido sobre el fósforo:

3P (cr.) + 5HNO 3 (razb.) + 2H 2 O \u003d 3H 3 PO 4 + 5NO,

interacción del ácido metafosfórico con el agua cuando se calienta:

HPO 3 + H 2 O H 3 PO 4 .

En el cuerpo humano, el ácido ortofosfórico se forma por hidrólisis del trifosfato de adenosina (ATP):

ATP ADP + H 3 PO 4.

Reacción cualitativa al ion fosfato es la reacción con el catión plata; se forma un precipitado amarillo, insoluble en medios ligeramente ácidos:

3Ag ++ \u003d Ag 3 PO 4,

3AgNO 3 + K 3 PO 4 = Ag 3 PO 4 + 3KNO 3.

Además de los ácidos fosfóricos anteriores (que contienen fósforo en el estado de oxidación +5), se conocen muchos otros ácidos que contienen oxígeno para el fósforo. Estos son algunos de los representantes más importantes.

Fosforoso(HPO 2 H 2) es un ácido monobásico de fuerza media. Su segundo nombre es fosfina:

Las sales de este ácido se denominan hipofosfitos o fosfitos, por ejemplo KPO 2 H 2 .

Fosforoso(H 3 RO 3) - ácido dibásico de fuerza media, ligeramente más débil que el hipofósforo. También tiene un segundo nombre - fosfónico:

Sus sales se denominan fosfitos o fosfonatos, por ejemplo K 2 PO 3 H.

difosfórico (pirofosfórico)(H 4 P 2 O 7) - un ácido tetrabásico de fuerza media, ligeramente más fuerte que el ortofosfórico:

Las sales son difosfatos, por ejemplo K 4 P 2 O 7.

Prueba sobre el tema "Fósforo y sus compuestos"

1. Elimine el elemento "extra" de los enumerados según el principio de la posibilidad de formar modificaciones alotrópicas:

a) oxígeno; b) nitrógeno;

c) fósforo; d) azufre.

2. Al interactuar 42,6 g de anhídrido fosfórico y 400 g de una solución de hidróxido de sodio al 15 %, se forma lo siguiente:

a) fosfato de sodio;

b) hidrógeno fosfato de sodio;

c) una mezcla de fosfato e hidrogenofosfato de sodio;

d) una mezcla de hidrogeno y dihidrógeno fosfato de sodio.

3. La suma de los coeficientes en la ecuación. disociación electrolítica el fosfato de potasio es:

a) 5; b) 3; a las 4; d) 8.

4. El número de electrones en el nivel exterior del átomo de fósforo:

a) 2; b) 3; a las 5; d) 15.

5. El fósforo, obtenido a partir de 33 g de fosfato cálcico técnico, se quemó en oxígeno. El óxido de fósforo (V) formado reaccionó con 200 ml de solución de hidróxido de sodio al 10% (densidad 1,2 g/ml) para formar una sal media. La masa de impurezas en la muestra técnica de fosfato de calcio (en g) es:

a) 3,5; b) 1,5; en 2; d) 4.8.

6. El número de enlaces en una molécula de ácido pirofosfórico:

a) 2; b) 12; c) 14; d) 10.

7. El número de átomos de hidrógeno contenidos en 4,48 L (N.O.) de fosfina es:

a) 1,2 10 23; b) 0,6 10 23;

c) 6,02 10 23; d) 3,6 10 23 .

8. A una temperatura de 30 ° C, una determinada reacción se lleva a cabo en 15 s, y a 0 ° C, en 2 minutos. Coeficiente de Van't Hoff para esta reacción:

a) 2,4; b) 2; c) 1,8; d) 3.

9. El ácido ortofosfórico puede reaccionar con las siguientes sustancias:

a) óxido de cobre (II); b) hidróxido de potasio;

c) ácido nítrico; d) zinc.

10. La suma de los coeficientes en la reacción entre el fósforo y la sal de Bertolet es:

a) 9; b) 6; c) 19; d) tal reacción es imposible.

clave de la prueba

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
b	en	a	en	en	b	GRAMO	b	un, b, d	en

Tareas y ejercicios para el fósforo y sus compuestos

Cadenas de rotaciones:

1. Fósforo -> pentóxido de fósforo -> ácido fosfórico -> fosfato de calcio ® ácido fosfórico.

2. Fosfato de calcio -> fósforo -> fosfuro de calcio -> fosfina -> pentóxido de fósforo -> ácido fosfórico -> dihidrógeno fosfato de calcio.

3. Fosfato de calcio -> A -> B -> C -> D -> E -> fosfato de calcio. Todas las sustancias contienen fósforo, en el esquema hay tres OVR seguidos.

4. Fósforo -> pentóxido de fósforo -> fosfato de calcio -> fósforo -> fosfina -> ácido fosfórico -> dihidrógeno fosfato de calcio.

