Fósforo e seus compostos. Aplicação prática de compostos de fósforo

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 05:39

Entre os elementos biogênicos, um lugar especial deve ser dado ao fósforo. De fato, sem ele, a existência de compostos vitais como, por exemplo, ATP ou fosfolipídios, bem como muitas outras substâncias orgânicas, é impossível. Ao mesmo tempo, a matéria inorgânica deste elemento é muito rica em várias moléculas. O fósforo e seus compostos são amplamente utilizados na indústria, são importantes participantes de processos biológicos e são utilizados em diversos ramos da atividade humana. Portanto, considere o que é esse elemento, qual sua substância simples e os compostos mais importantes.

Fósforo: características gerais do elemento

A posição na tabela periódica pode ser descrita em vários pontos.

1. Quinto grupo, subgrupo principal.
2. Terceiro período pequeno.
3. Número ordinal - 15.
4. A massa atômica é 30, 974.
5. Configuração eletrônica do átomo 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Possíveis estados de oxidação de-3 a +5.
7. Símbolo químico - P, pronúncia nas fórmulas "pe". O nome do elemento é fósforo. Nome latino Phosphorus.

A história da descoberta deste átomo remonta ao distante século XII. Mesmo nos registros dos alquimistas havia informações indicando o recebimento de uma substância "luminosa" desconhecida. No entanto, a data oficial para a síntese e descoberta do fósforo era 1669. O comerciante falido Brand, em busca da pedra filosofal, acidentalmente sintetizou uma substância capaz de emitir um brilho e queimar com uma chama brilhante e ofuscante. Ele fez isso calcinando repetidamente a urina humana.

Depois dele, independentemente um do outro, este elemento foi recebido aproximadamente da mesma forma:

• I. Kunkel;
• R. Boyle;
• A. Margrave;
• K. Scheele;
• A. Lavoisier.

Hoje, um dos métodos mais populares para a síntese desta substância é a redução dos correspondentes minerais contendo fósforo em altas temperaturas sob a influência de monóxido de carbono e sílica. O processo é realizado em fornos especiais. O fósforo e seus compostos são substâncias muito importantes tanto para os seres vivos quanto para muitas sínteses na indústria química. Portanto, deve-se considerar o que é esse elemento como uma substância simples e onde ele é encontrado na natureza.

Substância simples fósforo

É difícil nomear um composto específico quando se trata de fósforo. Isso se deve às inúmerasmodificações alotrópicas que este elemento possui. Existem quatro variedades principais da substância simples fósforo.

1. Branco. Este é um composto cuja fórmula é Р₄. É uma substância volátil branca com um forte odor desagradável de alho. Acende-se espontaneamente no ar a temperaturas normais. Queima com uma luz verde pálida luminosa. Muito venenoso e com risco de vida. A atividade química é extremamente alta, por isso é obtida e armazenada sob uma camada de água purificada. Isso é possível devido à baixa solubilidade em solventes polares. O dissulfeto de carbono e as substâncias orgânicas são mais adequados para este fósforo branco. Quando aquecido, é capaz de se transformar na próxima forma alotrópica - fósforo vermelho. Ao condensar e resfriar vapores, é capaz de formar camadas. Oleoso ao toque, macio, fácil de cortar com faca, branco (levemente amarelado). Ponto de fusão 44⁰C. Devido à sua atividade química é utilizado em sínteses. Mas devido à sua toxicidade, não tem uma ampla aplicação industrial.
2. Amarelo. É uma forma pouco purificada de fósforo branco. É ainda mais venenoso, também cheira desagradavelmente a alho. Acende e queima com uma chama verde luminosa brilhante. Esses cristais amarelos ou marrons não se dissolvem em água; quando totalmente oxidados, emitem baforadas de fumaça branca com a composição P₄O₁₀.
3. Fósforo vermelho e seus compostos são a modificação mais comum e mais utilizada desta substância na indústria. Massa vermelha pastosa, que sob pressão aumentada podepassar para a forma de cristais violetas, é quimicamente inativo. É um polímero que só pode se dissolver em certos metais e nada mais. A uma temperatura de 250⁰С, sublima, transformando-se em uma modificação branca. Não tão tóxico quanto as formas anteriores. No entanto, a exposição a longo prazo ao corpo é tóxica. É usado na aplicação de um revestimento incendiário em caixas de fósforos. Isso é explicado pelo fato de que não pode inflamar espontaneamente, mas explode (inflame) durante a denotação e fricção.
4. Preto. De acordo com dados externos, é muito semelhante ao grafite, também é gorduroso ao toque. É um semicondutor elétrico. Cristais escuros, brilhantes, que não são capazes de se dissolver em nenhum solvente. Para que se incendeie, são necessárias temperaturas muito altas e aquecimento preliminar.

