Phosphore et ses composés. Application pratique des composés phosphorés

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 05:26

Parmi les éléments biogéniques, une place particulière doit être accordée au phosphore. En effet, sans lui, l'existence de composés vitaux tels que, par exemple, l'ATP ou les phospholipides, ainsi que de nombreuses autres substances organiques, est impossible. Dans le même temps, la matière inorganique de cet élément est très riche en molécules diverses. Le phosphore et ses composés sont largement utilisés dans l'industrie, sont des acteurs importants des processus biologiques et sont utilisés dans diverses branches de l'activité humaine. Par conséquent, considérez quel est cet élément, quelle est sa substance simple et quels sont les composés les plus importants.

Phosphore: caractéristiques générales de l'élément

La position dans le tableau périodique peut être décrite en plusieurs points.

1. Cinquième groupe, sous-groupe principal.
2. Troisième petite période.
3. Nombre ordinal - 15.
4. La masse atomique est de 30 974.
5. Configuration électronique de l'atome 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. États d'oxydation possibles à partir de-3 à +5.
7. Symbole chimique - P, prononciation dans les formules "pe". Le nom de l'élément est le phosphore. Nom latin phosphore.

L'histoire de la découverte de cet atome remonte au lointain XIIe siècle. Même dans les registres des alchimistes, il y avait des informations indiquant la réception d'une substance "lumineuse" inconnue. Cependant, la date officielle de la synthèse et de la découverte du phosphore était 1669. Le marchand en faillite Brand, à la recherche de la pierre philosophale, a accidentellement synthétisé une substance capable d'émettre une lueur et de brûler avec une flamme brillante et aveuglante. Il l'a fait en calcinant à plusieurs reprises de l'urine humaine.

Après cela, indépendamment les uns des autres, cet élément a été reçu à peu près de la même manière:

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

Aujourd'hui, l'une des méthodes les plus populaires pour la synthèse de cette substance est la réduction des minéraux correspondants contenant du phosphore à des températures élevées sous l'influence du monoxyde de carbone et de la silice. Le processus est effectué dans des fours spéciaux. Le phosphore et ses composés sont des substances très importantes tant pour les êtres vivants que pour de nombreuses synthèses dans l'industrie chimique. Par conséquent, il faut considérer ce qu'est cet élément en tant que substance simple et où il se trouve dans la nature.

Substance simple phosphore

Il est difficile de nommer un composé spécifique quand il s'agit de phosphore. Cela est dû aux nombreuxmodifications allotropiques que possède cet élément. Il existe quatre variétés principales de la substance simple phosphore.

1. Blanc. Il s'agit d'un composé dont la formule est Р₄. C'est une substance blanche volatile avec une forte odeur désagréable d'ail. Il s'enflamme spontanément dans l'air à des températures normales. Brûle avec une lumière verte pâle lumineuse. Très toxique et potentiellement mortel. L'activité chimique est extrêmement élevée, elle est donc obtenue et stockée sous une couche d'eau purifiée. Ceci est possible en raison de la faible solubilité dans les solvants polaires. Le disulfure de carbone et les substances organiques conviennent le mieux à ce phosphore blanc. Lorsqu'il est chauffé, il est capable de se transformer en la prochaine forme allotropique - le phosphore rouge. Lors de la condensation et du refroidissement des vapeurs, il est capable de former des couches. Huileux au toucher, doux, se coupe facilement au couteau, blanc (légèrement jaunâtre). Point de fusion 44⁰C. En raison de son activité chimique, il est utilisé dans les synthèses. Mais en raison de sa toxicité, il n'a pas une large application industrielle.
2. Jaune. C'est une forme mal purifiée de phosphore blanc. Il est encore plus toxique, il sent aussi désagréablement l'ail. S'enflamme et brûle avec une flamme verte lumineuse brillante. Ces cristaux jaunes ou bruns ne se dissolvent pas du tout dans l'eau; lorsqu'ils sont complètement oxydés, ils émettent des bouffées de fumée blanche avec la composition P₄O₁₀.
3. Le phosphore rouge et ses composés sont la modification la plus courante et la plus couramment utilisée de cette substance dans l'industrie. Masse rouge pâteuse qui, sous une pression accrue, peutpasser sous forme de cristaux violets, est chimiquement inactif. C'est un polymère qui ne peut se dissoudre que dans certains métaux et rien d'autre. A une température de 250⁰С, il se sublime, se transformant en une modification blanche. Pas aussi toxique que les formes précédentes. Cependant, une exposition à long terme au corps est toxique. Il est utilisé pour appliquer un revêtement incendiaire sur les boîtes d'allumettes. Cela s'explique par le fait qu'il ne peut pas s'enflammer spontanément, mais qu'il explose (s'enflamme) lors de la dénotation et du frottement.
4. Noir. Selon des données externes, il est très similaire au graphite, il est également gras au toucher. C'est un semi-conducteur électrique. Cristaux sombres, brillants, qui ne peuvent se dissoudre dans aucun solvant. Pour qu'il prenne feu, des températures très élevées et un chauffage préalable sont nécessaires.