5. Fosfuro de calcio (+ solución de ácido clorhídrico) -> A (+ oxígeno) -> B (+ hidróxido de sodio, deficiencia) -> C (+ hidróxido de sodio, exceso) -> D (+ hidróxido de calcio) -> E.

Un nivel

1. Con la combustión completa de 6,8 g de la sustancia, se obtuvieron 14,2 g de pentóxido de fósforo y 5,4 g de agua. A los productos de reacción obtenidos se añadieron 37 ml de solución de hidróxido de sodio al 32% (densidad 1,35 g/ml). Establezca la fórmula de la sustancia inicial y determine la concentración de la solución resultante.

Solución

Ecuación de reacción:

(P 2 O 5) = 0,1 mol, (H 2 O) = 0,3 mol.

(P) = 0,2 mol, (H) = 0,6 mol.

m(P) = 6,2 g, metro(H) = 0,6 g.

metro= 6,8 g.

(P): (H) = 0,2: 0,6 = 1: 3.

Por lo tanto, la fórmula de la sustancia de partida es PH 3, y la ecuación de reacción:

entonces se forma ácido fosfórico:

(H 3 PO 4) \u003d 2 (P 2 O 5) \u003d 0,2 mol.

Con álcali, el ácido fosfórico puede reaccionar de la siguiente manera:

Determinemos la cantidad de sustancia NaOH según la condición del problema:

(H 3 PO 4): (NaOH) \u003d 0.2: 0.4 \u003d 1: 2,

por lo que se lleva a cabo la reacción 2.

(Na 2 HPO 4) \u003d (H 3 PO 4) \u003d 0.2 mol;

metro(Na2HPO4) = METRO(Na2HPO4) (Na2HPO4) = 142 0,2 ​​= 28,4 g;

metro(r-ra) = metro(P 2 O 5) + metro(H2O) + metro(p-ra NaOH) \u003d 14.2 + 5.4 + 37 1.35 \u003d 69.55 g.

(Na2HPO4) = metro(Na2HPO4)/ metro(solución) = 28,4 / 69,55 = 0,4083, o 40,83 %.

Responder. PH 3 ; (Na2HPO4) = 40,83%.

2. Con electrólisis completa de 1 kg de solución de sulfato de hierro (II), se liberaron 56 g de metal en el cátodo. ¿Qué masa de fósforo puede reaccionar con la sustancia liberada en el ánodo y cuál será la composición de la sal si el producto de reacción resultante se disuelve en 87,24 ml de una solución de hidróxido de sodio al 28 % (densidad de la solución 1,31 g/ml)?

Responder. 12,4 g de fósforo; fosfato ácido de sodio.

3. Se disolvieron en agua 20 g de una mezcla de sulfato de bario, fosfato de calcio, carbonato de calcio y fosfato de sodio. La masa de la parte insoluble fue de 18 g Bajo la acción del ácido clorhídrico sobre ella se liberaron 2.24 l de gas (n.o.) y la masa del residuo insoluble fue de 3 g Determinar la composición en masa de la mezcla inicial de sales .

Responder. Na3PO4 - 2 g; BaCO3 - 3 g;
CaCO3 - 10 g; Ca3 (PO4) 3 - 5 g.

4. ¿Cuántos kg de fósforo se pueden obtener de 1 tonelada de fosforita que contiene 40% de impurezas? ¿Cuál es el volumen en n.o. tomar fosfina derivada de este fósforo?

Responder. 120 kg P; 86.7 m 3 PH 3 .

5. Se mezclaron 40 g de un mineral que contenía 77,5% de fosfato de calcio con un exceso de arena y carbón y se calentó sin aire en un horno eléctrico. Recibió cuestión simple disuelto en 140 g de ácido nítrico al 90%. Determine la masa de hidróxido de sodio requerida para neutralizar completamente el producto de oxidación de una sustancia simple.

Responder. 24 g de NaOH.

Nivel B

1. Para neutralizar completamente la solución obtenida por hidrólisis de 1,23 g de algo de haluro de fósforo, se requirieron 35 ml de una solución de hidróxido de potasio 2M. Determine la fórmula para el haluro.

Responder. Trifluoruro de fósforo.

2. Una muestra de etanol anhidro que contenía 0,5% de óxido de fósforo (V) como impureza se quemó en suficiente oxígeno. Los gases resultantes se separaron y la solución resultante se calentó hasta que cesó el desprendimiento de gas, después de lo cual se le añadió una solución de hidróxido de potasio al 0,5% de igual masa. Determine las fracciones de masa de las sustancias en la solución resultante.

Responder. K2HPO4 - 0,261%;
KH2PO4 - 0,204%.

