В состав чего входит фосфор

Фосфор (P, Phosphorus)

История фосфора

Фосфор открыл в 1669 году алхимик из Гамбурга Хенниг Бранд, который проводил опыты с выпариванием человеческой мочи, пытаясь получить философский камень. Вещество, образовавшееся после многочисленных манипуляций, оказалось похожим на воск, необыкновенно ярко, с мерцанием, горело. Новому веществу было дано название phosphorus mirabilis (от латинского чудотворный носитель огня). Несколькими годами позже фосфор получил Иоганн Кункель, а также, независимо от двух первых учёных, Р. Бойлем.

Общая характеристика фосфора

Фосфор является элементом XV группы III периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 15 и атомной массой 30,974. Принятое обозначение – Р.

Нахождение в природе

Фосфор содержится в морской воде и земной коре в основном в виде минералов, которых около 190 (самые важные – апатит и фосфорит). Входит в состав всех частей зелёных растений, белков, ДНК.

Физические и химические свойства

фосфор является неметаллом с высокой химической активностью, в свободном виде практически не встречается. Известны четыре модификации фосфора – красный, белый, чёрный и металлический.

Суточная потребность в фосфоре

Для нормального функционирования организм взрослого человека должен получать 1,0-2,0 г фосфора в сутки. Для детей и подростков норма составляет 1,5-2,5 г, для беременных и кормящих женщин возрастает до 3,0-3,8 г (calorizator). Суточная потребность в фосфоре увеличивается во время регулярных спортивных тренировок и при физических нагрузках.

Продукты питания богатые фосфором

Признаки нехватки фосфора

Недостаточное количество фосфора в организме характеризуется усталостью и слабостью, может сопровождаться потерей аппетита и внимания, частыми простудными заболеваниями, тревогой и чувством страха.

Признаки избытка фосфора

Признаками избытка фосфора в организме служат кровотечения и кровоизлияния, развивается анемия, возникает почечнокаменная болезнь.

Полезные свойства фосфора и его влияние на организм

Фосфор обеспечивает нормальные рост костной и зубной тканей организма, поддерживает их в здоровом состоянии, также участвует в синтезе белка, играет важную роль в обмене жиров, белков и углеводов. Без фосфора не могут функционировать мышцы, и не происходит умственная деятельность.

Усвояемость фосфора

При приёме минеральных комплексов стоит помнить о наилучшем балансе фосфора и кальция (3:2), а также о том, что чрезмерное количество магния и железа замедляет процесс усвоения фосфора.

Применение фосфора в жизни

Фосфор широко применяется в промышленности и сельском хозяйстве, прежде всего из-за его горючести. Его используют в производстве топлива, спичек, взрывчатых веществ, фосфорных удобрений и защиты поверхностей металлов от коррозии.

Источник

Фосфор (Р) – роль в организме, применение, суточная потребность, источники

Фосфор (Phosphorus, Р) – химический элемент, который играет важную роль макроэлемента в организме человека и берет непосредственное участие в формировании, развитии и поддержании здоровья сердечно-сосудистой системы, головного мозга и опорно-двигательного аппарата.

Основными функциями фосфора также являются – превращение жиров, углеводов, передача нервных импульсов, синергичная работа с кальцием в формировании костного скелета и зубов. Данный элемент входит в состав фосфолипидов, белков, ДНК и АТФ, в связи с чем по праву имеет титул – «элемент жизни».

В чистом виде Р из-за высокой химической активности практически не встречается, тем не менее, он участвует в образовании около 190 минералов, наиболее популярными из которых являются – апатит и фосфорит. По расчётам ученых, масса земной коры на 0,08-0,09% состоит из фосфора.

История – краткая справка

Свое название фосфор получил от двух древнегреческих слов «φῶς» (свет), и «φέρω» (несу), объеденив которые получаем – светоносный.

Впервые о существовании фосфора заявил в 1669 году немецкий алхимик из г. Гамбург – Хеннинг Бранд (Hennig Brandt). Получил же Бранд совершенно случайно – когда пытался добыть золото из человеческой мочи. Конечно, логика у людей тех времен была уникальна – раз моча золотистая, значит в ней может присутствовать золото. В результате многодневного отстаивания, а после длительного выпаривания мочи, вместо жидкости в емкости остались белые воскоподобные частички непонятного вещества, которые могли ярко гореть и мерцать в темноте. Нововыявленное вещество Х.Бранд назвал «чудотворным носителем света» (phosphorus mirabilis).

Далее, Р смогли добыть — немецкий химик Иоганн Кункель (Johannes Kunckel), в 1680 г. англо-ирландский химик и физик Роберт Бойль (англ. Robert Boyle), в 1743 г. немецкий химик Андреас Маргграф (Andreas Marggraf) и другие.