Também interessante é a forma recentemente descoberta de fósforo - metálico. É um condutor e tem uma rede cristalina cúbica.

Propriedades Químicas

As propriedades químicas do fósforo dependem da forma em que ele se encontra. Como mencionado acima, a modificação amarela e branca mais ativa. Em geral, o fósforo é capaz de interagir com:

• metais, formando fosforetos e atuando como agente oxidante;
• não metais, atuando como agente redutor e formando compostos voláteis e não voláteis de vários tipos;
• agentes oxidantes fortes, transformando-se em ácido fosfórico;
• com álcalis cáusticos concentrados por tipodesproporção;
• com água em temperatura muito alta;
• com oxigênio para formar vários óxidos.

As propriedades químicas do fósforo são semelhantes às do nitrogênio. Afinal, ele faz parte do grupo dos pnictógenos. No entanto, a atividade é várias ordens de magnitude maior devido à variedade de modificações alotrópicas.

Estar na natureza

Como nutriente, o fósforo é muito abundante. Sua porcentagem na crosta terrestre é de 0,09%. Este é um indicador bastante grande. Onde esse átomo é encontrado na natureza? Existem vários lugares principais para nomear:

• parte verde das plantas, suas sementes e frutos;
• tecidos animais (músculos, ossos, esm alte dentário, muitos compostos orgânicos importantes);
• crust;
• solo;
• rochas e minerais;
• água do mar.

Neste caso, só podemos falar de formas relacionadas, mas não de uma substância simples. Afinal, ele é extremamente ativo, e isso não permite que ele seja livre. Entre os minerais mais ricos em fósforo estão:

• Inglês;
• fluorapatita;
• svanbergite;
• fosforita e outros.

O significado biológico deste elemento não pode ser superestimado. Afinal, faz parte de compostos como:

• proteínas;
• fosfolipídios;
• DNA;
• RNA;
• fosfoproteínas;
• enzimas.

Ou seja, todos aqueles que são vitais e dos quais todo o organismo é construído. A dose diária para um adulto médio é de cerca de 2 gramas.

Fósforo e seus compostos

Sendo muito ativo, este elemento forma muitas substâncias diferentes. Afinal, ele também forma fosfetos e atua como agente redutor. Devido a isso, é difícil nomear um elemento que seria inerte ao reagir com ele. Portanto, as fórmulas dos compostos de fósforo são extremamente diversas. Existem várias classes de substâncias na formação das quais ele é participante ativo.

1. Compostos binários - óxidos, fosfetos, composto volátil de hidrogênio, sulfeto, nitreto e outros. Por exemplo: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{e outros.}
2. Substâncias complexas: sais de todos os tipos (médio, ácido, básico, duplo, complexo), ácidos. Exemplo: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ e outros.
3. Compostos orgânicos contendo oxigênio: proteínas, fosfolipídios, ATP, DNA, RNA e outros.

A maioria dos tipos de substâncias designados são de grande importância industrial e biológica. O uso de fósforo e seus compostos é possível tanto para fins médicos quanto para a fabricação de utensílios domésticos bastante comuns.

Compostos com metais

Compostos binários de fósforo com metais e não metais menos eletronegativos são chamados de fosfetos. São substâncias semelhantes ao sal que são extremamente instáveis quando expostas a vários agentes. A rápida decomposição (hidrólise) causa aindaágua pura.

Além disso, sob a ação de ácidos não concentrados, a substância também se decompõe nos produtos correspondentes. Por exemplo, se falarmos sobre a hidrólise do fosfeto de cálcio, os produtos serão hidróxido metálico e fosfina:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

E submetendo o fosfeto à decomposição sob a ação de um ácido mineral, obtemos o sal e a fosfina correspondentes:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

Em geral, o valor dos compostos em consideração reside precisamente no fato de que, como resultado, é formado um composto de hidrogênio de fósforo, cujas propriedades serão consideradas a seguir.

Substâncias voláteis à base de fósforo

Existem dois principais:

• fósforo branco;
• fosfina.

Já mencionamos o primeiro acima e demos as características. Eles disseram que era uma fumaça branca espessa, altamente venenosa, mal cheirosa e auto-inflamável em condições normais.

Mas o que é fosfina? Esta é a substância volátil mais comum e conhecida, que inclui o elemento em questão. É binário, e o segundo participante é o hidrogênio. A fórmula do composto de hidrogênio do fósforo é pH₃, o nome é fosfina.

As propriedades desta substância podem ser descritas da seguinte forma.