3. A 2 g de una mezcla de hidrofosfato y dihidrogenofosfato de potasio, en la que la fracción másica de fósforo es del 20 %, se añadieron 20 g de una solución de ácido fosfórico al 2 %. Calcule las fracciones de masa de las sustancias en la solución resultante.

Responder. KH2PO4 - 9,03%;
K 2 HPO 4 (restante) - 1,87%.

4. Cuando una mezcla de hidruro y fosfuro de un metal alcalino con fracciones de masa iguales se trató con agua, se mezcla de gases con una densidad de nitrógeno de 0.2926. Determine qué metal se incluyó en los compuestos.

Responder. Sodio.

5. Se calcinaron 50 g de una mezcla de fosfato cálcico y carbonatos cálcicos y amónicos, resultando 25,2 g de un residuo sólido, al que se adicionó agua y luego se pasó un exceso de dióxido de carbono. La masa del residuo no disuelto fue de 14 g Determine la masa de carbonato de amonio en la mezcla inicial.

Solución

Cuando la mezcla se calcina, tienen lugar los siguientes procesos:

1) Ca3 (PO4)2;

2)

3) (NH 4) 2 CO 3 2NH 3 + CO 2 + H 2 O.

En el residuo sólido - Ca 3 (PO 4) 2 y CaO.

Después de agregar agua:

4) Ca 3 (PO 4 ) 2 + H 2 O;

5) CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2.

Después de pasar el dióxido de carbono:

6) Ca (OH) 2 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2.

El residuo no disuelto es Ca 3 (PO 4) 2, por lo tanto, metro(Ca 3 (PO 4) 2) = 14 g.

Encuentre la masa de CaO:

metro(CaO) \u003d 25.2 - 14 \u003d 11.2 g.

(CaO) \u003d 11.2 / 56 \u003d 0.2 mol,

(CaCO3) \u003d (CaO) \u003d 0,2 mol,

metro(CaCO3) \u003d 0.2 100 \u003d 20 g.

metro(NH 4 ) 2 CO 3 = metro(mezclas) - metro(Ca 3 (PO 4) 2) - metro(CaCO3) \u003d 50 - 14 - 20 \u003d 16 g.

Responder. metro(NH 4) 2 CO 3 \u003d 16 g.

Tareas cualitativas

1. El compuesto A sólido, blanco y altamente soluble en agua es un ácido. Cuando se agrega óxido B a una solución acuosa A, se forma un compuesto blanco e insoluble en agua C. Como resultado de la calcinación de la sustancia C a alta temperatura en presencia de arena y carbón, se forma una sustancia simple que forma parte de A. Identificar las sustancias, escribir ecuaciones de reacción.

Responder. Sustancias: A - H 2 PO 4, B - CaO,
C-Ca3 (PO4)2.

2. Una mezcla de dos sólidos rojos (A) y el color blanco(B) se enciende con poca fricción. La reacción produce dos sólidos blancos, uno de los cuales (C) se disuelve en agua para formar una solución ácida. Si se agrega óxido de calcio a la sustancia C, se forma un compuesto blanco insoluble en agua. Identificar sustancias, escribir ecuaciones de reacción.

Responder. Sustancias: A - P (cr.), B - KClO 3,
C - P 2 O 5.

3. El compuesto insoluble en agua A de color blanco, como resultado de la calcinación a alta temperatura con carbón y arena en ausencia de oxígeno, forma una sustancia simple B, que existe en varias modificaciones alotrópicas. Cuando se quema la sustancia B, se forma el compuesto C, que se disuelve en agua para formar el ácido E, que es capaz de formar tres tipos de sales. Identificar sustancias, escribir ecuaciones de reacción.

Responder. Sustancias: A - Ca 3 (PO 4) 2, B - P,
C - P 2 O 5, E - H 3 PO 4.

* El signo +/– significa que esta reacción no procede con todos los reactivos o bajo condiciones específicas.

** De interés es la reacción redox (ORD) que ocurre cuando se encienden los fósforos:

Continuará

La historia sobre los compuestos gaseosos del fósforo, y en primer lugar sobre la fosfina, probablemente debería comenzar con las palabras: “la luz parpadeante que aparece en los pantanos (las famosas “luces errantes”) es el resultado de la ignición espontánea de la fosfina”. Pues bien, la siguiente definición es ya de sentido enciclopédico: “la fosfina, o fosfuro de hidrógeno (PH 3) es un gas incoloro y de olor desagradable (pescado podrido, ajo o carburo industrial), venenoso, formado durante la reducción bioquímica del ácido fosfórico ésteres, principalmente en condiciones anaeróbicas, es decir, sin acceso al oxígeno.

Compuestos de fósforo en la naturaleza.

Hay muchos otros compuestos organofosforados gaseosos en la naturaleza, en cuyas moléculas el átomo de fósforo P está conectado al átomo de carbono C. Hay miles de ellos. Muchos de ellos forman parte de los ecosistemas, incluidas las células vivas de las plantas y los microorganismos. El mayor grupo de compuestos con enlaces C-P se descubrió hace unos cincuenta años en objetos vivos.

