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

La vapeur de phosphore à cette température est constituée presque entièrement de molécules de P 2 , qui se condensent en molécules de P 4 lors du refroidissement.

Lorsque la vapeur se condense, il se forme phosphore blanc (jaune), qui est constitué de molécules P 4 ayant la forme d'un tétraèdre. C'est une substance très réactive, molle, cireuse, jaune pâle, soluble dans le sulfure de carbone et le benzène. Dans l'air, le phosphore s'enflamme à 34 ° C. Il a la capacité unique de briller dans l'obscurité en raison d'une oxydation lente vers les plus faibles. C'était du phosphore blanc qui était autrefois isolé par Brand.

Si le phosphore blanc est chauffé sans accès à l'air, il se transforme en rouge (il n'a été obtenu pour la première fois qu'en 1847). Nom phosphore rouge fait référence à plusieurs modifications à la fois, différant par leur densité et leur couleur : elle va de l'orange au rouge foncé et même au violet. Toutes les variétés de phosphore rouge sont insolubles dans les solvants organiques, par rapport au phosphore blanc, ils sont moins réactifs (s'enflamment à l'air à t > 200°C) et ont une structure polymérique : ce sont des tétraèdres P 4 reliés les uns aux autres en chaînes sans fin. Le "phosphore violet" est quelque peu différent d'eux, qui consiste en des groupements P 8 et P 9 disposés dans de longues structures tubulaires à section pentagonale.

À hypertension artérielle le phosphore blanc est converti en phosphore noir, construit à partir d'hexagones volumétriques avec des atomes de phosphore aux sommets, reliés les uns aux autres en couches. Pour la première fois cette transformation fut réalisée en 1934 par le physicien américain Percy Williams Bridgman. La structure du phosphore noir ressemble au graphite, à la seule différence que les couches formées par les atomes de phosphore ne sont pas plates, mais « ondulées ». Le phosphore noir est la modification la moins active du phosphore. Lorsqu'il est chauffé sans accès à l'air, il passe, comme le rouge, en vapeur, à partir de laquelle le phosphore blanc se condense.

Le phosphore blanc est très toxique : la dose létale est d'environ 0,1 g. En raison du risque d'auto-inflammation dans l'air, il est stocké sous une couche d'eau. Le phosphore rouge et noir sont moins toxiques, car ils sont non volatils et pratiquement insolubles dans l'eau.

Propriétés chimiques

Le plus actif chimiquement est le phosphore blanc (pour simplifier, dans les équations des réactions impliquant le phosphore blanc, elles sont écrites comme P, et non P 4, d'autant plus que des réactions similaires sont possibles avec la participation du phosphore rouge, dont la composition moléculaire est indéterminé). Le phosphore se combine directement avec de nombreuses substances simples et complexes. Dans les réactions chimiques, le phosphore, comme , peut être à la fois un agent oxydant et un agent réducteur.

Comment comburant le phosphore interagit avec beaucoup pour former des phosphures, par exemple :

2P + 3Ca = Ca 3 P 2

P + 3Na = Na3P

Veuillez noter que le phosphore ne se combine pratiquement pas directement avec le phosphore.

Comment agent réducteur le phosphore interagit avec, les halogènes, le soufre (c'est-à-dire avec des non-métaux plus électronégatifs). Dans ce cas, selon les conditions de réaction, à la fois des composés du phosphore (III) et des composés du phosphore (V) peuvent être formés.

a) avec une oxydation lente ou avec un manque d'oxygène, le phosphore est oxydé en oxyde de phosphore (III), ou anhydride phosphoreux P 2 O 3 :

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

Lorsque du phosphore est brûlé en excès (ou de l'air), il se forme de l'oxyde de phosphore (V) ou de l'anhydride phosphorique P 2 O 5 :

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

b) selon le rapport des réactifs, l'interaction du phosphore avec les halogènes et le soufre forme, respectivement, des halogénures et des sulfures de phosphore tri- et pentavalent ; par exemple:

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

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

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

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

Il convient de noter que le phosphore ne forme que le composé PI3 avec l'iode.

Le phosphore joue le rôle d'agent réducteur dans les réactions avec les acides oxydants :

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

- avec de l'acide nitrique concentré :

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

- avec de l'acide sulfurique concentré :

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

Le phosphore n'interagit pas avec d'autres acides.

Lorsqu'il est chauffé avec des solutions aqueuses, le phosphore subit une dismutation, par exemple :

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

8P + 3Ba(OH) 2 + 6H 2 O = 2PH 3 + 3Ba(H 2 PO 2) 2

En plus de la phosphine PH 3, à la suite de ces réactions, des sels d'acide hypophosphoreux H 3 PO 2 se forment - des hypophosphites, dans lesquels le phosphore a un état d'oxydation caractéristique de +1.

L'utilisation du phosphore

La majeure partie du phosphore produit dans le monde est consacrée à la production d'acide phosphorique, à partir duquel sont obtenus des engrais et d'autres produits. Le phosphore rouge est utilisé dans la fabrication des allumettes, il est contenu dans la masse, qui est appliquée sur la boîte d'allumettes.

Phosphine

Le composé hydrogéné du phosphore le plus connu est la phosphine PH 3 . La phosphine est un gaz incolore à odeur d'ail et hautement toxique. Très soluble dans les solvants organiques. Contrairement à l'ammoniac, il est peu soluble dans l'eau. La phosphine n'a aucune valeur pratique.

Reçu

Ci-dessus a été considéré un procédé d'obtention de phosphine par l'interaction du phosphore avec des solutions aqueuses. Une autre voie est l'action de l'acide chlorhydrique sur les phosphures métalliques, par exemple :

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

Propriétés chimiques

1. Acide - propriétés basiques

Peu soluble dans l'eau, la phosphine forme avec elle un hydrate instable, qui présente des propriétés basiques très faibles :

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

Les sels de phosphonium se forment uniquement avec :

PH 3 + HCl = PH 4 Cl

PH 3 + HClO 4 = PH 4 ClO 4

1. Propriétés redox

La liste complète des résumés peut être consultée

* dans l'image d'enregistrement est une photographie de phosphore blanc

DÉFINITION

Phosphine(hydrure de phosphore, monophosphane) dans des conditions normales est un gaz incolore, peu soluble dans l'eau et ne réagit pas avec elle.

La formule brute est PH 3 (la structure de la molécule est illustrée à la Fig. 1). La masse molaire de la phosphine est de 34,00 g/mol.

Riz. 1. La structure de la molécule de phosphine, indiquant l'angle de liaison et la longueur de la liaison chimique.

À basse température, il forme un clarate solide 8PH 3 × 46H 2 O. Densité - 1,5294 g / l. Point d'ébullition - (-87,42 o C), point de fusion - (-133,8 o C).

Dans l'OVR, c'est un agent réducteur puissant ; il est oxydé par les acides sulfurique et nitrique concentrés, l'iode, l'oxygène, le peroxyde d'hydrogène et l'hypochlorite de sodium. Les propriétés des donneurs sont beaucoup moins prononcées que celles de l'ammoniac.

PH3, les états d'oxydation des éléments qu'il contient

Pour déterminer les états d'oxydation des éléments qui composent la phosphine, vous devez d'abord déterminer pour quels éléments cette valeur est exactement connue.

La phosphine est le nom trivial de l'hydrure de phosphore et, comme vous le savez, l'état d'oxydation de l'hydrogène dans les hydrures est (+1). Pour trouver l'état d'oxydation du phosphore, prenons sa valeur en "x" et déterminons-le à l'aide de l'équation d'électroneutralité :

x + 3×(+1) = 0 ;

Ainsi, l'état d'oxydation du phosphore dans la phosphine est (-3):

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

Exercer	Déterminer les états d'oxydation des éléments acidifiants dans les composés suivants : HNO 2 , H 2 CO 3 , H 4 SiO 4 , HPO 3 .
La solution	Dans ces composés, les éléments acidifiants sont l'azote, le carbone, le silicium et le phosphore. L'état d'oxydation de l'oxygène est (-2) et de l'hydrogène - (+1). Prenons l'état d'oxydation de l'élément acidifiant comme "x" et utilisons l'équation d'électroneutralité pour trouver sa valeur : 1 + x + 2×(-2) = 0 ; L'état d'oxydation de l'azote est (+3). 2×(+1) + x + 3×(-2) = 0 ; L'état d'oxydation du carbone est (+4). 4×(+1) + x + 4×(-2) = 0 ; L'état d'oxydation du silicium est (+4). 1 + x + 3×(-2) = 0 ; L'état d'oxydation du phosphore est (+5).
Réponse	HN +3 O 2, H 2 C +4 O 3, H 4 Si +4 O 4, HP +5 O 3

EXEMPLE 2

Exercer	Le fer présente l'état d'oxydation le plus élevé du composé : K4 ; K3 ; Fe(OH)2.
La solution	Afin de donner la bonne réponse à la question posée, nous déterminerons alternativement le degré d'oxydation du fer dans chacun des composés proposés à l'aide de l'équation de neutralité électrique. a) L'état d'oxydation du potassium est toujours (+1). L'état d'oxydation du carbone dans l'ion cyanure est (+2) et l'azote - (-3). Prenons pour "x" la valeur de l'état d'oxydation du fer : 4x1 + x + 6x2 + 6x (-3) = 0 ; b) L'état d'oxydation du potassium est toujours (+1). L'état d'oxydation du carbone dans l'ion cyanure est (+2) et l'azote - (-3). Prenons pour "x" la valeur de l'état d'oxydation du fer : 3x1 + x + 6x2 + 6x (-3) = 0 ; c) Le degré d'oxydation de l'oxygène dans les oxydes (-2). Prenons pour "x" la valeur de l'état d'oxydation du fer : d) Les états d'oxydation de l'oxygène et de l'hydrogène sont (-2) et (+1), respectivement. Prenons pour "x" la valeur de l'état d'oxydation du fer : x + 2×(-2) + 2× 1 = 0 ; L'état d'oxydation le plus élevé du fer est (+3) et il se manifeste dans un composé de composition K 3 .
Réponse	Option 2

Source la plus proche de pierre contenant phosphine, était indiqué sur les cartes, et David y envoya un groupe de travail de cavaliers bleus et verts, qui devaient commencer à récolter la pierre de feu.

Maintenant qu'ils étaient au courant de toutes les ruses de l'ennemi, ils ont appris à évaluer les caractéristiques des attaques, ont appris à sauver la force des cavaliers et des animaux, à se protéger des vapeurs. phosphine et coups de fils.

jets de feu phosphine, crachant des dragons, formaient un motif de lumière en constante évolution dans l'air.

Les cavaliers ont découvert des gisements phosphine sur un plateau quelque part entre la rivière Malay et Sadrid.

Alors que le dragon installait son corps volumineux sur un site d'atterrissage aussi inadapté, ses larges ailes étaient entraînées le long de la cour sentant le phosphine air.

Puis il a lavé la puanteur phosphine pantalon et chemise et les séchaient au soleil, en les accrochant dans les buissons.

Quand Jaxom est entré dans sa chambre, en route pour changer la puanteur phosphine combinaison de vol, il aperçut un croquis de la baie, toujours posé sur sa table de travail.