1. Gás volátil incolor.
2. Muito venenoso.
3. Cheira a peixe podre.
4. Não interage com a água e se dissolve muito mal nela. Bem solúvel emorgânicos.
5. Em condições normais, muito reativo.
6. Inflama-se automaticamente no ar.
7. Produzido a partir da decomposição de fosfetos metálicos.

Outro nome é Fosfano. Histórias de tempos antigos estão associadas a ele. É tudo sobre as "luzes errantes" que as pessoas às vezes viam e veem agora em cemitérios e pântanos. Luzes esféricas ou semelhantes a velas que aparecem aqui e ali, dando a impressão de movimento, eram consideradas um mau presságio e as pessoas supersticiosas tinham muito medo delas. A causa desse fenômeno, segundo a visão moderna de alguns cientistas, pode ser considerada a combustão espontânea da fosfina, que se forma naturalmente durante a decomposição de resíduos orgânicos, tanto vegetais quanto animais. O gás sai e, em contato com o oxigênio do ar, inflama. A cor e o tamanho da chama podem variar. Na maioria das vezes, são luzes brilhantes esverdeadas.

Obviamente, todos os compostos voláteis de fósforo são substâncias venenosas que são facilmente detectadas por um odor forte e desagradável. Este sinal ajuda a evitar envenenamento e consequências desagradáveis.

Compostos com não metais

Se o fósforo se comporta como um agente redutor, então devemos falar de compostos binários com não metais. Na maioria das vezes, eles são mais eletronegativos. Assim, podemos distinguir vários tipos de substâncias deste tipo:

• composto de fósforo e enxofre - sulfureto de fósforo P₂S₃;
• cloreto de fósforo III, V;
• óxidos e anidrido;
• brometo e iodeto eoutros.

A química do fósforo e seus compostos é diversa, por isso é difícil identificar o mais importante deles. Se falarmos especificamente sobre as substâncias formadas a partir de fósforo e não metais, os óxidos e cloretos de várias composições são da maior importância. Eles são usados em sínteses químicas como agentes desaguantes, como catalisadores e assim por diante.

Então, um dos mais poderosos agentes de secagem é o óxido de fósforo mais alto - P₂O₅. Atrai a água com tanta força que, em contato direto com ela, ocorre uma reação violenta com forte acompanhamento de ruído. A substância em si é uma massa branca parecida com a neve, mais próxima do amorfa em seu estado de agregação.

Compostos orgânicos oxigenados com fósforo

Sabe-se que a química orgânica supera em muito a química inorgânica em termos de número de compostos. Isso é explicado pelo fenômeno de isomerismo e pela capacidade dos átomos de carbono de formar cadeias de átomos de várias estruturas, fechando-se entre si. Naturalmente, há uma certa ordem, isto é, uma classificação, à qual toda química orgânica está sujeita. As classes de conexão são diferentes, porém, estamos interessados em uma específica, diretamente relacionada ao elemento em questão. Estes são compostos contendo oxigênio com fósforo. Estes incluem:

• coenzimas - NADP, ATP, FMN, piridoxal fosfato e outros;
• proteínas;
• ácidos nucleicos, uma vez que o resíduo de ácido fosfórico faz parte do nucleotídeo;
• fosfolipídios e fosfoproteínas;
• enzimas e catalisadores.

Tipo de íon em queo fósforo está envolvido na formação de uma molécula desses compostos, a próxima é PO₄^3-, ou seja, é um resíduo ácido de ácido fosfórico. Está presente em algumas proteínas como um átomo livre ou um íon simples.

Para o funcionamento normal de todo organismo vivo, este elemento e os compostos orgânicos formados por ele são extremamente importantes e necessários. De fato, sem moléculas de proteína, é impossível construir uma única parte estrutural do corpo. E DNA e RNA são os principais portadores e transmissores de informações hereditárias. Em geral, todas as conexões devem estar presentes sem falhas.

Uso de fósforo na indústria

O uso do fósforo e seus compostos na indústria pode ser caracterizado em vários pontos.

1. Usado na fabricação de fósforos, compostos explosivos, bombas incendiárias, alguns combustíveis, lubrificantes.
2. Como absorvedor de gás e na fabricação de lâmpadas incandescentes.
3. Para proteger os metais da corrosão.
4. Na agricultura como fertilizante do solo.
5. Como amaciante de água.
6. Em sínteses químicas na produção de várias substâncias.

O papel nos organismos vivos é reduzido à participação na formação do esm alte e dos ossos dos dentes. Participação nas reações de ana e catabolismo, bem como na manutenção do tamponamento do ambiente interno da célula e fluidos biológicos. É a base na síntese de DNA, RNA, fosfolipídios.