También hay fosfonatos en los suelos, derivados de compuestos organofosforados con enlaces C-P conservados. Es cierto que son pocos, no más del 1-2% del fósforo contenido en la materia orgánica, por lo tanto, no siempre se pueden detectar en tierras de cultivo, pero en suelos pantanosos y prados su contenido aumenta a 3-4%.

En condiciones normales (aeróbicas), los compuestos naturales de fósforo orgánico y mineral son fosfatos (ortofosfatos). Hay muchos de ellos. Para fosfatos orgánicos, Conexión C-O-R, en otras palabras, el carbono y el fósforo están conectados a través de un átomo de oxígeno.

Uno de los asombrosos misterios de la naturaleza es que los fosfatos orgánicos en los sistemas vivos (por ejemplo, en algas y microorganismos) no se sintetizan y descomponen arbitrariamente, sino de acuerdo con la regla de la "sección de oro", obedeciendo una cierta ley descrita por la famosa serie de Números de Fibonacci (1, 1, 2, 3, 5, 8...), en los que cada término siguiente es igual a la suma de los dos anteriores. La armonía de la naturaleza se manifiesta aquí incomprensiblemente en la acumulación y consumo de energía y materia (en particular, fósforo) en los ecosistemas, descrita por una relación que viene dada aproximadamente por el clásico coeficiente de la “sección áurea” de 1.618 (5/3, 8 /5, 13/8, etc.), etc.), es decir, el 62% de los compuestos mencionados deben ligarse y acumularse, y solo el 38% debe destruirse o volatilizarse. Estos patrones afectan posteriormente a la acumulación de humus, y al ciclo del fósforo y nitrógeno, y a los flujos gaseosos determinados por las emisiones y "sumideros" de dióxido de carbono CO 2, y la "respiración" del suelo (la liberación de CO 2 y la asimilación de oxígeno O 2). De hecho, en la naturaleza hay fluctuaciones en los valores numéricos de esta relación dentro de 1.3-1.7. Pero, como se señala más de una vez en los escritos del autor y otros científicos, resulta mucho más terrible que razón principal desviaciones e incluso violaciones de este patrón se ha convertido en actividad antropogénica.

Algunos expertos ya han llamado la atención sobre el hecho de que nos pueden acechar nuevos peligros si esta relación tiende a la unidad, es decir, la acumulación y la descomposición proceden con la misma intensidad, como sucede, por ejemplo, en el ciclo del carbono, donde debido a "intervención" de la economía global, el océano y la biosfera ahora absorben sólo la mitad de las emisiones de carbono (62% debería ser).

Pero volvamos a la fosfina y sus derivados, es decir, a aquellos compuestos organofosforados en los que se encuentran diversos elementos (nitrógeno, azufre, silicio, molibdeno, etc.) y sus complejos junto con el fósforo y el carbono. En condiciones favorables para el crecimiento de microorganismos (en particular, en las condiciones de los pantanos y la tundra durante el calentamiento observado), los compuestos organofosforados se descomponen con la ayuda de la enzima (catalizador) C-P-liasa. Ahora se encuentra en 9 grupos de bacterias que se alimentan de fósforo, extrayéndolo de la descomposición de los compuestos organofosforados. Pero los hongos y las levaduras, que representan del 50 al 70 % de la microflora total de los ecosistemas, no descomponen estos compuestos. Por el contrario, los protozoos, moluscos y hongos las sintetizan. Los hongos pueden crecer incluso en concentraciones bastante altas de fosfina, solo su micelio se vuelve amarillo.

Aplicación, propiedades, peligros

La fosfina es venenosa (una concentración peligrosa que puede causar la muerte es de 0,05 mg/l), ya una concentración de 2000 ml/m 3 (2 l/m 3, o 2 10 -3) provoca la muerte instantánea. Se encuentra principalmente en la agricultura durante la desinfección de graneros y la protección contra garrapatas y otras plagas durante el transporte de cultivos, especialmente cultivos de cereales. Anteriormente, se usaba activamente contra ratas y ratones en graneros. En Australia, recurren a su ayuda incluso en la lucha contra los conejos que se reproducen demasiado rápido. Además, una serie de herbicidas e insecticidas contienen compuestos organofosforados a base de fosfina y sus derivados. Y, por último, en los últimos tiempos se ha hecho cada vez más necesario abordarlo en relación con la destrucción a gran escala armas químicas, que prevé la neutralización de compuestos organofosforados venenosos de sarín y soman - derivados de fosfina.