Jacksom a poussé la portion de Ruta dans sa bouche et, comme toujours en proie à une inquiétude intérieure, a commencé à écouter les dents puissantes du dragon écraser le saturé. phosphine pierre.

Etat d'oxydation en PH3

Informations générales sur la phosphine et les états d'oxydation dans PH3

La formule brute est PH3 (la structure de la molécule est illustrée à la Fig. 1). La masse molaire de la phosphine est de 34,00 g/mol.

La signification du mot phosphine

1. La structure de la molécule de phosphine, indiquant l'angle de liaison et la longueur de la liaison chimique.

A basse température, il forme un clarate solide 8PH3×46H2O. Densité - 1,5294 g / l. Point d'ébullition - (-87.42oC), point de fusion - (-133.8oC).

Dans l'OVR, c'est un agent réducteur puissant ; il est oxydé par les acides sulfurique et nitrique concentrés, l'iode, l'oxygène, le peroxyde d'hydrogène et l'hypochlorite de sodium. Les propriétés des donneurs sont beaucoup moins prononcées que celles de l'ammoniac.

PH3, les états d'oxydation des éléments qu'il contient

Pour déterminer les états d'oxydation des éléments qui composent la phosphine, vous devez d'abord déterminer pour quels éléments cette valeur est exactement connue.

La phosphine est le nom trivial de l'hydrure de phosphore et, comme vous le savez, l'état d'oxydation de l'hydrogène dans les hydrures est (+1). Pour trouver l'état d'oxydation du phosphore, prenons sa valeur en "x" et déterminons-le à l'aide de l'équation d'électroneutralité :

x + 3×(+1) = 0 ;

Ainsi, l'état d'oxydation du phosphore dans la phosphine est (-3):

Exemples de résolution de problèmes

3. Molécules. Liaison chimique. La structure des substances

Les particules chimiques formées de deux atomes ou plus sont appelées molécules(réel ou conditionnel unités de formule substances polyatomiques). Les atomes dans les molécules sont liés chimiquement.

Une liaison chimique est une force électrique d'attraction qui maintient les particules ensemble. Chaque liaison chimique dans formules structurelles semble ligne de valence, par exemple:

H - H (liaison entre deux atomes d'hydrogène);

H3N - H+ (liaison entre l'atome d'azote de la molécule d'ammoniac et le cation hydrogène) ;

(K+) - (I-) (liaison entre le cation potassium et l'ion iodure).

Une liaison chimique est formée par une paire d'électrons ( ), qui dans les formules électroniques des particules complexes (molécules, ions complexes) est généralement remplacée par une ligne de valence, contrairement à leurs propres paires d'électrons non partagées, par exemple :

La liaison chimique est appelée covalent, s'il est formé par la socialisation d'une paire d'électrons par les deux atomes.

Dans la molécule F2, les deux atomes de fluor ont la même électronégativité, par conséquent, la possession d'une paire d'électrons est la même pour eux. Une telle liaison chimique est dite non polaire, puisque chaque atome de fluor a Densité d'électron le même dans formule électronique les molécules peuvent être conditionnellement divisées entre elles de manière égale :

Dans la molécule HCl, la liaison chimique est déjà polaire, puisque la densité électronique sur l'atome de chlore (un élément avec une plus grande électronégativité) est beaucoup plus élevée que sur l'atome d'hydrogène :

Une liaison covalente, par exemple H - H, peut être formée en partageant les électrons de deux atomes neutres :

H + H > H – H

H H

Ce mécanisme de liaison est appelé échanger ou équivalent.

Selon un autre mécanisme, la même liaison covalente H – H apparaît lorsque la paire d'électrons de l'ion hydrure H est partagée par le cation hydrogène H+ :

H+ + (:H)-> H – H

H H

Le cation H+ dans ce cas est appelé accepteur et l'anion H - donateur paire d'électrons. Le mécanisme de formation d'une liaison covalente dans ce cas sera donneur-accepteur, ou coordination.

Les liaisons simples (H - H, F - F, H - CI, H - N) sont appelées les liens a, ils déterminent la forme géométrique des molécules.

Les doubles et triples liaisons () contiennent un composant ? et un ou deux composants ? ; Le composant ?, qui est le principal et le premier formé conditionnellement, est toujours plus fort que les composants ?.

Les caractéristiques physiques (réellement mesurables) d'une liaison chimique sont son énergie, sa longueur et sa polarité.

Énergie de liaison chimique (E cv) est la chaleur dégagée lors de la formation de cette liaison et dépensée pour la rompre. Pour les mêmes atomes, une simple liaison est toujours plus faible qu'un multiple (double, triple).

Longueur de la liaison chimique (je s) - distance internucléaire. Pour les mêmes atomes, une simple liaison est toujours plus long qu'un multiple.

Polarité la communication se mesure moment dipolaire électrique p- le produit d'une charge électrique réelle (sur les atomes d'une liaison donnée) par la longueur du dipôle (c'est-à-dire

Phosphore. Phosphine

longueur de liaison). Plus le moment dipolaire est grand, plus la polarité de la liaison est élevée. Les charges électriques réelles sur les atomes dans une liaison covalente sont toujours plus petites en valeur que les états d'oxydation des éléments, mais elles coïncident en signe ; par exemple, pour la liaison H + I-Cl-I, les charges réelles sont H + 0'17-Cl-0'17 (particule bipolaire, ou dipôle).

Polarité des molécules déterminés par leur composition et leur forme géométrique.

Non polaire (p = O) sera:

a) molécules Facile substances, car elles ne contiennent que des liaisons covalentes non polaires;

b) polyatomique molécules complexe substances, si leur forme géométrique symétrique.

Par exemple, les molécules de CO2, BF3 et CH4 ont les directions suivantes de vecteurs de liaison égaux (sur la longueur) :

Lorsque des vecteurs de liaison sont ajoutés, leur somme disparaît toujours et les molécules dans leur ensemble sont non polaires, bien qu'elles contiennent des liaisons polaires.

Polaire (p> O) sera :

un) diatomique molécules complexe les substances, puisqu'elles ne contiennent que des liaisons polaires ;

b) polyatomique molécules complexe substances, si leur structure asymétriquement, c'est-à-dire que leur forme géométrique est soit incomplète, soit déformée, ce qui conduit à l'apparition d'un dipôle électrique total, par exemple, dans les molécules de NH3, H2O, HNO3 et HCN.

Les ions complexes, tels que NH4+, SO42- et NO3-, ne peuvent pas être des dipôles en principe, ils ne portent qu'une seule charge (positive ou négative).

Liaison ionique survient lors de l'attraction électrostatique des cations et des anions sans socialisation quasi nulle d'un couple d'électrons, par exemple entre K+ et I-. L'atome de potassium a un manque de densité électronique, l'atome d'iode en a un excès. Cette connexion est considérée limiter cas d'une liaison covalente, puisqu'une paire d'électrons est pratiquement en possession de l'anion. Une telle relation est plus typique pour les composés de métaux et de non-métaux typiques (CsF, NaBr, CaO, K2S, Li3N) et les substances de la classe des sels (NaNO3, K2SO4, CaCO3). Tous ces composés dans des conditions ambiantes sont des substances cristallines, qui sont unies par le nom commun cristaux ioniques(cristaux construits à partir de cations et d'anions).

Il existe un autre type de connexion appelé lien métallique, dans lequel les électrons de valence sont si lâchement retenus par des atomes métalliques qu'ils n'appartiennent pas réellement à des atomes spécifiques.

Les atomes de métaux, laissés sans électrons externes leur appartenant clairement, deviennent, pour ainsi dire, des ions positifs. Elles forment réseau cristallin métallique. L'ensemble des électrons de valence socialisés ( gaz d'électrons) maintient les ions métalliques positifs ensemble et sur des sites spécifiques du réseau.

En plus des cristaux ioniques et métalliques, il existe également atomique et moléculaire substances cristallines, dans les sites du réseau desquels se trouvent respectivement des atomes ou des molécules. Exemples : diamant et graphite - cristaux à réseau atomique, iode I2 et dioxyde de carbone CO2 (glace sèche) - cristaux à réseau moléculaire.

Des liaisons chimiques existent non seulement à l'intérieur des molécules des substances, mais peuvent également se former entre molécules, par exemple pour le HF liquide, l'eau H2O et un mélange H2O + NH3 :

liaison hydrogène est formé en raison des forces d'attraction électrostatique des molécules polaires contenant des atomes des éléments les plus électronégatifs - F, O, N. Par exemple, des liaisons hydrogène sont présentes dans HF, H2O et NH3, mais elles ne le sont pas dans HCl, H2S et PH3 .

Les liaisons hydrogène sont instables et se rompent assez facilement, par exemple lorsque la glace fond et que l'eau bout. Cependant, une certaine énergie supplémentaire est dépensée pour rompre ces liaisons, et donc les points de fusion (tableau 5) et les points d'ébullition des substances avec des liaisons hydrogène

(par exemple, HF et H2O) sont significativement plus élevés que pour des substances similaires, mais sans liaisons hydrogène (par exemple, HCl et H2S, respectivement).

De nombreux composés organiques forment également des liaisons hydrogène ; La liaison hydrogène joue un rôle important dans les processus biologiques.

Exemples de devoirs de la partie A

1. Les substances avec uniquement des liaisons covalentes sont

1) SiH4, Cl2O, CaBr2

2) NF3, NH4Cl, P2O5

3) CH4, HNO3, Na(CH3O)

4) CCl2O, I2, N2O

2–4. une liaison covalente

2. célibataire

3. doubler

4. triplé

présent dans la matière

5. Des liaisons multiples sont présentes dans les molécules

6. Les particules appelées radicaux sont

7. L'une des liaisons est formée par le mécanisme donneur-accepteur dans l'ensemble des ions

8. Le plus résistant et court liaison - dans une molécule

9. Substances avec uniquement des liaisons ioniques - dans l'ensemble

10–13. Le réseau cristallin de la matière

1) métal

3) nucléaire

4) moléculaire

Composés de phosphore.

R-3. Les phosphures métalliques sont des composés ioniques-covalents. Les phosphures de métaux s (sauf Be) et les lanthanides sont des composés ioniques de type sel, ils sont facilement hydrolysés par l'eau et les acides : Mg3P2 + 6H2O = 3Mg(OH)2↓ + 2PH3 Na3P + 3HCl = 3NaCl + PH3. Les phosphures d'éléments d sont des composés chimiquement inertes de type métal. L'exception concerne les phosphures de métaux des groupes I et II, sous-groupes secondaires, qui sont également de type sel, mais avec un grand mélange de covalence. Le phosphore ne forme pas de composés stables avec l'antimoine, le bismuth, le plomb et le mercure.