Получить красный фосфор сумел в середине XIX в — А.Шрёттер, что произошло при нагревании белого фосфора без контакта с кислородом.

Общие данные

Расположение в периодической таблице Д.И. Менделеева: в старой версии — III период, III ряд, V группа, в новой версии таблицы – 15 группа, 3 период.

Физико-химические свойства. Фосфор известен во многих модификациях – белый, красный, желтый, черный, металлический и др., которые еще называются аллотропными. Физические и химические свойства напрямую зависят от его формы, особенно его химическая активность.

Белый фосфор – химически активное вещество белого цвета с легкой желтизной или зеленоватостью, схожее на парафин, легко поддается деформации при небольших физических усилиях. Плохо растворим в воде, при контакте с кислородом и светом начинает светиться бледно-зеленым цветом. Небольшое воздействие температуры способно привести к самовозгоранию вещества. Очень ядовит – попадание внутрь всего 0,05-0,15 г вещества может привести к летальному исходу. При контакте с кожей также способен самовоспламеняться, после чего оставляет сильные ожоги.

Красный фосфор – более устойчивая форма элемента к термическому воздействию, которую получают из его белой формы. Окрашен в красные, фиолетовые цвета с металлическим отблеском. Не растворяется в воде, не светится в темноте, способен самопроизвольно загореться при ударе или трении. Ядовитость в тысячи раз меньше по сравнению с белым. Применяется при изготовлении спичечных коробков – входит в состав терочной поверхности.

Биологическая роль фосфора в организме

В организме фосфор присутствует в виде ортофосфорной и пирофосфорной кислот. Этот элемент входит в состав фосфолипидов, АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), фосфопротеидов, нуклеотидов, различных ферментов и коферментов. В костях человека Р находится в форме гидроксилапатита, в зубной эмали – в виде фторапатита.

В целом, 1% массы тела человека припадает на фосфор в тех или иных формах, из которых около 85% элемента содержится в составе костей из зубов.

Регулирование метаболизма фосфорных соединений производят витамин D и гормоны.

Фосфор выполняет множество важных и полезных функций, среди которых:

Применение фосфора в других сферах человеческой жизни

Суточная потребность

Рекомендуемые суточные дозы фосфора в зависимости от пола и возраста:

Для максимальной эффективности усваивания организмом фосфора его необходимо одновременно употреблять с кальцием, в соотношении – 1,5 (Р) : 1 (Са).

Суточная доза фосфора повышается при обильных физических нагрузках, занятиях спортом.

Нехватка фосфора — симптомы

Дефицит фосфора в организме (гипофосфатемия) дает о себе знать, когда его количество в сыворотке крови составляет 0,81-0,32 ммоль/л и меньше. Это может вызвать ряд осложнений со здоровьем, среди которых:

Причины нехватки фосфора

Применение фосфора в медицине

Применение Р с лечебной целью целесообразно в следующих случаях:

В качестве препаратов фосфора чаще всего применяют биофосфонаты («Этидронат»), «Кальция глицерофосфат».

Избыток фосфора

Избыток фосфора в организме (гиперфосфатемия) также, как и нехватка может вызвать ряд осложнений со здоровьем, среди которых:

Причины переизбытка фосфора

Источники фосфора

В каких продуктах содержится фосфор больше всего?

Химические источники (Р): «Этидронат», «Кальция глицерофосфат», «Фосален», витаминно-минеральные комплексы «Витрум», пищевые добавки Е338, Е339, Е340, Е341, Е342, Е343.

Взаимодействие фосфора с другими веществами

Избыточное количество в организме алюминия, кальция, магния, железа, эстрогенов, андрогенов и тироксина понижают усвояемость фосфора, а также его полную активность;

Прием Р в сочетании с кальцием (пропорция 1,5 Р к 1 Са) взаимодополняют друг друга, тем самым повышая свою активность.

Повышенное количество витамина D способствует переизбытку фосфора, однако, недостаток D приводит к недостатку Р.

При воздействии кислорода — Р легко окисляется.

Видео

Источник

Фосфор. Химия фосфора и его соединений

Фосфор

Положение в периодической системе химических элементов

Фосфор расположен в главной подгруппе V группы (или в 15 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение фосфора

Электронная конфигурация фосфора в основном состоянии :

Атом фосфора содержит на внешнем энергетическом уровне 3 неспаренных электрона и одну неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии. Следовательно, атом фосфора может образовывать 3 связи по обменному механизму. Однако, в отличие от азота, за счет вакантной 3d орбитали атом фосфора может переходить в возбужденное энергетическое состояние.

Электронная конфигурация фосфора в возбужденном состоянии:

При этом один электрон из неподеленной электронной пары на 3s-орбитали переходит на переходит на 3d-орбиталь. Для атома фосфора в возбужденном энергетическом состоянии характерна валентность V.