La fosfina pura (sin impurezas) se enciende a una temperatura de 150 ° C, se quema con la formación de ácido fosfórico tóxico, pero en presencia de impurezas de difosfina P 2 H 4 o fósforo gaseoso P 4 puede encenderse espontáneamente en el aire. La reacción de fosfina con oxígeno (así como la oxidación de metano similar - CH 4 y silano - SiH 4) se refiere a reacciones de cadena ramificada. reacciones químicas, es decir, fluye más rápido y puede provocar una explosión. La oxidación de la fosfina ocurre a temperatura ambiente, pero el gas puede ser estable a baja temperatura. La oxidación de la fosfina se puede acelerar irradiándola con luz ultravioleta. Su autoignición en el aire es posible a concentraciones de 1,7-1,9% (17-19 l/m 3), o 26-27 g/m 3. Por lo tanto, en los ecosistemas de pantanos, a menudo hay que lidiar no solo con los "incendios callejeros" mencionados, sino también con la combustión espontánea (por cierto, los incendios de turba generalizados son de la misma naturaleza).

Para la fumigación (para eliminar los almacenamientos de granos y productos agrícolas de los ácaros y otras plagas), generalmente se usan fosfuros, en particular, compuestos de fósforo con metales. Al reaccionar con la humedad del aire, los fosfuros liberan fosfina. Las tabletas y cintas que contienen fosfuros se colocan en las instalaciones de almacenamiento a razón de 9 g/t de grano u otros productos sujetos a almacenamiento a largo plazo, incluso se agregan a las manzanas. Se cree que la fosfina se volatiliza cuando se airea, aunque según los datos disponibles en la literatura científica, hasta el 13 % del gas venenoso se absorbe en el grano forrajero. ¡¿No debería esta sola circunstancia hacer que uno trate tal "desinfección" con extrema precaución?!

Ahora, para la fumigación de granos durante el transporte y el almacenamiento, se permite el uso de dos compuestos: metilbromo y metilfosfina, y el primero es un orden de magnitud menos tóxico (y efectivo) que el segundo. Usando este último, se supone tácitamente que la fosfina venenosa, después de ser absorbida por el contenido de la bóveda, se extrae y volatiliza milagrosamente, envenenando solo a las garrapatas y otras plagas. Parece que antes no era costumbre pensar en cómo esta imagen corresponde a la realidad. Mientras tanto, hace casi medio siglo, se descubrió que la metilfosfina (una mezcla de dos gases: metano CH 4 y fosfina PH 3) es extremadamente tóxica, casi como la propia fosfina.

Metano y fosfina en la biosfera

No es ningún secreto que el metano emitido por los pantanos es considerado uno de los principales gases de efecto invernadero y sigue siendo objeto de activa discusión e investigación en relación con los problemas del cambio climático global. Por desgracia, en Rusia su concentración en la atmósfera se determina solo en una estación meteorológica (Teriberka en la península de Kola). ¡Pero no estaría de más medirlo sobre los pantanos siberianos!

Como es sabido, se han conservado enormes reservas de metano (7·10 11 -3·10 13 toneladas) en las profundidades de la tierra, y 4·10 11 toneladas de ellas se encuentran en la zona de permafrost ártico. En tierra, el metano se encuentra en compuestos orgánicos de pantanos, sedimentos y detritos, y en el Océano Mundial, en hidratos de gas que se encuentran debajo del fondo, en condiciones de bajas temperaturas. En el Informe sobre Cambio Climático de la ONU, los expertos informan que en Siberia, la liberación de metano de los pantanos y el permafrost en últimos años está creciendo rápidamente. La máxima emisión de metano de los suelos de la tundra se alcanza a 8-10°C, ya 5°C prevalece su oxidación a CO 2 y agua. Se forma en todos los horizontes del suelo. Como resultado de estudios recientes, resultó que, por ejemplo, nuestra tundra arbustiva del sur (cerca de Vorkuta) sirvió como sumidero de carbono solo dos de los últimos cinco años.

Esta es una tendencia bastante peligrosa, especialmente si tenemos en cuenta que nuestro país representa 2/3 de todos los pantanos de la Tierra. Nuestras áreas de humedales superan el área de todas las tierras agrícolas: según datos de 2003, 343 millones de hectáreas de pantanos (de las cuales 130 millones de hectáreas no están cubiertas de bosques) y 221 millones de hectáreas de tierras agrícolas (de las cuales 123 millones de hectáreas son tierra cultivable).

Y así es como los empleados de la Universidad Estatal de Moscú evaluaron la liberación de metano en 2007 según los resultados de las mediciones en los pantanos de la región de Tomsk. Según sus estimaciones, el valor medio del flujo de metano era de unos 10 mg/m 2 por hora. En verano se pueden soltar 2,4 kg/ha por día y 432 kg/ha por temporada (6 meses). Y de 130 millones de hectáreas de pantanos: casi 60 millones de toneladas La oxidación de tal cantidad de metano requerirá el doble de oxígeno: 120 millones de toneladas.