La combinaison du phosphore avec l'hydrogène est appelée phosphure d'hydrogène, bien que l'électronégativité de ces éléments soit presque égale. Le composé a la formule PH3, appelée phosphine. C'est un gaz extrêmement toxique avec une odeur désagréable d'ail, point d'ébullition=-88°C. Il n'y a pas de liaisons hydrogène entre les molécules de phosphine dans un liquide et entre les molécules d'eau et de phosphine lors de la dissolution, donc le point d'ébullition est bas et la phosphine ne se dissout pratiquement pas dans l'eau. La molécule est une pyramide avec un atome de phosphore au sommet et un angle de 93,5° entre les liaisons P-H, ce qui indique l'absence d'hybridation des orbitales atomiques du phosphore lors de la formation de ce composé. Les liaisons sont formées par des orbitales p presque pures. La seule paire d'électrons du phosphore reste dans l'orbitale 3s, de sorte que la phosphine est une base faible et un agent complexant faible en général. Le cation phosphonium se forme uniquement avec les acides les plus forts en milieu anhydre (HJ, HClO4, HBF4), par exemple PH3 + HJ = PH4J. L'eau décompose facilement les sels de phosphonium. La phosphine présente de fortes propriétés réductrices : PH3 + 2O2 = H3PO4 (à 150°C cette réaction se produit avec une explosion), PH3 + 6AgNO3 + 3H2O = 6Ag↓ + H2(PHO3) + 6AgNO3 PH3 + 3J2 + 3H2O = H2(PHO3) + 6HJ . La synthèse de phosphine à partir de substances simples ne peut pas être réalisée, car la liaison P-H n'est pas assez forte en raison de sa longueur et en raison de la contribution insignifiante du composant électrostatique. Par conséquent, la phosphine est obtenue par hydrolyse de phosphures métalliques ou en dissolvant du phosphore dans un alcali (les réactions sont données ci-dessus).

Les principaux composés du phosphore dans ses états d'oxydation positifs sont les oxydes, les acides contenant de l'oxygène et les halogénures. Il est conseillé de les considérer séparément.

Oxydes de phosphore– P4O6 et P4O10 sont des oxydes acides, ont une structure moléculaire, sont des solides (tmelt (P4O6) = 23,8°C, la modification moléculaire de P4O10 se sublime à 3590°C, et la modification polymère fond à 580°C), les deux se dissolvent dans l'eau, donnant des hydroxydes, qui sont respectivement acides, phosphoreux et orthophosphoriques. L'oxyde de phosphore (V) est très hygroscopique, il absorbe l'humidité de l'air, il est donc utilisé comme déshydratant et aussi comme agent hydrofuge : P2O5 + HNO3 = HPO3 + N2O5, cela forme de l'acide métaphosphorique ou des acides polyphosphoriques - (HPO3 ) 3-4. L'oxyde de phosphore (III), dans lequel le phosphore est dans un état d'oxydation intermédiaire, est capable d'autres réactions d'oxydation et de dismutation, par exemple : la réaction 5P4O6 = 2P4 + 3P4O10 se produit. L'oxyde de phosphore (V) n'a pas de propriétés oxydantes et peut lui-même être obtenu en oxydant le phosphore dans des conditions anhydres, par exemple par décomposition thermique de certains sels : 6P + 5KClO3 = 3P2O5 + 5KCl

Les acides oxygénés du phosphore. La variété des acides oxygénés du phosphore est causée par les raisons suivantes : 1. La valence du phosphore peut être III ou V. 2. Dans le cas de la valence V, la formation d'acides ortho et méta, qui diffèrent par le nombre d'eau attachée molécules, est possible. 3. Dans tous les hydroxydes, le phosphore présente un nombre de coordination de 4, ces hydroxydes sont plus stables pour lui, s'il n'y a pas assez d'atomes d'oxygène, alors une liaison P-H est formée ((HO) 2PHO, et non P (OH) 3, etc.). 4. Les acides phosphoriques ont tendance à former des polymères linéaires ou cycliques. 5. Sous certaines conditions, la formation d'une liaison P-P est possible. 6. Comme pour tous les hydroxydes, les acides peroxo se forment lors d'une oxydation ultérieure. Donnons la structure et les propriétés des acides phosphorés les plus connus.

H3PO4 est l'acide orthophosphorique. Il s'agit d'un acide tribasique, moyen en dissociation dans la première étape (Ka = 7,52.10-3) et faible dans les deux autres étapes. A l'état anhydre, il forme des cristaux hygroscopiques transparents de PF=42°C. Il se dissout dans l'eau à n'importe quelle concentration. L'acide orthophosphorique est obtenu en dissolvant l'oxyde de phosphore (V) dans l'eau, en brûlant de la phosphine, en oxydant toute forme de phosphore en milieu acide, en hydrolysant les composés binaires du phosphore (V) : P4S10 + 16H2O = 4H3PO4 + 10H2S. L'industrie utilise la méthode de combustion du phosphore avec dissolution ultérieure de l'oxyde, ainsi que le déplacement de l'acide orthophosphorique du phosphate de calcium avec de l'acide sulfurique concentré lorsqu'il est chauffé : Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4↓ + 2H3PO4. Cet acide correspond à trois séries de sels - moyens (phosphates ou orthophosphates) et acides (hydrophosphates et dihydrophosphates). Les phosphates et les hydrophosphates de tous les métaux sauf le sodium, le potassium, le rubidium et le césium sont insolubles dans l'eau. Les dihydrogénophosphates sont solubles. Les phosphates solubles subissent une forte hydrolyse anionique, l'anion phosphate a la constante d'hydrolyse la plus élevée et le dihydrophosphate la plus faible. L'hydrolyse de l'anion conduit à un environnement alcalin de solutions salines. Les anions acides, simultanément à l'hydrolyse, participent à l'équilibre de dissociation, ce qui conduit à un environnement de solution acide, pour le dihydrophosphate dans une plus grande mesure, pour l'hydrophosphate dans une moindre mesure. À la suite de ces procédés, la solution de dihydrogénophosphate de sodium a un environnement légèrement acide, la solution d'hydrophosphate a un environnement légèrement alcalin et la solution de phosphate a un environnement fortement alcalin. Phosphate d'ammonium sous forme de sel formé acide faible et la base, complètement décomposée par l'eau. Les orthophosphates fondent sans se décomposer à des températures très élevées. Les hydrophosphates donnent des diphosphates lorsqu'ils sont chauffés : 2K2HPO4 = K4P2O7 + H2O. Chauffés, les dihydrophosphates se transforment en polymétaphosphates : xKH2PO4 = (KPO3)x + H2O. Les phosphates n'ont pas de fortes propriétés oxydantes, mais peuvent être réduits par le carbone lorsqu'ils sont chauffés. En présence de dioxyde de silicium, cette réaction conduit à la production de phosphore (l'équation de la réaction a été donnée), en l'absence de SiO2, le processus se déroule comme suit : Ca3(PO4)2 + 8C = Ca3P2 + 8CO. Le chauffage du phosphate d'ammonium conduit à une perte progressive de molécules d'ammoniac avec la formation éventuellement à des températures supérieures à 300°C d'acide polymétaphosphorique.

La déshydratation de l'acide phosphorique produit des acides phosphoriques condensés, qui contiennent un ou plusieurs atomes d'oxygène pontants. Dans ce cas, des structures en chaîne, cycliques et mixtes se forment. Considérons le plus simple d'entre eux.

Acide diphosphorique (pyrophosphorique) - H4P2O7. Il est obtenu en chauffant de l'acide phosphorique à 200°C. A l'état anhydre, il s'agit de cristaux incolores de PF=61°C, très solubles dans l'eau avec formation d'un acide beaucoup plus fort que l'acide phosphorique. Cet acide est particulièrement fort dans les deux premières étapes. Tout acide condensé est plus fort qu'un seul acide, puisque sa dissociation produit un anion plus stable. Les solutions d'acide pyrophosphorique sont instables, car une molécule d'eau est progressivement ajoutée pour former deux molécules d'acide orthophosphorique. Plus stables sont les sels - pyrophosphates, qui, comme déjà mentionné, peuvent être obtenus en chauffant des hydrophosphates.

Acides métaphosphoriques - (HPO3) x, où x \u003d 3.4.6. Acides condensés cycliques contenant un cycle d'atomes de phosphore et d'oxygène alternés. Obtenu en dissolvant de l'oxyde de phosphore (V) dans de l'acide orthophosphorique, ainsi qu'en chauffant de l'acide pyrophosphorique à 300 ° C: 3H4P2O7 \u003d 2 (HPO3) 3 + H2O. Tous les acides métaphosphoriques sont très forts, pour l'acide trimétaphosphorique Ka2 = 0,02. Tous ces acides sont également progressivement transformés en solution aqueuse en acide phosphorique. Leurs sels sont appelés respectivement tri-, tétra- et hexamétaphosphates.

L'oxydation de l'oxyde de phosphore (V) peut être obtenue acide peroxophosphorique: P4O10 + 4H2O2 + 2H2O = 4H3RO5.

Acide phosphorique (hypophosphorique) H4P2O6 a une connexion P-R. La formule structurale peut être représentée par (OH)2OP-RO(OH)2.

Propriétés de la phosphine

On peut voir à partir de la formule que la valence du phosphore est de 5 et que l'état d'oxydation +4 est une valeur formelle associée à la présence d'une liaison entre des atomes identiques. Il s'agit d'un acide tétrabasique dont la force correspond à l'orthophosphorique. Il est obtenu par la réaction : PbP2O6 + 2H2S = 2PbS↓ + H4P2O6 et est isolé de la solution sous forme de dihydrate de PF=62°C. Dans une solution acide, il se disproportionne en acides orthophosphorique et phosphoreux.

Acide phosphoreux H3PO3 ou H2. C'est un acide dibasique de force moyenne, à l'état anhydre - solide avec tfusion = 74°C. Il est obtenu par l'hydrolyse des halogénures de phosphore (III), ainsi que par l'oxydation du phosphore blanc avec du chlore sous l'eau : P4 + 6Cl2 + 12H2O = 4H2 + 12HCl. Comme mentionné ci-dessus, le composé de la composition P(OH)3 est moins stable, par conséquent, l'isomérisation se produit avec la formation d'une liaison P-H, qui ne se dissocie plus dans une solution aqueuse. Les sels d'acide phosphoreux sont appelés phosphites, les sels acides sont appelés hydrophosphites. La plupart des phosphites (à l'exception des sels de métaux alcalins) sont insolubles dans l'eau. Comme tous les composés du phosphore (III), l'acide phosphoreux est un agent réducteur fort, il est oxydé en acide phosphorique par les halogènes, le dioxyde d'azote et d'autres agents oxydants, et restaure également les métaux peu actifs à partir d'une solution de leurs sels, par exemple : HgCl2 + H2 + H2O = H3PO4 + 2HCl + Hg↓ Chauffé, il disproportionne : 4H2 = 3H3PO4 + PH3.

Acide phosphoreux (phosphinique) H3PO2 ou H. Il s'agit d'une substance solide de PF=26,5°C dont la solution aqueuse est un acide monobasique assez fort (Ka=7,9.10-2). Le phosphore dans ce composé a également cinq liaisons, dont deux avec des atomes d'hydrogène. Ne subit que la dissociation liaison N-O. L'état d'oxydation formel du phosphore dans ce composé est de +1. L'acide phosphoreux et ses sels, les hypophosphites, sont de puissants réducteurs. Les cations métalliques, même ceux qui se trouvent dans la série de tension avant l'hydrogène, peuvent être réduits en métal : NiCl2 + Na + 2H2O = H3PO4 + HCl + NaCl + H2 + Ni↓. Chauffé, l'acide phosphoreux se disproportionne : 3H = PH3 + 2H2. Avec l'augmentation de la température, il a également été démontré que l'acide phosphoreux se décompose en acide phosphorique et en phosphine. Les hypophosphites de métaux alcalins et alcalino-terreux sont obtenus par l'interaction du phosphore et de l'alcali (voir ci-dessus). Oxydation de la phosphine avec un oxydant doux : PH3 + SO2 = H + S↓ (les catalyseurs sont du mercure et des traces d'eau).