La forme récemment découverte du phosphore - métallique est également intéressante. C'est un conducteur et possède un réseau cristallin cubique.

Propriétés chimiques

Les propriétés chimiques du phosphore dépendent de sa forme. Comme mentionné ci-dessus, la modification jaune et blanche la plus active. En général, le phosphore est capable d'interagir avec:

• métaux formant des phosphures et jouant le rôle d'agent oxydant;
• non-métaux, agissant comme agent réducteur et formant des composés volatils et non volatils de divers types;
• agents oxydants forts, se transformant en acide phosphorique;
• avec des alcalins caustiques concentrés par typedisproportion;
• avec de l'eau à très haute température;
• avec de l'oxygène pour former divers oxydes.

Les propriétés chimiques du phosphore sont similaires à celles de l'azote. Après tout, il fait partie du groupe des pnictogènes. Cependant, l'activité est supérieure de plusieurs ordres de grandeur en raison de la variété des modifications allotropiques.

Être dans la nature

En tant que nutriment, le phosphore est très abondant. Son pourcentage dans la croûte terrestre est de 0,09 %. Il s'agit d'un indicateur assez important. Où se trouve cet atome dans la nature ? Il y a plusieurs endroits principaux à nommer:

• partie verte des plantes, leurs graines et leurs fruits;
• tissus animaux (muscles, os, émail dentaire, nombreux composés organiques importants);
• croûte;
• sol;
• roches et minéraux;
• eau de mer.

Dans ce cas, on ne peut parler que de formes apparentées, mais pas d'une substance simple. Après tout, il est extrêmement actif, ce qui ne lui permet pas d'être libre. Parmi les minéraux les plus riches en phosphore figurent:

• Anglais;
• fluorapaptite;
• svanbergite;
• phosphorite et autres.

L'importance biologique de cet élément ne peut être surestimée. Après tout, il fait partie de composés tels que:

• protéines;
• phospholipides;
• ADN;
• ARN;
• phosphoprotéines;
• enzymes.

C'est-à-dire tous ceux qui sont vitaux et à partir desquels tout l'organisme est construit. L'apport journalier pour un adulte moyen est d'environ 2 grammes.

Phosphore et ses composés

Étant très actif, cet élément forme de nombreuses substances différentes. Après tout, il forme également des phosphures et agit lui-même comme agent réducteur. Pour cette raison, il est difficile de nommer un élément qui serait inerte en réagissant avec lui. Par conséquent, les formules des composés du phosphore sont extrêmement diverses. Il existe plusieurs classes de substances dans la formation desquelles il participe activement.

1. Composés binaires - oxydes, phosphures, composé d'hydrogène volatil, sulfure, nitrure et autres. Par exemple: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{et autres.}
2. Substances complexes: sels de tous types (moyens, acides, basiques, doubles, complexes), acides. Exemple: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ et autres.
3. Composés organiques contenant de l'oxygène: protéines, phospholipides, ATP, ADN, ARN et autres.

La plupart des types de substances désignés ont une grande importance industrielle et biologique. L'utilisation du phosphore et de ses composés est possible aussi bien à des fins médicales que pour la fabrication d'articles ménagers tout à fait ordinaires.

Composés avec des métaux

Les composés binaires du phosphore avec des métaux et des non-métaux moins électronégatifs sont appelés phosphures. Ce sont des substances semblables à du sel qui sont extrêmement instables lorsqu'elles sont exposées à divers agents. La décomposition rapide (hydrolyse) provoque mêmeeau claire.

De plus, sous l'action d'acides non concentrés, la substance se décompose également en produits correspondants. Par exemple, si nous parlons de l'hydrolyse du phosphure de calcium, alors les produits seront de l'hydroxyde métallique et de la phosphine:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

Et en soumettant le phosphure à la décomposition sous l'action d'un acide minéral, on obtient le sel et la phosphine correspondants:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

En général, la valeur des composés considérés réside précisément dans le fait qu'il en résulte la formation d'un composé hydrogéné du phosphore, dont les propriétés seront examinées ci-dessous.

Substances volatiles à base de phosphore

Il y en a deux principaux:

• phosphore blanc;
• phosphine.

Nous avons déjà mentionné le premier ci-dessus et donné les caractéristiques. Ils ont dit qu'il s'agissait d'une épaisse fumée blanche, très toxique, nauséabonde et auto-inflammable dans des conditions normales.

Mais qu'est-ce que la phosphine ? Il s'agit de la substance volatile la plus courante et la plus connue, qui comprend l'élément en question. C'est binaire, et le deuxième participant est l'hydrogène. La formule du composé hydrogène du phosphore est pH₃, le nom est phosphine.

Les propriétés de cette substance peuvent être décrites comme suit.