El principal efecto “secundario” de la emisión de metano debe reconocerse como el hecho de que en los ecosistemas de tundra y pantanos a bajas temperaturas, el metano no solo representa una buena cantidad de carbono que puede cambiar significativamente su contenido en la atmósfera, sino que también está estrechamente asociado con compuestos organofosforados, que están invariablemente presentes en plantas, microflora de pantanos y sedimentos (principalmente debido a la mencionada conexión C-P). Y su aislamiento de aquellos lugares donde se sintetizó previamente, debido a la intensificación de los procesos de fermentación bioquímica con el aumento de la temperatura, se produce sobre todo debido a la descomposición de compuestos a base de fosfina. En otras palabras, los gases CH 4 y PH 3 se emiten en paralelo. Mientras tanto, mientras los ambientalistas y climatólogos solo están monitoreando los cambios en el contenido de CO 2 y CH 4 en la atmósfera, nadie tiene en cuenta el contenido de PH 3. ¡Pero en vano!

Esta omisión se debe, en parte, a que solo unos pocos expertos conocen métodos para medir el contenido de fósforo en la atmósfera en estado gaseoso. Después de todo, incluso en mundo cientifico todavía existe la opinión de que el fósforo en la naturaleza existe principalmente en forma de fosfatos y después de la hidrólisis Conexiones P-O-R, P-O-C e incluso P-C se convierte en un sólido. Los flujos de fósforo a la atmósfera en forma de compuestos volátiles del tipo PH 3 se consideran insignificantes y se desprecian. Determinar el contenido de fósforo liberado a la atmósfera con fosfina utilizando solo los métodos habituales utilizados para detectar fósforo en compuestos sólidos distorsiona significativamente la imagen real del ciclo del fósforo en los ecosistemas. Al mismo tiempo, se ignora la aparición de fosfina venenosa y espontáneamente combustible en la atmósfera.

Amenaza de la fosfina: estimaciones simples

Mientras tanto, la evaluación cuantitativa más simple de la liberación de fosfina en los ecosistemas se puede obtener estudiando áreas inundadas de agua, simulando praderas de agua o arrozales. Como se estableció en la Academia Agrícola de Moscú, retenida en 1926. K. A. Timiryazev, una serie de seis experimentos realizados en condiciones estrictamente controladas, 9,7 mg de fósforo de 1 kg de suelo por hora pasan a la forma gaseosa (fosfina). Un cálculo no demasiado complicado da 2,13 kg/ha por día. ¡Pero esto es casi tanto como el metano que se libera de los pantanos! Por lo tanto, para la temporada obtenemos 383 kg/ha, y de toda el área de pantanos sin árboles (130 millones de hectáreas) - alrededor de 50 millones de toneladas de PH 3 . Sobre su oxidación a ácido fosfórico según la fórmula

PH 3 + 2O 2 → H 3 PO 4

es fácil ver que se requerirá el doble de oxígeno: casi 100 millones de toneladas (para el metano, estos valores fueron 60 y 120 millones de toneladas, respectivamente).

Una confirmación indirecta de la liberación de fosfina de los suelos es el estudio de los flujos de fósforo en los arrozales: desde la siembra hasta la cosecha, la pérdida de fósforo en los suelos inundados es de 3 a 8 veces mayor que su contenido en el grano y la paja. La extracción máxima de Р 2 O 5 alcanza los 100 kg/ha. Los compuestos orgánicos de fósforo se excretan de los suelos 4 veces más que los almacenados en las plantas. La pérdida total de fósforo de la capa superior del suelo (20 cm), según diversas estimaciones, es de 960-2940 kg/ha. Hay pruebas de que cuando se cultiva arroz en testigos inundados durante 32 años, más de la mitad del humus se pierde del suelo y, por supuesto, se lleva a cabo el nitrógeno y el fósforo.

Esto también puede ocurrir debido a la liberación de sus formas gaseosas: amoníaco (NH 3) y fosfina (PH 3). Desde hace tiempo se sabe que, en términos de propiedades químicas, son análogos estructurales químicos. Repito, la determinación de fósforo y nitrógeno solo en forma mineral, ignorando los componentes gaseosos, no refleja los verdaderos procesos en los ecosistemas, especialmente en condiciones anaeróbicas. En particular, en estudios recientes se ha obtenido confirmación directa de que el fósforo se libera junto con el metano en los ecosistemas pantanosos.

Volviendo a las discusiones sobre la posible subestimación del contenido de fosfina en la atmósfera, cabe señalar que no solo los pantanos del norte o los trópicos, sino también las extensas plantaciones de arroz (principalmente en India, China, Japón y los países del sudeste asiático ) puede hacer una contribución bastante tangible.