Halogénures de phosphore PX3 et PX5. Tous les halogénures de phosphore sont connus sauf PJ5. Dans le cas du phosphore (III), ce sont des molécules pyramidales avec un atome de phosphore au sommet et avec des angles entre Obligations PXégal à 100°. Les halogénures de phosphore (V) sont des bipyramides trigonales avec hybridation sp3d des orbitales atomiques de phosphore. Les deux fluorures de phosphore dans des conditions normales sont des gaz, PCl3 et PBr3 sont des liquides, et le triiodure, le pentachlorure et le pentabromure sont des solides. Les deux derniers composés sont des sels avec des ions complexes PCl5 : +-, PBr5 : +Br-. Lorsqu'ils sont chauffés, les deux composés clivent une molécule d'halogène et se transforment en un trihalogénure. Les halogénures de phosphore sont obtenus par synthèse directe. Uniquement PF3 - indirectement : PCl3 + AsF3 = PF3 + AsCl3. Tous les halogénures de phosphore sont sujets à l'hydrolyse, et les trihalogénures sont également capables d'oxydation : 2PCl3 + O2 = 2POCl3 - oxychlorure de phosphore, peut également être obtenu par d'autres réactions : PCl3 + 2CrO3 = POCl3 + Cr2O3↓ + O2, 6PCl5 + P4O10 = 10POCl3. Les trihalogénures ajoutent également du soufre : PCl3 + S = PSCl3. Dans les solutions non aqueuses, des réactions sont possibles : KF + PF5 = K HF (liquide) + PF5 = H - acide hexafluorophosphorique, stable uniquement en solution aqueuse, comparable en force à l'acide perchlorique.

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Phosphine. Oxydes de phosphore et acides phosphoriques : propriétés, préparation.

Mot phosphine

Signification médico-biologique du phosphore.

La phosphine (hydrogène phosphoreux, hydrure de phosphore, selon la nomenclature IUPAC - phosphane PH3) est un gaz incolore, très toxique, plutôt instable (dans des conditions normales) avec une odeur spécifique de poisson pourri.

Propriétés physiques

gaz incolore. Peu soluble dans l'eau, ne réagit pas avec elle. A basse température, il forme un clathrate solide 8РН3·46Н2О. Soluble dans le benzène, l'éther diéthylique, le disulfure de carbone. À -133,8 ° C, il forme des cristaux avec un réseau cubique à faces centrées.

La molécule de phosphine a la forme d'une pyramide trigonale à symétrie moléculaire C3v (dPH = 0,142 nm, HPH = 93,5o). Le moment dipolaire est de 0,58 D, nettement inférieur à celui de l'ammoniac. La liaison hydrogène entre les molécules de PH3 ne se manifeste pratiquement pas et, par conséquent, la phosphine a des points de fusion et d'ébullition plus bas.

]Recevoir

La phosphine est obtenue en faisant réagir du phosphore blanc avec un alcali chaud, par exemple :

Il peut également être obtenu par action de l'eau ou des acides sur les phosphures :

Le chlorure d'hydrogène, lorsqu'il est chauffé, interagit avec le phosphore blanc :

Décomposition de l'iodure de phosphonium :

Décomposition de l'acide phosphonique :

ou restaurez-le:

Propriétés chimiques

La phosphine est très différente de son homologue ammoniaque. Son activité chimique est supérieure à celle de l'ammoniac, il est peu soluble dans l'eau, car la base est beaucoup plus faible que l'ammoniac. Ce dernier s'explique par le fait que les liaisons H-P sont faiblement polarisées et que l'activité de paire libre du phosphore (3s2) est inférieure à celle de l'azote (2s2) dans l'ammoniac.

En l'absence d'oxygène, lorsqu'il est chauffé, il se décompose en éléments :

s'enflamme spontanément à l'air (en présence de vapeur de diphosphine ou à des températures supérieures à 100 °C) :

Présente de fortes propriétés réparatrices :

Lorsqu'elle interagit avec de puissants donneurs de protons, la phosphine peut donner des sels de phosphonium contenant l'ion PH4+ (similaire à l'ammonium). Les sels de phosphonium, substances cristallines incolores, sont extrêmement instables, facilement hydrolysables.

Les sels de phosphine, comme la phosphine elle-même, sont de puissants agents réducteurs.

Toxicité

La phosphine est très toxique, agit sur le système nerveux, perturbe le métabolisme. CMA = 0,1 mg/m³. L'odeur se fait sentir à une concentration de 2-4 mg/m³, une inhalation prolongée à une concentration de 10 mg/m³ est mortelle. Dans le sang humain, la teneur en phosphine ne dépasse pas 0,001 mg/m³.

Les oxydes de phosphore suivants sont connus :

Oxyde de phosphore (III) - un composé inorganique binaire, l'oxyde de phosphore de formule P4O6, des flocons blancs ou des cristaux à l'odeur désagréable, réagissent avec l'eau.

Reçu

• Oxydation soigneuse du phosphore blanc avec du protoxyde d'azote ou du dioxyde de carbone :

• Dismutation inverse de l'oxyde de phosphore (V) et du phosphore blanc :

[modifier] Propriétés physiques

L'oxyde de phosphore(III) forme des flocons ou des cristaux blancs avec une odeur désagréable.

Il se dissout bien dans les solvants organiques (benzène, disulfure de carbone).

Instable à la lumière, jaunit d'abord, puis rougit.

Propriétés

Le P4O10 interagit très activement avec l'eau (la forme H absorbe l'eau même en cas d'explosion), formant des mélanges d'acides phosphoriques dont la composition dépend de la quantité d'eau et d'autres conditions :

Il est également capable d'extraire l'eau d'autres composés, ce qui en fait un puissant déshydrateur :

L'oxyde de phosphore (V) est largement utilisé en synthèse organique. Il réagit avec les amides, les convertissant en nitriles :

Les acides carboxyliques sont convertis en anhydrides correspondants :

L'oxyde de phosphore (V) interagit également avec les alcools, les éthers, les phénols et d'autres composés organiques. Dans ce cas, les liaisons P-O-P sont rompues et des composés organophosphorés se forment. Réagit avec NH3 et les halogénures d'hydrogène pour former des phosphates d'ammonium et des oxyhalogénures de phosphore :

Lorsque P4O10 est fusionné avec des oxydes basiques, il forme divers phosphates solides dont la nature dépend des conditions de réaction.

Reçu

L'oxyde de phosphore (V) est obtenu en brûlant du phosphore. Le processus technologique se déroule dans la chambre de combustion et comprend l'oxydation du P élémentaire avec de l'air pré-séché, la précipitation du P4O10 et la purification des gaz d'échappement. Le pentoxyde résultant est purifié par sublimation.

Le produit technique a l'apparence d'une masse blanche semblable à de la neige, constituée d'un mélange de différentes formes de P4O10.

Application

Le P4O10 est utilisé comme sécheur de gaz et de liquides. C'est aussi un produit intermédiaire dans la production thermique d'acide phosphorique H3PO4.

Il est largement utilisé en synthèse organique dans les réactions de déshydratation et de condensation.

La valeur du phosphore

• le phosphore est inclus acides nucléiques, qui participent aux processus de croissance, de division cellulaire, de stockage et d'utilisation de l'information génétique
• le phosphore se trouve dans les os du squelette (environ 85% de la quantité totale de phosphore dans le corps)
• le phosphore est essentiel à la structure normale des dents et des gencives
• assure le bon fonctionnement du cœur et des reins
• le phosphore est impliqué dans les processus d'accumulation et de libération d'énergie dans les cellules
• impliqué dans la transmission de l'influx nerveux
• aide au métabolisme des graisses et des amidons.

L'élément phosphore inorganique, P, se trouve dans le corps humain sous forme de composés phosphorés - phosphates inorganiques et lipides ou nucléotides.

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Propriétés physiques

Phosphore P a plusieurs modifications allotropiques : blanc, rouge, noir.

Obtention du phosphore P

Phosphore libre P obtenu à partir de phosphate de calcium naturel en le chauffant avec du sable ( SiO2) et du charbon dans un four électrique à haute température:

Propriétés chimiques du phosphore - P

Phosphore blanc plus réactif que le rouge.

Attention à la Phosphine !

Il s'oxyde facilement et s'enflamme spontanément à l'air.

Une fois oxydé, le phosphore blanc brille dans l'obscurité, l'énergie chimique est convertie en énergie lumineuse.

Composés de phosphore P avec des métaux sont appelés phosphures. Ils sont facilement décomposés par l'eau pour former du gaz. phosphine (PH3).

Phosphine - PH3

4. Avec un grand excès de chlore, il se forme du pentachlorure de phosphore :

Oxydes et acides de phosphore

Le phosphore se forme avec l'oxygène trois oxydes :

P2O3 - anhydride phosphoreux - oxyde de phosphore (SH);

P2O5 - anhydride phosphorique - oxyde de phosphore (V);

(P2O4 est le tétroxyde de phosphore).

P2O3 obtenu par oxydation lente du phosphore (avec un manque d'oxygène) :

Lorsqu'il est exposé à l'eau froide, il se forme acide phosphoreux – H3PO3.

P2O5 se forme lors de la combustion du phosphore dans l'air (avec un excès d'oxygène) :

acides

Anhydride phosphorique P2O5, en fonction de la température, peut fixer une quantité d'eau différente, formant des acides de composition variée :

De la plus grande importance est ortho acide phosphorique -H3PO4.

Il peut être obtenu de la manière suivante :

1. Acide métaphosphorique bouillant :

2. Oxydation du phosphore rouge :

3. L'action de l'acide sulfurique sur le phosphate de calcium :

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Tuteur de chimie

Continuation. Voir dans n° 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

ACTIVITÉ 30

10ème année(première année d'études)

Phosphore et ses composés

1. Position dans le tableau de D.I. Mendeleev, la structure de l'atome.

2. Histoire courte découvertes et l'origine du nom.

3. Propriétés physiques.

4. Propriétés chimiques.

5. Être dans la nature.

6. Principales méthodes d'obtention

7. Les composés les plus importants du phosphore.

Le phosphore est dans le sous-groupe principal du groupe V système périodique D.I. Mendeleïev. Sa formule électronique est 1 s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 3 est R-élément. États d'oxydation caractéristiques du phosphore dans les composés –3, +3, +5 ; le plus stable est l'état d'oxydation +5. Dans les composés, le phosphore peut être inclus à la fois dans la composition des cations et dans la composition des anions, par exemple :

Le phosphore tire son nom de la propriété du phosphore blanc de briller dans le noir. Le mot grec se traduit par "apporter la lumière". Le phosphore doit ce nom à son découvreur - l'alchimiste Brand, qui, fasciné par la lueur du phosphore blanc, en est venu à la conclusion qu'il avait reçu la pierre philosophale.