Таким образом, максимальная валентность фосфора в соединениях равна V (в отличие от азота). Также характерная валентность фосфора в соединениях — III.

Физические свойства и нахождение в природе

Фосфор образует различные простые вещества (аллотропные модификации).

Белый фосфор — это вещество состава P₄. Мягкий, бесцветный, ядовитый, имеет характерный чесночный запах. Молекулярная кристаллическая решетка, а следовательно, невысокая температура плавления (44°С), высокая летучесть. Очень реакционно способен, самовоспламеняется на воздухе.

Покрытие бумаги раствором белого фосфора в сероуглероде. Спустя некоторое время, когда сероуглерод испаряется, фосфор воспламеняет бумагу (процесс лег в основу различных фокусов с самовозгоранием или получением огня из ничего):

Белый фосфор можно расплавить в ёмкости с тёплой водой, поскольку он имеет температуру плавления в 44,15 °C.

Черный фосфор – то наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора. Чёрный фосфор — это чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и весьма похожее на графит, полностью нерастворимое в воде или органических растворителях.

В природе фосфор встречается только в виде соединений. В основном это апатиты (например, Ca₃(PO₄)₂), фосфориты и др. Фосфор входит в состав важнейших биологических соединений —фосфолипидов.

Соединения фосфора

Типичные соединения фосфора:

Способы получения фосфора

4HPO₃ + 10C → P₄ + 2H₂O + 10 CO

3. Красный и черный фосфор получают из белого фосфора.

Химические свойства фосфора

При нормальных условиях фосфор довольно химически активен.

1.1. При взаимодействии с кислородом воздуха образу

ются оксиды – ангидриды соответствующих кислот :

Горение белого фосфора:

Горение красного фосфора:

1.2. При взаимодействии фосфора с галогенами образуются галогениды с общей формулой PHal₃ и PHal₅:

Фосфор реагирует с бромом:

1.3. При взаимодействии фосфора с серой образуются сульфиды:

1.4. При взаимодействии с металлами фосфор проявляет свойства окислителя, продукты реакции называют фосфидами.

Еще пример : натрий взаимодействует с фосфором с образованием фосфида натрия:

P + 3Na → Na₃P

1.5. С водородом фосфор непосредственно не взаимодействует.

2. Со сложными веществами фосфор реагирует, проявляя окислительные и восстановительные свойства. Фосфор диспропорционирует при взаимодействии с некоторыми веществами.

2.1. При взаимодействии с окислителями фосфор окисляется до оксида фосфора (V) или до фосфорной кислоты.

Серная кислота также окисляет фосфор:

Реакция красного фосфора с бертолетовой солью. Этот процесс заложен в принципе возгорания спички при трении её о шершавую поверхность коробка.

2.2. При растворении в щелочах фосфор диспропорционирует до гипофосфита и фосфина.

Или с гидроксидом кальция:

Фосфин

Строение молекулы и физические свойства

Фосфин PH₃ – это бинарное соединение водорода с фосфором, относится к летучим водородным соединениям. Следовательно, фосфин газ, с неприятным запахом, бесцветный, мало растворимый в воде, химически нестойкий и ядовитый. Водородные связи между молекулами фосфина не образуются. В твердом состоянии имеет молекулярную кристаллическую решетку.

Способы получения фосфина

В лаборатории фосфин получают водным или кислотным гидролизом фосфидов – бинарных соединений фосфора и металлов.

Еще один лабораторный способ получения фосфина – диспропорционирование фосфора в щелочах.

Химические свойства фосфина

Соли фосфония неустойчивые, легко гидролизуются.

3. Как сильный восстановитель, фосфин легко окисляется под действием окислителей.

Серная кислота также окисляет фосфин:

С фосфином также реагируют другие соединения фосфора, с более высокими степенями окисления фосфора.

2PH₃ + 2PCl₃ → 4P + 6HCl

Фосфиды

Способы получения фосфидов

Фосфор взаимодействует с натрием:

P + 3Na → Na₃P

Химические свойства фосфидов

1. Фосфиды легко разлагаются водой или кислотами с образованием фосфина.

Фосфид магния разлагается соляной кислотой:

Оксиды фосфора

Оксид фосфора (III)

Получить оксид фосфора (III) можно окислением фосфора при недостатке кислорода :

Химические свойства оксида фосфора (III):

Оксид фосфора (III) очень ядовит и неустойчив. Для P₂O₃ (P₄O₆) характерны два типа реакций.

1. Поскольку фосфор в оксиде фосфора (III) проявляет промежуточную степень окисления, то он принимает участие в окислительно-восстановительных процессах, повышая либо понижая степень окисления атома фосфора. Характерны для P₂O₃ реакции диспропорционирования.

2. При взаимодействии с окислителями P₂O₃ проявляет свойства восстановителя.