En la literatura científica hay evidencia de que con las precipitaciones caen al suelo hasta 3,5 kg/ha de fósforo. En otras palabras, esto es solo alrededor del 1% del fósforo que se estima que se elimina de los sistemas pantanosos o suelos inundados por la fosfina a la atmósfera (383 kg/ha), el 99% restante parece oxidarse, precipitarse o descomponerse rápidamente. (por ejemplo, como resultado de la hidrólisis) en las capas superficiales del aire, la litosfera y la biosfera, asegurando la redistribución del fósforo en la superficie de la tierra.

Por supuesto, la fosfina, como el metano, está en la atmósfera, pero hay que admitir que el ciclo del fósforo se ha estudiado mucho peor que el ciclo del nitrógeno o del carbono. Los compuestos de fósforo altamente activos en presencia de oxígeno se convierten rápidamente en complejos neutros, fosfatos "inofensivos". Además, el fósforo suele ser escaso en los ecosistemas, es decir, está presente en bajas concentraciones. Por lo tanto, repito, los intentos de tener en cuenta el fósforo solo en forma de fosfatos pueden conducir a una distorsión notable de su verdadero papel en los ecosistemas. Y a lo que puede conducir una subestimación de este papel se puede ver claramente, por ejemplo, en pantanos previamente drenados sin pensar, que se encienden fácilmente en años secos debido al metano (CH 4), silano (SiH 4) y fosfina (PH 3).

De acuerdo con los resultados de las mediciones en la estación meteorológica Teriberka mencionada anteriormente, se descubrió que en 1990 se emitieron a la atmósfera 48,8 millones de toneladas de metano desde el territorio de Rusia (recuerde, nuestras estimaciones para toda el área de pantanos sin árboles ascendió a unos 60 millones de toneladas). Para 1996-2003 la concentración más alta se registró en 2003. Este año fue el más cálido para toda Rusia, especialmente en verano y otoño en las zonas de pantanos y tundra (Yakutia, Siberia occidental): en promedio, la temperatura aquí resultó ser casi 6 ° C más alta que la de largo plazo. Bajo estas condiciones, se observó simultáneamente una disminución de verano en el contenido de ozono O 3 aguas arriba sobre el norte de Rusia en un 5-10%. Pero en verano, aquí también se aceleran los procesos de fotosíntesis y la formación de oxígeno. Por lo tanto, es obvio que el ozono se consumió intensamente aquí para oxidar la mayor cantidad de metano y fosfina en las condiciones cálidas de 2003.

De la fosfina al oxígeno: algunas estadísticas y filosofía

No es ningún secreto que debido a los recursos biológicos más ricos, Rusia ya se ha acostumbrado a ser considerada el donante de oxígeno del mundo. Según los expertos, en su territorio se forman anualmente 8130 millones de toneladas de O 2 . Parece que no pecaremos demasiado contra la verdad, asumiendo que el proceso de fotosíntesis, que es responsable de la formación de esta masa de oxígeno, obedece a la mencionada "ley de la armonía universal", la regla de la "sección dorada". . Después de todo, se gastan 1,47 toneladas de dióxido de carbono, 0,6 toneladas de agua y 3,84 Gcal de energía solar en la formación de 1 tonelada de materia orgánica durante la fotosíntesis y se liberan 1,07 toneladas de oxígeno. La relación entre la cantidad de CO 2 absorbido y el O 2 liberado (1,47: 1,07) no es tan diferente del "dorado".

Según algunas estimaciones publicadas, el consumo de oxígeno en Rusia (respiración, combustión de combustible y otras necesidades industriales) es de 2784 millones de toneladas. Luego, su "producción" por parte de Rusia supera su consumo en 5346 millones de toneladas. Pero en otros cálculos, que tienen en cuenta el consumo de oxígeno por microflora (anteriormente suelo total) para "respirar", el exceso ruso de producción de oxígeno sobre su consumo ya es un orden de magnitud menor: 560 millones de toneladas de gas y oxígeno consumido. En terrenos vírgenes, el valor de este valor es cercano a 1,58, y en terrenos cultivables fluctúa entre 1,3-1,75, es decir, el oxígeno se gasta "económicamente" (42-37%) en el proceso de "respiración" del suelo (42-37%) y se libera más dióxido de carbono (58-63%). Si partimos del valor promedio de la "sección dorada" de 1.52 para la relación CO 2: O 2, entonces con la emisión de CO 2 de los suelos de Rusia se consumen 10409 millones de toneladas de oxígeno, otros 6848 millones de toneladas de oxígeno para la "respiración" de los suelos rusos (estimaciones de 2004 basadas en datos empleados del Instituto de Problemas Fundamentales de Biología de la Academia Rusa de Ciencias, en particular, V. N. Kudeyarov).