Le phosphore peut exister sous la forme de plusieurs modifications allotropiques dont les plus stables sont le phosphore blanc, rouge et noir.

Molécule phosphore blanc (l'allotrope le plus actif) a un réseau cristallin moléculaire, dans les nœuds duquel se trouvent des molécules P 4 à quatre atomes de structure tétraédrique.

Le phosphore blanc est doux, comme la cire, fond et bout sans se décomposer, a une odeur d'ail. Dans l'air, le phosphore blanc est rapidement oxydé (brille verdâtre), l'auto-inflammation du phosphore blanc finement dispersé est possible. Il est insoluble dans l'eau (stocké sous une couche d'eau), mais facilement soluble dans les solvants organiques. Toxique (même à petites doses, MPC = 0,03 mg/m 3). Il a une activité chimique très élevée. Lorsqu'il est chauffé sans accès d'air à 250-300 ° C, il se transforme en phosphore rouge.

phosphore rouge est un polymère inorganique; macromolécules P n peuvent avoir des structures cycliques et acycliques. Il diffère fortement du phosphore blanc par ses propriétés: il n'est pas toxique, ne brille pas dans le noir, ne se dissout pas dans le sulfure de carbone et d'autres solvants organiques et n'a pas d'activité chimique élevée. A température ambiante, il se transforme lentement en phosphore blanc ; lorsqu'il est chauffé à 200°C sous pression, il se transforme en phosphore noir.

phosphore noir ressemble à du graphite. Par structure, il s'agit d'un polymère inorganique dont les molécules ont une structure en couches. Semi-conducteur. Non toxique. L'activité chimique est bien inférieure à celle du phosphore blanc. Résistant à l'air. Lorsqu'il est chauffé, il se transforme en phosphore rouge.

Propriétés chimiques

Le plus actif chimiquement est le phosphore blanc (mais en pratique on préfère travailler avec du phosphore rouge). Il peut présenter les propriétés à la fois d'un agent oxydant et d'un agent réducteur dans les réactions, par exemple :

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

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

Métaux (+/-)* :

3Ca + 2P Ca 3 P 2 ,

3Na + PNa3P,

Cu + P ne réagit pas.

Non-métaux (+):

2P + 3I 2PI 3,

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

Oxydes basiques (-).

Oxydes d'acide (-).

Alcalis (+):

Acides (non oxydants) (-).

Acides oxydants (+):

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.

Sels (-)**.

Dans la nature, le phosphore se présente sous forme de composés (sels), dont les plus importants sont le phosphorite (Ca 3 (PO 4) 2), la chlorapatite (Ca 3 (PO 4) 2 CaCl 2) et la fluorapatite (Ca 3 ( PO 4) 4) 2 CaF 2). Le phosphate de calcium se trouve dans les os de tous les vertébrés, provoquant leur force.

Le phosphore est obtenu dans des fours électriques par fusion de phosphate de calcium, de sable et de charbon sans accès d'air :

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

Les composés phosphorés les plus importants sont : la phosphine, l'oxyde de phosphore(III), l'oxyde de phosphore(V), les acides phosphoriques.

F o s fin

Ce composé hydrogéné du phosphore, un gaz incolore à l'odeur d'ail et de poisson, est très toxique. On se dissout mal dans l'eau, mais on se dissout bien dans les solvants organiques. Beaucoup moins stable que l'ammoniac, mais un réducteur plus puissant. N'a aucune valeur pratique.

Pour obtenir de la phosphine, une réaction de synthèse directe à partir de substances simples n'est généralement pas utilisée; Le moyen le plus courant d'obtenir de la phosphine est l'hydrolyse des phosphures :

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

De plus, la phosphine peut être obtenue par une réaction de dismutation entre le phosphore et des solutions alcalines :

4P + 3KOH + 3H2OPH3 + KPO2H2,

ou parmi les sels de phosphonium :

PH 4 I PH 3 + HI,

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

Il est conseillé de considérer les propriétés chimiques de la phosphine des deux côtés.

Propriétés acido-basiques. La phosphine forme avec l'eau un hydrate instable qui présente des propriétés basiques très faibles :

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.

propriétés redox. La phosphine est un réducteur puissant :

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 pour un (III)

Oxyde P 2 O 3 (formule vraie - P 4 O 6) est une substance cristalline blanche, un oxyde d'acide typique. Lorsqu'il interagit avec l'eau à froid, il forme de l'acide phosphoreux (force moyenne):

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

L'acide phosphoreux étant dibasique, l'interaction du trioxyde de phosphore avec les alcalis forme deux types de sels - les hydrophosphites et les dihydrophosphites.

Par exemple:

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.

Le dioxyde de phosphore P 2 O 3 est oxydé par l'oxygène atmosphérique en pentoxyde :

P2O3 + O2P2O5.

Le trioxyde de phosphore et l'acide phosphoreux sont des agents réducteurs assez puissants. L'oxyde de phosphore(III) est obtenu par oxydation lente du phosphore en l'absence d'oxygène :

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

Oxyde de phosphore(V) et acides phosphoriques

Pentoxyde de phosphore P 2 O 5 (formule vraie - P 4 O 10) est une substance cristalline hygroscopique blanche. A l'état solide et gazeux, la molécule existe sous forme de dimère, et à haute température elle se monomérise. Un oxyde acide typique. Il est très soluble dans l'eau, formant un certain nombre d'acides phosphoriques :

métaphosphorique:

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

pyrophosphorique (diphosphorique):

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

orthophosphorique (phosphorique):

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

Le pentoxyde de phosphore présente toutes les propriétés caractéristiques des oxydes acides, par exemple :

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

P 2 O 5 + 3CaO 2Ca 3 (PO 4) 2;

peut former trois types de sels :

Les propriétés oxydantes ne lui sont pas typiques, car. L'état d'oxydation +5 est très stable pour le phosphore. Le pentoxyde de phosphore est obtenu en brûlant du phosphore dans une quantité suffisante d'oxygène :

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

Acide orthophosphorique H 3 RO 4 est une substance cristalline incolore, très soluble dans l'eau, hygroscopique. C'est un acide tribasique de force moyenne; n'a pas de propriétés oxydantes prononcées. Affiche toutes les propriétés chimiques caractéristiques des acides, forme trois types de sels (phosphates, hydrophosphates et dihydrophosphates):

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

H3PO4 + 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.

Dans l'industrie, l'acide phosphorique est obtenu par extraction :

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

ainsi que méthode thermique :

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.

Les méthodes de laboratoire pour obtenir de l'acide phosphorique comprennent l'action de l'acide nitrique dilué sur le phosphore:

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

interaction de l'acide métaphosphorique avec l'eau lorsqu'il est chauffé :

HPO 3 + H 2 O H 3 PO 4 .

Dans le corps humain, l'acide orthophosphorique est formé par l'hydrolyse de l'adénosine triphosphate (ATP) :

ATP ADP + H3PO4.

Réaction qualitative à l'ion phosphate est la réaction avec le cation argent ; il se forme un précipité jaune, insoluble dans les milieux légèrement acides :

3Ag + + \u003d Ag 3 PO 4,

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

En plus des acides phosphoriques ci-dessus (contenant du phosphore à l'état d'oxydation +5), de nombreux autres acides contenant de l'oxygène sont connus pour le phosphore. Voici quelques-uns des représentants les plus importants.

Phosphoreux(HPO 2 H 2) est un acide monobasique de force moyenne. Son deuxième nom est la phosphine :

Les sels de cet acide sont appelés hypophosphites, ou phosphites, par exemple KPO 2 H 2 .

Phosphoreux(H 3 RO 3) - acide dibasique de force moyenne, légèrement plus faible que l'hypophosphoreux. Il a aussi un deuxième nom - phosphonique :

Ses sels sont appelés phosphites, ou phosphonates, par exemple K 2 PO 3 H.

Diphosphorique (pyrophosphorique)(H 4 P 2 O 7) - un acide tétrabasique de force moyenne, légèrement plus fort que l'orthophosphorique :

Les sels sont des diphosphates, par exemple K 4 P 2 O 7.

Essai sur le thème "Le phosphore et ses composés"

1. Éliminer l'élément "supplémentaire" parmi ceux répertoriés selon le principe de la possibilité de former des modifications allotropiques :

a) oxygène ; b) azote;

c) phosphore ; d) soufre.

2. Lors de l'interaction de 42,6 g d'anhydride phosphorique et de 400 g d'une solution d'hydroxyde de sodium à 15 %, il se forme :

a) phosphate de sodium ;

b) hydrogénophosphate de sodium;

c) un mélange de phosphate et d'hydrogénophosphate de sodium ;

d) un mélange d'hydro- et dihydrogénophosphate de sodium.

3. La somme des coefficients de l'équation dissociation électrolytique le phosphate de potassium est :

a) 5 ; b) 3 ; à 4 heures; d) 8.

4. Le nombre d'électrons dans le niveau externe de l'atome de phosphore :

a) 2 ; b) 3 ; à 5; d) 15.

5. Le phosphore, obtenu à partir de 33 g de phosphate de calcium technique, a été brûlé sous oxygène. L'oxyde de phosphore (V) formé a réagi avec 200 ml d'une solution d'hydroxyde de sodium à 10 % (densité 1,2 g/ml) pour former un sel moyen. La masse d'impuretés dans l'échantillon technique de phosphate de calcium (en g) est de :

a) 3,5 ; b) 1,5 ; en 2; d) 4.8.

6. Le nombre de liaisons - dans une molécule d'acide pyrophosphorique :

a) 2 ; b) 12 ; c) 14 ; d) 10.

7. Le nombre d'atomes d'hydrogène contenus dans 4,48 L (N.O.) de phosphine est :

a) 1,2 10 23 ; b) 0,6 10 23 ;

c) 6,02 10 23 ; d) 3,6 10 23 .

8. À une température de 30 ° C, une certaine réaction se déroule en 15 s et à 0 ° C - en 2 minutes. Coefficient de Van't Hoff pour cette réaction :

a) 2,4 ; b) 2 ; c) 1,8 ; d) 3.

9. L'acide orthophosphorique peut réagir avec les substances suivantes :

a) oxyde de cuivre(II); b) hydroxyde de potassium;

c) acide nitrique ; d) zinc.

10. La somme des coefficients de la réaction entre le phosphore et le sel de Bertolet est :

a) 9 ; b) 6 ; c) 19 ; d) une telle réaction est impossible.

Clé de l'épreuve

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
b	dans	un	dans	dans	b	g	b	un, b, d	dans

Tâches et exercices pour le phosphore et ses composés

Chaînes de rotations :

1. Phosphore -> pentoxyde de phosphore -> acide phosphorique -> phosphate de calcium ® acide phosphorique.

2. Phosphate de calcium -> phosphore -> phosphure de calcium -> phosphine -> pentoxyde de phosphore -> acide phosphorique -> phosphate monocalcique.

3. Phosphate de calcium -> A -> B -> C -> D -> E -> phosphate de calcium. Toutes les substances contiennent du phosphore, dans le schéma il y a trois OVR d'affilée.