3. С другой стороны Р₂О₃ проявляет свойства кислотного оксида (ангидрид фосфористой кислоты), взаимодействуя с водой с образованием фосфористой кислоты:

а со щелочами – с образованием солей (фосфитов):

Оксид фосфора (V)

Оксид фосфора (V) – это кислотный оксид. В нормальных условиях образует белые кристаллы. В парах состоит из молекул P₄О₁₀. Очень гигроскопичен (используется как осушитель газов и жидкостей).

Способы получения. Оксид фосфора (V) получают сжиганием фосфора в избытке кислорода.

Химические свойства.

1. Оксид фосфора (V) – очень гигроскопичное вещество, которое используется для осушения газов. Обладая высоким сродством к воде, оксид фосфора (V) дегидратирует до ангидридов неорганические и органические кислоты.

В зависимости от количества воды и от других условий образуются мета-фосфорная, орто-фосфорная или пиро-фосфорная кислота:

Видеоопыт взаимодействия оксида фосфора с водой можно посмотреть здесь.

Еще пример : оксид фосфора взаимодействует с оксидом бария (при сплавлении):

Фосфорная кислота

Строение молекулы и физические свойства

Фосфор в степени окисления +5 образует несколько кислот: орто-фосфорную H₃PO₄, мета-фосфорную HPO₃, пиро-фосфорную H₄P₂O₇.

Фосфорная кислота H₃PO₄ – это кислота средней силы, трехосновная, прочная и нелетучая. При обычных условиях фосфорная кислота – твердое вещество, хорошо растворимое в воде и гигроскопичное.

Валентность фосфора в фосфорной кислоте равна V.

При температуре выше +213 °C орто-фосфорная кислота переходит в пирофосфорную H₄P₂O₇.

При взаимодействии высшего оксида фосфора с водой на холоде образуется метафосфорная кислота HPO₃, представляющая собой прозрачную стекловидную массу.

Способы получения

Наибольшее практическое значение из фосфорных кислот имеет орто-фосфорная кислота.

1. Получить орто-фосфорную кислоту можно взаимодействием оксида фосфора (V) с водой:

Промышленный способ получения фосфорной кислоты обработка фосфорита концентрированной серной кислотой:

3. Фосфорную кислоту также можно получить жестким окислением соединений фосфора в водном растворе в присутствии кислот.

Химические свойства

1. Фосфорная кислота частично и ступенчато диссоциирует в водном растворе.

HPO₄ 2– ⇄ H + + PO₄ 3–

2. Фосфорная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.

Еще пример : при взаимодействии фосфорной кислоты с гидроксидом калия образуются фосфаты, гидрофосфаты или дигидрофосфаты:

3. Фосфорная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов и др.). Также фосфорная кислота вступает в обменные реакции с солями.

4. При нагревании H₃PO₄ до 200°С происходит отщепление от нее молекулы воды с образованием пирофосфорной кислоты H₂P₂O₇:

5. Фосфорная кислота взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду активности металлов до водорода. При этом образуются соль и водород.

Фосфорная кислота взаимодействует также с аммиаком с образованием солей аммония:

7. Качественная реакция на фосфат-ионы и фосфорную кислоту — взаимодействие с нитратом серебра. При этом образуется ярко-желтый осадок фосфата серебра:

Видеоопыт взаимодействия фосфата натрия и нитрата серебра в растворе (качественная реакция на фосфат-ион) можно посмотреть здесь.

Фосфористая кислота

Фосфористая кислота H₃PO₃ — это двухосновная кислородсодержащая кислота. При нормальных условиях бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде.

Валентность фосфора в фосфористой кислота равна V, а степень окисления +3.

Получение фосфористой кислоты.

Фосфористую кислоту можно получить гидролизом галогенидов фосфора (III).

Фосфористую кислоту можно получить также взаимодействием оксида фосфора (III) с водой:

Химические свойства.

1. Фосфористая кислота H₃PO₃ в водном растворе — двухосновная кислота средней силы. Взаимодействует с основаниями с образованием солей-фосфитов.

Еще пример : фосфористая кислота окисляется соединениями ртути (II):

Соли фосфорной кислоты — фосфаты

Фосфорная кислота образует разные типы солей: средние – фосфаты, кислые – гидрофосфаты, дигидрофосфаты.

1. Качественная реакция на фосфаты — взаимодействие с нитратом серебра. При этом образуется желтый осадок фосфата серебра.

2. Нерастворимые фосфаты растворяются под действием сильных кислот, либо под действием фосфорной кислоты.

Фосфат кальция растворяется под действием серной кислоты:

3. За счет фосфора со степенью окисления +5 фосфаты проявляют слабые окислительные свойства и могут взаимодействовать с восстановителями.

Фосфат кальция также восстанавливается алюминием при сплавлении:

Под действием едкого кали гидрофосфат калия образует более среднюю соль — фосфат калия:

Источник