También se observa una especie de "proporción áurea" entre el sumidero de CO 2 y su emisión a escala de Rusia. La relación entre el sumidero, que es de 4450 millones de toneladas por año (en términos de carbono), y la emisión (2800 millones de toneladas, en las mismas unidades) resulta ser igual a 1,59, es decir, sorprendentemente cerca de "dorado". Bueno, mientras no haya exceso de CO 2 sobre Rusia en su conjunto, nuestros ecosistemas absorben más de lo que emitimos, nuestros bosques nos salvan y cubren nuestros “pecados”. Pero en los últimos años (principalmente en el norte), se ha observado cada vez más que los ecosistemas no pueden hacer frente al "plan" de absorción y se viola la proporción indicada.

Sin embargo, es mucho más importante que, como se desprende de una serie de estimaciones, en Rusia el consumo total de oxígeno por año para nuestras necesidades (2784 millones de toneladas), la respiración del suelo (6848 millones de toneladas) y la oxidación de metano y fosfina (220 millones de toneladas) se acerca a los 10 000 millones de toneladas, que son casi 2 000 millones de toneladas más de lo que producen todos nuestros bosques. Y este triste equilibrio me parece un problema mucho más grave que el esperado comercio de cuotas. En aras de la conservación ambiente y la biosfera del planeta, cuyos recursos gastamos hoy un 25% más de lo que tienen tiempo de recuperar, finalmente debemos darnos cuenta de que sin limitar el consumo, nosotros y nuestros descendientes simplemente no podemos sobrevivir. Y por último, pero no menos importante, se trata de oxígeno. Parece haber mucho en la atmósfera (21%), pero no se debe permitir que se consuma más en la Tierra de lo que se produce.

Resumiendo

No es ningún secreto que en los últimos 100 años, como resultado de la actividad humana irreflexiva y de ignorar las leyes de la naturaleza, las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera (y su contenido allí), según diversas estimaciones, han aumentado en un 25-35%. . Una de las consecuencias mal calculadas del calentamiento global puede ser una fuerte intensificación de los procesos bioquímicos en áreas naturales de pantanos y permafrost. Al mismo tiempo, la emisión no solo de metano (esto ya es casi obvio) puede aumentar considerablemente, sino también de gases poco estudiados en cuanto a su efecto sobre la biosfera: amoníaco, silano y fosfina, que requerirán mucho Oxígeno para oxidación y neutralización. Pero tampoco hay efectos de retroalimentación completamente analizados (por ejemplo, una liberación más intensa de metano acelerará un mayor aumento en la concentración de CO 2 en la atmósfera, lo que, a su vez, puede conducir a una fuerte desaceleración de la fotosíntesis). Como se desprende de estudios recientes, el papel compensatorio de la fotosíntesis en los bosques boreales se debilitó notablemente en la década de 1990. Pero antes se estableció firmemente que los árboles en todas las latitudes contribuían de manera confiable a la fotosíntesis y la asimilación de CO 2 . ¡Tendencia peligrosa! Y los ejemplos de tales "metamorfosis" de los bosques se multiplican año tras año.

Actualmente, no sabemos casi nada sobre el aislamiento y oxidación del silano (SiH 4) mencionado más de una vez en este artículo. Por su parte, todas las plantas de marisma, cereales y microorganismos son ricos en silicio orgánico. En la turba de pantanos elevados - 43% SiO 2, transitorio - 28%, tierras bajas - 21%. Hasta el momento, solo hay evidencia fragmentaria de que el silano en combinación con la fosfina forma complejos insuficientemente estudiados: las sililfosfinas. Los procesos de aislamiento de silano, su oxidación y combinación con otros elementos requieren un estudio serio.

Y en conclusión, una trama de aspecto fantástico que debería hacer pensar a todos los que aún no han perdido esta habilidad. En la capa superficial de la atmósfera, debido al rápido aumento en el contenido de dióxido de carbono y algunos otros gases "muertos", en un futuro previsible, puede haber escasez de oxígeno no solo debido a una desaceleración en la fotosíntesis, un aumento en el consumo por oxidación, combustión y respiración, sino también por la "pantalla" de gases venenosos que interfieren con la entrada de O 2 desde las capas superiores de la atmósfera.

Durante miles de millones de años, la base de toda la vida en la Tierra fue la fotosíntesis, que regularmente suministraba oxígeno al planeta. Por desgracia, como señalan acertadamente algunos investigadores, por primera vez en la historia, la civilización moderna parece haber logrado ralentizar la reposición de oxígeno en la atmósfera y llevó a la naturaleza al punto de bifurcación. ¿Sobrevivirá?

Véase, por ejemplo: Yeldyshev Yu.N. ¿Es el metano el culpable del calentamiento global? // Ecología y Vida, 2007, No. 11, p. 45; Cambio climático: hechos y factores // Ecología y Vida, 2008, No. 3, p. 44.
Véase, por ejemplo, el artículo Kravchenko I.K. en la revista "Microbiología", No. 6, 2007.