4. Phosphore -> pentoxyde de phosphore -> phosphate de calcium -> phosphore -> phosphine -> acide phosphorique -> dihydrogénophosphate de calcium.

5. Phosphure de calcium (+ solution d'acide chlorhydrique) -> A (+ oxygène) -> B (+ hydroxyde de sodium, carence) -> C (+ hydroxyde de sodium, excès) -> D (+ hydroxyde de calcium) -> E.

Un niveau

1. Avec une combustion complète de 6,8 g de la substance, 14,2 g de pentoxyde de phosphore et 5,4 g d'eau ont été obtenus. 37 ml d'une solution d'hydroxyde de sodium à 32 % (densité 1,35 g/ml) ont été ajoutés aux produits de réaction obtenus. Définissez la formule de la substance de départ et déterminez la concentration de la solution résultante.

La solution

Équation de réaction :

(P2O5) = 0,1 mol, (H2O) = 0,3 mol.

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

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

m= 6,8 g.

(P) : (H) = 0,2 : 0,6 = 1 : 3.

Par conséquent, la formule de la substance de départ est PH 3 et l'équation de réaction :

puis l'acide phosphorique se forme :

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

Avec l'alcali, l'acide phosphorique peut réagir comme suit :

Déterminons la quantité de substance NaOH en fonction de l'état du problème :

(H 3 PO 4): (NaOH) \u003d 0,2 : 0,4 \u003d 1 : 2,

donc la réaction 2 a lieu.

(Na 2 HPO 4) \u003d (H 3 PO 4) \u003d 0,2 mol;

m(Na2HPO4) = M(Na2HP04) (Na2HP04) = 142 0,2 ​​= 28,4 g ;

m(r-ra) = m(P2O5) + m(H2O) + m(p-ra NaOH) \u003d 14,2 + 5,4 + 37 1,35 \u003d 69,55 g.

(Na2HPO4) = m(Na2HPO4)/ m(solution) = 28,4 / 69,55 = 0,4083, soit 40,83 %.

Réponse. PH3 ; (Na2HP04) = 40,83 %.

2. Avec une électrolyse complète de 1 kg de solution de sulfate de fer (II), 56 g de métal ont été libérés sur la cathode. Quelle masse de phosphore peut réagir avec la substance libérée à l'anode, et quelle sera la composition du sel si le produit de réaction résultant est dissous dans 87,24 ml d'une solution d'hydroxyde de sodium à 28 % (densité de la solution 1,31 g/ml) ?

Réponse. 12,4 g de phosphore ; hydrogénophosphate de sodium.

3. 20 g d'un mélange de sulfate de baryum, de phosphate de calcium, de carbonate de calcium et de phosphate de sodium ont été dissous dans de l'eau. La masse de la partie insoluble était de 18 g. Sous l'action de l'acide chlorhydrique dessus, 2,24 l de gaz (n.o.) ont été libérés et la masse du résidu insoluble était de 3 g. Déterminer la composition du mélange initial de sels en masse .

Réponse. Na 3 PO 4 - 2 g; BaCO 3 - 3 g ;
CaCO 3 - 10 g; Ca 3 (PO 4) 3 - 5 g.

4. Combien de kg de phosphore peut-on obtenir avec 1 tonne de phosphorite contenant 40% d'impuretés ? Quel est le volume au n.o. prendre de la phosphine dérivée de ce phosphore ?

Réponse. 120 kgP; 86,7 m 3 PH 3 .

5. 40 g d'un minéral contenant 77,5 % de phosphate de calcium ont été mélangés avec un excès de sable et de charbon et chauffés sans air dans un four électrique. Reçu Matière simple dissous dans 140 g d'acide nitrique à 90 %. Déterminer la masse d'hydroxyde de sodium nécessaire pour neutraliser complètement le produit d'oxydation d'une substance simple.

Réponse. 24 g de NaOH.

Niveau B

1. Pour neutraliser complètement la solution obtenue par hydrolyse de 1,23 g d'halogénure de phosphore, il a fallu 35 ml d'une solution de potasse 2M. Déterminer la formule de l'halogénure.

Réponse. Trifluorure de phosphore.

2. Un échantillon d'éthanol anhydre contenant 0,5 % d'oxyde de phosphore (V) comme impureté a été brûlé dans suffisamment d'oxygène. Les gaz résultants ont été séparés et la solution résultante a été chauffée jusqu'à ce que le dégagement de gaz cesse, après quoi une solution d'hydroxyde de potassium à 0,5% de masse égale y a été ajoutée. Déterminez les fractions massiques des substances dans la solution résultante.

Réponse. K 2 HPO 4 - 0,261 %;
KH2PO4 - 0,204 %.

3. A 2 g d'un mélange d'hydrophosphate et de dihydrogénophosphate de potassium, dans lequel la fraction massique de phosphore est de 20 %, on a ajouté 20 g d'une solution d'acide phosphorique à 2 %. Calculez les fractions massiques des substances dans la solution résultante.

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

4. Lorsqu'un mélange d'hydrure et de phosphure d'un métal alcalin avec des fractions massiques égales a été traité avec de l'eau, un mélange de gaz avec une densité d'azote de 0,2926. Déterminez quel métal était inclus dans les composés.

Réponse. Sodium.

5. 50 g d'un mélange de phosphate de calcium et de carbonates de calcium et d'ammonium ont été calcinés, donnant 25,2 g d'un résidu solide auquel on a ajouté de l'eau, puis on a fait passer un excès de dioxyde de carbone. La masse du résidu non dissous était de 14 g.Déterminer la masse de carbonate d'ammonium dans le mélange initial.

La solution

Lorsque le mélange est calciné, les processus suivants ont lieu :

1) Ca3(PO4)2;

2)

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

Dans le résidu solide - Ca 3 (PO 4) 2 et CaO.

Après avoir ajouté de l'eau :

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

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

Après passage du dioxyde de carbone :

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

Le résidu non dissous est Ca 3 (PO 4) 2, donc, m(Ca3(PO4)2) = 14 g.

Trouver la masse de CaO :

m(CaO) \u003d 25,2 - 14 \u003d 11,2 g.

(CaO) \u003d 11,2 / 56 \u003d 0,2 mol,

(CaCO 3) \u003d (CaO) \u003d 0,2 mol,

m(CaCO 3) \u003d 0,2 100 \u003d 20 g.

m(NH 4) 2 CO 3 = m(mélanges) - m(Ca3(PO4)2) - m(CaCO 3) \u003d 50 - 14 - 20 \u003d 16 g.

Réponse. m(NH 4) 2 CO 3 \u003d 16 g.

Tâches qualitatives

1. Le composé A solide, blanc et hautement soluble dans l'eau est un acide. Lorsque l'oxyde B est ajouté à une solution aqueuse A, il se forme un composé blanc insoluble dans l'eau C. Suite à la calcination de la substance C à haute température en présence de sable et de charbon, une substance simple se forme qui fait partie de A. Identifier les substances, écrire les équations de réaction.

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

2. Un mélange de deux solides rouges (A) et couleur blanche(B) s'allume avec peu de frottement. La réaction produit deux solides blancs, dont l'un (C) se dissout dans l'eau pour former une solution acide. Si de l'oxyde de calcium est ajouté à la substance C, un composé blanc insoluble dans l'eau se forme. Identifier des substances, écrire des équations de réaction.

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

3. Le composé A insoluble dans l'eau de couleur blanche, à la suite d'une calcination à haute température avec du charbon et du sable en l'absence d'oxygène, forme une substance simple B, qui existe sous plusieurs modifications allotropiques. Lorsque la substance B est brûlée, le composé C se forme, qui se dissout dans l'eau pour former l'acide E, qui est capable de former trois types de sels. Identifier des substances, écrire des équations de réaction.

Réponse. Substances : A - Ca 3 (PO 4) 2, B - P,
C-P205, E-H3PO4.

* Le signe +/– signifie que cette réaction ne se déroule pas avec tous les réactifs ou dans des conditions spécifiques.

** La réaction redox (ORD) qui se produit lorsque les allumettes sont allumées est intéressante :

À suivre

L'histoire des composés gazeux du phosphore, et en premier lieu de la phosphine, devrait probablement commencer par ces mots : "la lumière scintillante qui apparaît dans les marais (les fameuses "lumières errantes") est le résultat de l'allumage spontané de la phosphine". Eh bien, la définition suivante est déjà d'un sens encyclopédique : "la phosphine, ou phosphure d'hydrogène (PH 3) est un gaz incolore à odeur désagréable (poisson pourri, ail ou carbure industriel), toxique, formé lors de la réduction biochimique de l'acide phosphorique esters, principalement dans des conditions anaérobies, c'est-à-dire sans accès à l'oxygène.

Composés de phosphore dans la nature

Il existe de nombreux autres composés organophosphorés gazeux dans la nature, dans les molécules desquels l'atome de phosphore P est relié à l'atome de carbone C. Il en existe des milliers. Beaucoup d'entre eux font partie des écosystèmes, y compris les cellules vivantes des plantes et des micro-organismes. Le plus grand groupe de composés avec des liaisons C-P a été découvert il y a une cinquantaine d'années dans des objets vivants.

Il existe également des phosphonates dans les sols - des dérivés de composés organophosphorés avec des liaisons C-P préservées. Certes, ils sont peu nombreux, pas plus de 1 à 2% du phosphore contenu dans la matière organique, ils ne peuvent donc pas toujours être détectés sur les terres arables, mais dans les sols marécageux et les prairies, leur teneur atteint 3 à 4%.

Dans des conditions normales (aérobies), les composés naturels du phosphore organique et minéral sont des phosphates (orthophosphates). Il y en a un grand nombre. Pour les phosphates organiques, Connexion C-O-R, en d'autres termes, le carbone et le phosphore sont reliés par un atome d'oxygène.

L'un des mystères étonnants de la nature est que les phosphates organiques dans les systèmes vivants (par exemple, dans les algues et les micro-organismes) sont synthétisés et décomposés non pas arbitrairement, mais selon la règle de la "nombre d'or", obéissant à une certaine loi décrite par la célèbre série de Nombres de Fibonacci (1, 1 , 2, 3, 5, 8...), dans lesquels chaque terme suivant est égal à la somme des deux précédents. L'harmonie de la nature se manifeste ici de manière incompréhensible dans l'accumulation et la consommation d'énergie et de matière (en particulier le phosphore) dans les écosystèmes, décrites par un rapport qui est approximativement donné par le coefficient classique de « nombre d'or » de 1,618 (5/3, 8 /5, 13/8, etc.), etc.), c'est-à-dire que 62 % des composés mentionnés doivent être liés et accumulés, et seulement 38 % doivent être détruits ou volatilisés. Ces modèles affectent ensuite l'accumulation d'humus, et le cycle du phosphore et de l'azote, et les flux gazeux déterminés par les émissions et les "puits" de dioxyde de carbone CO 2, et la "respiration" du sol (la libération de CO 2 et la assimilation de l'oxygène O 2). En fait, dans la nature, il y a des fluctuations dans les valeurs numériques de ce rapport entre 1,3 et 1,7. Mais, comme indiqué plus d'une fois dans les écrits de l'auteur et d'autres scientifiques, il s'avère beaucoup plus terrible que raison principale les déviations et même les violations de ce schéma sont devenues des activités anthropiques.