1. Gaz volatil incolore.
2. Très toxique.
3. Ça sent le poisson pourri.
4. N'interagit pas avec l'eau et s'y dissout très mal. Bien soluble dansorganiques.
5. Dans des conditions normales, très réactif.
6. Auto-enflamme dans l'air.
7. Produit de la décomposition des phosphures métalliques.

Un autre nom est Phosphane. Des histoires de l'Antiquité y sont associées. Il s'agit des "lumières errantes" que les gens ont parfois vues et voient maintenant dans les cimetières et les marécages. Les lumières sphériques ou en forme de bougies qui apparaissent ici et là, donnant une impression de mouvement, étaient considérées comme un mauvais présage et les personnes superstitieuses en avaient très peur. La cause de ce phénomène, selon les vues modernes de certains scientifiques, peut être considérée comme la combustion spontanée de la phosphine, qui se forme naturellement lors de la décomposition des résidus organiques, végétaux et animaux. Le gaz sort et, au contact de l'oxygène de l'air, s'enflamme. La couleur et la taille des flammes peuvent varier. Le plus souvent, ce sont des lumières brillantes verdâtres.

De toute évidence, tous les composés volatils du phosphore sont des substances toxiques faciles à détecter par une forte odeur désagréable. Ce signe aide à éviter les empoisonnements et les conséquences désagréables.

Composés avec des non-métaux

Si le phosphore se comporte comme un agent réducteur, alors on devrait parler de composés binaires avec des non-métaux. Le plus souvent, ils sont plutôt électronégatifs. Ainsi, on peut distinguer plusieurs types de substances de ce genre:

• composé de phosphore et de soufre - sulfure de phosphore P₂S₃;
• chlorure de phosphore III, V;
• oxydes et anhydride;
• bromure et iodure etautres.

La chimie du phosphore et de ses composés est diverse, il est donc difficile d'identifier les plus importants d'entre eux. Si nous parlons spécifiquement des substances formées à partir de phosphore et de non-métaux, les oxydes et les chlorures de diverses compositions sont de la plus haute importance. Ils sont utilisés dans les synthèses chimiques comme agents de déshydratation, comme catalyseurs, etc.

Donc, l'un des agents de séchage les plus puissants est l'oxyde de phosphore le plus élevé - P₂O₅. Il attire si fortement l'eau qu'au contact direct avec elle, une réaction violente se produit accompagnée d'un fort bruit. La substance elle-même est une masse blanche ressemblant à de la neige, plus proche de l'amorphe dans son état d'agrégation.

Composés organiques oxygénés avec du phosphore

On sait que la chimie organique dépasse de loin la chimie inorganique en termes de nombre de composés. Cela s'explique par le phénomène d'isomérie et la capacité des atomes de carbone à former des chaînes d'atomes de structures diverses, se fermant les unes avec les autres. Naturellement, il y a un certain ordre, c'est-à-dire une classification, auquel toute la chimie organique est soumise. Les classes de connexion sont différentes, cependant, nous nous intéressons à une spécifique, directement liée à l'élément en question. Ce sont des composés contenant de l'oxygène avec du phosphore. Ceux-ci incluent:

• coenzymes - NADP, ATP, FMN, phosphate de pyridoxal et autres;
• protéines;
• acides nucléiques, puisque le résidu d'acide phosphorique fait partie du nucléotide;
• phospholipides et phosphoprotéines;
• enzymes et catalyseurs.

Type d'ion dans lequelle phosphore est impliqué dans la formation d'une molécule de ces composés, la suivante est PO₄^3-, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un résidu acide d'acide phosphorique. Il est présent dans certaines protéines sous forme d'atome libre ou de simple ion.

Pour le fonctionnement normal de tout organisme vivant, cet élément et les composés organiques qu'il forme sont extrêmement importants et nécessaires. En effet, sans molécules de protéines, il est impossible de construire une seule partie structurelle du corps. Et l'ADN et l'ARN sont les principaux porteurs et transmetteurs d'informations héréditaires. En général, toutes les connexions doivent être présentes sans faute.

Utilisation du phosphore dans l'industrie

L'utilisation du phosphore et de ses composés dans l'industrie peut être caractérisée en plusieurs points.

1. Utilisé dans la fabrication d'allumettes, de composés explosifs, de bombes incendiaires, de certains carburants, de lubrifiants.
2. Comme absorbeur de gaz et dans la fabrication de lampes à incandescence.
3. Pour protéger les métaux de la corrosion.
4. Dans l'agriculture comme engrais de sol.
5. Comme adoucisseur d'eau.
6. Dans les synthèses chimiques dans la production de diverses substances.

Le rôle dans les organismes vivants est réduit à la participation à la formation de l'émail des dents et des os. Participation aux réactions d'ana- et de catabolisme, ainsi qu'au maintien du tampon de l'environnement interne de la cellule et des fluides biologiques. C'est la base de la synthèse de l'ADN, de l'ARN, des phospholipides.