Certains experts ont déjà attiré l'attention sur le fait que de nouveaux dangers peuvent nous guetter si ce rapport tend vers l'unité, c'est-à-dire que l'accumulation et la décomposition procèdent avec la même intensité, comme cela se produit, par exemple, dans le cycle du carbone, où en raison de "intervention" de l'économie mondiale, l'océan et la biosphère n'absorbent plus que la moitié des émissions de carbone (62% devraient l'être).

Mais revenons à la phosphine et à ses dérivés, c'est-à-dire à ces composés organophosphorés dans lesquels divers éléments (azote, soufre, silicium, molybdène, etc.) et leurs complexes se retrouvent avec le phosphore et le carbone. Dans des conditions favorables à la croissance des micro-organismes (en particulier dans les conditions des marécages et de la toundra lors du réchauffement observé), les composés organophosphorés se décomposent à l'aide de l'enzyme (catalyseur) C-P-lyase. On le trouve maintenant dans 9 groupes de bactéries qui se nourrissent de phosphore, en l'extrayant de la dégradation des composés organophosphorés. Mais les champignons et les levures, qui représentent 50 à 70 % de la microflore totale des écosystèmes, ne décomposent pas ces composés. Au contraire, les protozoaires, les mollusques et les champignons les synthétisent. Les champignons peuvent pousser même à des concentrations assez élevées de phosphine, seul leur mycélium devient jaune.

Application, propriétés, dangers

La phosphine est toxique (une concentration dangereuse pouvant entraîner la mort est de 0,05 mg / l), et à une concentration de 2000 ml / m 3 (2 l / m 3 ou 2 10 -3), elle provoque la mort instantanée. On le rencontre essentiellement en agriculture lors de la désinfection des greniers et de la protection contre les tiques et autres ravageurs lors du transport des récoltes, notamment des céréales. Auparavant, il était activement utilisé contre les rats et les souris dans les granges. En Australie, ils ont recours à son aide même dans la lutte contre les lapins à reproduction trop rapide. De plus, un certain nombre d'herbicides et d'insecticides contiennent des composés organophosphorés à base de phosphine et de ses dérivés. Et, enfin, ces derniers temps, il a été de plus en plus nécessaire d'y faire face dans le cadre de la destruction à grande échelle armes chimiques, assurant la neutralisation des composés organophosphorés toxiques du sarin et des dérivés de soman-phosphine.

La phosphine pure (sans impuretés) s'enflamme à une température de 150 ° C, brûle avec formation d'acide phosphorique toxique, mais en présence d'impuretés de diphosphine P 2 H 4 ou de phosphore gazeux P 4, elle peut s'enflammer spontanément dans l'air. La réaction de la phosphine avec l'oxygène (ainsi que l'oxydation du méthane similaire - CH 4 et du silane - SiH 4) fait référence à des réactions en chaîne ramifiée. réactions chimiques, c'est-à-dire qu'il s'écoule plus rapidement et peut provoquer une explosion. L'oxydation de la phosphine se produit à température ambiante, mais le gaz peut être stable à basse température. L'oxydation de la phosphine peut être accélérée en l'irradiant avec de la lumière ultraviolette. Son auto-inflammation dans l'air est possible à des concentrations de 1,7-1,9% (17-19 l/m 3), soit 26-27 g/m 3. Ainsi, dans les écosystèmes de marais, il faut souvent faire face non seulement aux «feux parasites» mentionnés, mais aussi à la combustion spontanée (d'ailleurs, les feux de tourbe répandus sont de même nature).

Pour la fumigation (pour débarrasser les entrepôts de céréales et de produits agricoles des acariens et autres ravageurs), les phosphures sont généralement utilisés, en particulier les composés de phosphore avec des métaux. Réagissant avec l'humidité de l'air, les phosphures libèrent de la phosphine. Des tablettes et des rubans contenant des phosphures sont disposés dans les installations de stockage à raison de 9 g/t de céréales ou d'autres produits soumis à un stockage de longue durée, ils sont même ajoutés aux pommes. On pense que la phosphine se volatilise lorsqu'elle est aérée, bien que selon les données disponibles dans la littérature scientifique, jusqu'à 13% du gaz toxique soit absorbé dans les céréales fourragères. Cette seule circonstance ne devrait-elle pas inciter à traiter une telle "désinfection" avec une extrême prudence ? !

Désormais, pour la fumigation du grain pendant le transport et le stockage, deux composés sont autorisés à être utilisés - le brome de méthyle et la méthylphosphine, et le premier est d'un ordre de grandeur moins toxique (et efficace) que le second. En utilisant ce dernier, on suppose tacitement que la phosphine toxique, après avoir été absorbée par le contenu de la voûte, est miraculeusement extraite et volatilisée, empoisonnant uniquement les tiques et autres ravageurs. Il semble qu'auparavant, il n'était pas habituel de réfléchir à la manière dont cette image correspond à la réalité. Pendant ce temps, il y a près d'un demi-siècle, on a découvert que la méthylphosphine (un mélange de deux gaz - le méthane CH 4 et la phosphine PH 3) est extrêmement toxique, presque comme la phosphine elle-même.

Méthane et phosphine dans la biosphère

Ce n'est un secret pour personne que le méthane émis par les marécages est considéré comme l'un des principaux gaz à effet de serre et reste l'objet de discussions et de recherches actives en lien avec les problèmes du changement climatique mondial. Hélas, en Russie, sa concentration dans l'atmosphère n'est déterminée que dans une seule station météorologique (Teriberka sur la péninsule de Kola). Mais ça ne ferait pas de mal de le mesurer au-dessus des marais sibériens !

Comme on le sait, d'énormes réserves de méthane (7·10 11 -3·10 13 tonnes) ont été conservées dans les profondeurs de la terre, et 4·10 11 tonnes d'entre elles se trouvent dans la zone de pergélisol arctique. Sur terre, le méthane se trouve dans les composés organiques des marécages, des sédiments et des détritus, et dans l'océan mondial - dans les hydrates de gaz présents sous le fond, dans des conditions de basses températures. Dans le rapport de l'ONU sur les changements climatiques, les experts signalent qu'en Sibérie, la libération de méthane des marécages et du pergélisol en dernières années croît rapidement. L'émission maximale de méthane des sols de la toundra est atteinte à 8-10°C, et à 5°C son oxydation en CO 2 et en eau prévaut. Il se forme dans tous les horizons du sol. À la suite d'études récentes, il s'est avéré que, par exemple, notre toundra arbustive du sud (près de Vorkuta) n'a servi de puits de carbone que deux des cinq dernières années.

C'est une tendance plutôt dangereuse, surtout si l'on tient compte du fait que notre pays représente les 2/3 de tous les marécages sur Terre. Nos superficies de zones humides dépassent la superficie de toutes les terres agricoles : selon les données de 2003, 343 millions d'hectares de marécages (dont 130 millions d'hectares ne sont pas envahis par les forêts) et 221 millions d'hectares de terres agricoles (dont 123 millions d'hectares sont terres arables).

Et voici comment les employés de l'Université d'État de Moscou ont évalué la libération de méthane en 2007 sur la base des résultats de mesures dans les marécages de la région de Tomsk. Selon leurs estimations, la valeur moyenne du flux de méthane était d'environ 10 mg/m 2 par heure. En été, 2,4 kg/ha peuvent être relâchés par jour, et 432 kg/ha par saison (6 mois). Et à partir de 130 millions d'hectares de marécages - près de 60 millions de tonnes.L'oxydation d'une telle quantité de méthane nécessitera deux fois plus d'oxygène - 120 millions de tonnes.

Le principal effet « secondaire » de l'émission de méthane doit être reconnu comme le fait que dans les écosystèmes de la toundra et des marais à basse température, le méthane représente non seulement une bonne quantité de carbone qui peut modifier considérablement sa teneur dans l'atmosphère, mais est également étroitement associé à composés organophosphorés, qui sont invariablement présents dans les plantes, la microflore des marécages et les sédiments (principalement en raison de la connexion C-P mentionnée). Et son isolement des endroits où il était auparavant synthétisé, en raison de l'intensification des processus de fermentation biochimique avec l'augmentation de la température, se produit notamment en raison de la décomposition des composés à base de phosphine. En d'autres termes, les gaz CH 4 et PH 3 sont émis en parallèle. Pendant ce temps, alors que les écologistes et les climatologues ne surveillent que les changements de la teneur en CO 2 et CH 4 dans l'atmosphère, la teneur en PH 3 n'est prise en compte par personne. Mais en vain!

Cette omission est due, en partie, au fait que seuls quelques experts connaissent les méthodes de mesure de la teneur en phosphore de l'atmosphère à l'état gazeux. Après tout, même dans monde scientifique il existe encore une opinion selon laquelle le phosphore dans la nature existe principalement sous forme de phosphates et après hydrolyse Connexions P-O-R, P-O-C et même P-C se transforme en un solide. Les flux de phosphore dans l'atmosphère sous forme de composés volatils de type PH 3 sont considérés comme négligeables et sont négligés. La détermination de la teneur en phosphore rejeté dans l'atmosphère avec de la phosphine en utilisant uniquement les méthodes habituelles utilisées pour détecter le phosphore dans les composés solides déforme considérablement l'image réelle du cycle du phosphore dans les écosystèmes. Dans le même temps, l'apparition de phosphine toxique et spontanément combustible dans l'atmosphère est ignorée.

Menace de la phosphine : estimations simples

Parallèlement, l'évaluation quantitative la plus simple du relargage de phosphine dans les écosystèmes peut être obtenue en étudiant les zones inondées d'eau, en simulant des prairies humides ou des rizières. Comme cela a été établi à l'Académie agricole de Moscou, retenu en 1926. K. A. Timiryazev, une série de six expériences réalisées dans des conditions strictement contrôlées, 9,7 mg de phosphore de 1 kg de sol par heure passe sous forme gazeuse (phosphine). Un calcul pas trop compliqué donne 2,13 kg/ha par jour. Mais c'est presque autant que le méthane est libéré des marécages ! Par conséquent, pour la saison, nous obtenons 383 kg/ha, et de toute la zone de marécages sans arbres (130 millions d'hectares) - environ 50 millions de tonnes de PH 3 . Sur son oxydation en acide phosphorique selon la formule

PH 3 + 2O 2 → H 3 PO 4

il est facile de voir qu'il faudra deux fois plus d'oxygène - près de 100 millions de tonnes (pour le méthane, ces valeurs étaient respectivement de 60 et 120 millions de tonnes).

Une confirmation indirecte de la libération de phosphine des sols est l'étude des flux de phosphore dans les rizières - de la plantation à la récolte, la perte de phosphore dans les sols inondés est 3 à 8 fois supérieure à sa teneur dans le grain et la paille. L'élimination maximale de Р 2 O 5 atteint 100 kg/ha. Les composés organiques du phosphore sont excrétés des sols 4 fois plus qu'ils ne sont stockés dans les plantes. La perte totale de phosphore de la couche supérieure (20 cm) du sol, selon diverses estimations, est de 960-2940 kg/ha. Il est prouvé que lorsque le riz est cultivé sur des chèques inondés pendant 32 ans, plus de la moitié de l'humus est perdu du sol, et avec lui, bien sûr, de l'azote et du phosphore sont emportés.

Cela peut également se produire en raison de la libération de leurs formes gazeuses - ammoniac (NH 3) et phosphine (PH 3). On sait depuis longtemps qu'en termes de propriétés chimiques, ce sont des analogues structuraux chimiques. Je le répète, la détermination du phosphore et de l'azote uniquement sous forme minérale, en ignorant les composants gazeux, ne reflète pas les véritables processus dans les écosystèmes, en particulier dans des conditions anaérobies. En particulier, la confirmation directe que le phosphore est libéré avec le méthane dans les écosystèmes marécageux a été obtenue dans des études récentes.

Revenant aux discussions sur la possible sous-estimation de la teneur en phosphine dans l'atmosphère, il convient de noter que non seulement les marécages du Nord ou des tropiques, mais aussi les vastes rizières (principalement en Inde, en Chine, au Japon et dans les pays d'Asie du Sud-Est ) peut apporter une contribution tout à fait tangible.

Dans la littérature scientifique, il est prouvé que jusqu'à 3,5 kg/ha de phosphore tombe sur le sol avec les précipitations. En d'autres termes, il ne s'agit que d'environ 1 % du phosphore qui est estimé être éliminé des systèmes marécageux ou des sols inondés par la phosphine dans l'atmosphère (383 kg/ha), les 99 % restants semblent être rapidement oxydés, précipités ou décomposés. (par exemple, à la suite d'une hydrolyse) dans les couches superficielles de l'air, la lithosphère et la biosphère, assurant la redistribution du phosphore à la surface de la terre.

Bien sûr, la phosphine, comme le méthane, est dans l'atmosphère, mais il faut avouer que le cycle du phosphore a été bien moins bien étudié que le cycle de l'azote ou du carbone. Les composés de phosphore hautement actifs en présence d'oxygène se transforment rapidement en complexes neutres, des phosphates "inoffensifs". De plus, le phosphore est généralement rare dans les écosystèmes, c'est-à-dire qu'il est présent à de faibles concentrations. Par conséquent, je le répète, les tentatives de prise en compte du phosphore uniquement sous forme de phosphates peuvent conduire à une distorsion notable de son véritable rôle dans les écosystèmes. Et ce à quoi une sous-estimation de ce rôle peut conduire peut être clairement vu, par exemple, dans des marécages précédemment drainés sans réfléchir, qui s'enflamment facilement les années sèches en raison du méthane (CH 4), du silane (SiH 4) et de la phosphine (PH 3).

Selon les résultats des mesures effectuées à la station météorologique de Teriberka susmentionnée, il a été constaté qu'en 1990, 48,8 millions de tonnes de méthane avaient été émises dans l'atmosphère depuis le territoire de la Russie (rappelons-nous, nos estimations pour l'ensemble de la zone des marécages sans arbres s'élevait à environ 60 millions de tonnes). Pour 1996-2003 la concentration la plus élevée a été enregistrée en 2003. Cette année a été la plus chaude pour toute la Russie, en particulier en été et en automne dans les zones marécageuses et de toundra (Yakoutie, Sibérie occidentale) - en moyenne, la température ici s'est avérée supérieure de près de 6 ° C à celle à long terme. Dans ces conditions, une diminution estivale de la teneur en ozone O 3 en amont au-dessus du nord de la Russie de 5 à 10% a été simultanément observée. Mais en été, les processus de photosynthèse et de formation d'oxygène sont également accélérés ici. Par conséquent, il est évident que l'ozone a été intensément consommé ici pour oxyder la quantité accrue de méthane et de phosphine dans les conditions chaudes de 2003.

De la phosphine à l'oxygène : quelques statistiques et philosophie

Ce n'est un secret pour personne qu'en raison des ressources biologiques les plus riches, la Russie s'est déjà habituée à être considérée comme le donneur d'oxygène du monde. Selon les experts, 8130 millions de tonnes d'O 2 se forment annuellement sur son territoire. Il semble que nous ne pécherons pas trop contre la vérité, en supposant que le processus de photosynthèse, qui est responsable de la formation de cette masse d'oxygène, obéit à la "loi de l'harmonie universelle" susmentionnée - la règle de la "section d'or" . Après tout, 1,47 tonne de dioxyde de carbone, 0,6 tonne d'eau et 3,84 Gcal d'énergie solaire sont dépensées pour la formation d'1 tonne de matière organique lors de la photosynthèse et 1,07 tonne d'oxygène sont libérées. Le rapport entre la quantité de CO 2 absorbée et l'O 2 libéré (1,47 : 1,07) n'est pas si différent du "golden one".

Selon certaines estimations publiées, la consommation d'oxygène en Russie (respiration, combustion de carburant et autres besoins industriels) est de 2784 millions de tonnes. Ensuite, sa "production" par la Russie dépasse sa consommation de 5346 millions de tonnes. Mais dans d'autres calculs, qui tiennent compte de la consommation d'oxygène par la microflore (anciennement sol total) pour "respirer", l'excédent russe de production d'oxygène sur sa consommation est déjà d'un ordre de grandeur inférieur - 560 millions de tonnes de gaz et d'oxygène consommé. Sur les terres vierges, la valeur de cette valeur est proche de 1,58, et sur les terres arables, elle oscille entre 1,3 et 1,75 - en d'autres termes, l'oxygène est dépensé "économiquement" (42-37%) dans le processus de "respiration" du sol (42-37 %) et le dioxyde de carbone est davantage libéré (58-63 %). Si nous partons de la valeur moyenne de la "section dorée" de 1,52 pour le rapport CO 2: O 2, alors avec l'émission de CO 2 des sols de la Russie 10409 millions de tonnes d'oxygène, 6848 millions de tonnes d'oxygène supplémentaires sont consommées pour la "respiration" des sols russes (estimations de 2004 basées sur les données des employés de l'Institut des problèmes fondamentaux de biologie de l'Académie des sciences de Russie, en particulier V. N. Kudeyarov).

Une sorte de "proportion d'or" est également observée entre le puits de CO 2 et son émission à l'échelle de la Russie. Le rapport entre le puits, qui est de 4450 millions de tonnes par an (en termes de carbone), et l'émission (2800 millions de tonnes - dans les mêmes unités) s'avère égal à 1,59, c'est-à-dire étonnamment proche du « doré ». Eh bien, tant qu'il n'y a pas d'excès de CO 2 sur l'ensemble de la Russie, nos écosystèmes absorbent plus que nous n'émettons, nos forêts nous sauvent et couvrent nos « péchés ». Mais ces dernières années (principalement dans le Nord), on constate de plus en plus que les écosystèmes ne peuvent pas faire face au "plan" d'absorption et que le ratio noté est violé.

Cependant, il est beaucoup plus important que, comme il ressort d'un certain nombre d'estimations, en Russie la consommation totale d'oxygène par an pour nos besoins (2784 millions de tonnes), la respiration du sol (6848 millions de tonnes) et l'oxydation du méthane et de la phosphine (220 millions de tonnes) approche les 10 milliards de tonnes, soit près de 2 milliards de tonnes de plus que la production de toutes nos forêts. Et ce triste équilibre me semble un problème bien plus grave que les échanges de quotas attendus. Par souci de conservation environnement et la biosphère de la planète, dont nous dépensons aujourd'hui les ressources 25% de plus qu'elles n'ont le temps de récupérer, nous devons enfin réaliser que sans limiter la consommation, nous et nos descendants ne pouvons tout simplement pas survivre. Et last but not least, cela concerne l'oxygène. Il semble y en avoir beaucoup dans l'atmosphère (21%), mais il ne faut pas admettre qu'il en soit consommé plus sur Terre qu'il n'en est produit.

Résumé

Ce n'est un secret pour personne qu'au cours des 100 dernières années, en raison de l'activité humaine irréfléchie et de l'ignorance des lois de la nature, les émissions de dioxyde de carbone dans l'atmosphère (et son contenu là-bas), selon diverses estimations, ont augmenté de 25 à 35% . L'une des conséquences mal calculées du réchauffement climatique pourrait être une forte intensification des processus biochimiques dans les zones naturelles de marécages et de pergélisol. Dans le même temps, l'émission non seulement de méthane (c'est déjà presque une évidence) peut fortement augmenter, mais aussi de gaz peu étudiés quant à leur effet sur la biosphère : ammoniac, silane et phosphine, qui nécessiteront beaucoup de oxygène pour l'oxydation et la neutralisation. Mais il n'y a pas non plus d'effets de rétroaction entièrement analysés (par exemple, une libération plus intense de méthane accélérera une nouvelle augmentation de la concentration de CO 2 dans l'atmosphère, ce qui, à son tour, peut entraîner un ralentissement brutal de la photosynthèse). Comme il ressort d'études récentes, le rôle compensateur de la photosynthèse en forêt boréale s'est sensiblement affaibli dans les années 1990. Mais avant qu'il ne soit fermement établi que les arbres à toutes les latitudes contribuaient de manière fiable à la photosynthèse et à l'assimilation du CO 2 . Tendance dangereuse ! Et les exemples de telles « métamorphoses » de forêts se multiplient d'année en année.

À l'heure actuelle, nous ne savons presque rien sur l'isolement et l'oxydation du silane (SiH 4) mentionné plus d'une fois dans cet article. Parallèlement, toutes les plantes des marais, les céréales et les micro-organismes sont riches en silicium organique. Dans la tourbe des tourbières surélevées - 43% SiO 2, transition - 28%, plaine - 21%. Jusqu'à présent, il n'y a que des preuves fragmentaires que le silane en combinaison avec la phosphine forme des complexes insuffisamment étudiés - les silylphosphines. Les processus d'isolement du silane, son oxydation et sa combinaison avec d'autres éléments nécessitent une étude sérieuse.

Et en conclusion - une intrigue fantastique qui devrait faire réfléchir tous ceux qui n'ont pas encore perdu cette capacité. Dans la couche superficielle de l'atmosphère, en raison de l'augmentation rapide de la teneur en dioxyde de carbone et de certains autres gaz "morts", dans un avenir prévisible, il pourrait y avoir une pénurie d'oxygène non seulement en raison d'un ralentissement de la photosynthèse, d'une augmentation dans la consommation pour l'oxydation, la combustion et la respiration, mais aussi à cause du "écran" des gaz toxiques qui interfèrent avec l'afflux d'O 2 des couches supérieures de l'atmosphère.

Pendant des milliards d'années, la base de toute vie sur Terre était la photosynthèse, qui alimentait régulièrement la planète en oxygène. Hélas, comme le soulignent à juste titre certains chercheurs, pour la première fois dans l'histoire, la civilisation moderne semble avoir réussi à ralentir le réapprovisionnement de l'atmosphère en oxygène, et amené la nature au point de bifurcation. Survivra-t-elle ?

Voir, par exemple : Yeldyshev Yu.N. Le méthane est-il le coupable du réchauffement climatique ? // Écologie et Vie, 2007, n° 11, p. 45 ; Changement climatique : faits et facteurs // Écologie et Vie, 2008, n° 3, p. 44.
Voir, par exemple, l'article Kravchenko I.K. dans la revue "Microbiology", n° 6, 2007.