Фосфор, его свойства и аллотропные изменения. Фосфор биогенный элемент
Скачать 286.67 Kb.
|
1 2
Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 6» Города Мурома Реферат на тему: «Фосфор, его свойства и аллотропные изменения. Фосфор – биогенный элемент» Выполнил ученик 8 В класса Добрынкин Александр Руководитель Корнышова С.С. 2011 год Содержание
Введение «…Да! Это была собака, огромная, черная, как смоль. Но такой собаки еще никто из нас, смертных, не видал. Из её отверстой пасти вырывалось пламя, глаза метали искры, по морде и загривку переливался мерцающий огонь. Ни в чьем воспаленном мозгу не могло возникнуть видение более страшное, долее омерзительное, чем это адское существо, выскочившее на нас из тумана… Страшный пес, величиной с молодую львицу. Его огромная пасть все еще светилась голубоватым пламенем, глубоко дикие глаза были обведены огненными кругами. Я дотронулся до этой светящейся головы и, отняв руку, увидел, что мои пальцы тоже засветились в темноте. Фосфор, - сказал я». Артур Конан-Дойл. «Собака Баскервилей». Цель – определить особенности строения и свойств фосфора и его соединений Задачи:
Положение фосфора в периодической системе Д. И. Менделеева Фосфор (Phosphorus) – химический элемент 15(Vа) группы Периодической системы, атомный номер 15, атомная масса 30,974. Известно 23 изотопа фосфора 24P – 46P, среди них один стабильный 32P и только он встречается в природе. Период полураспада изотопа 30P 2,55 минуты это первый радиоактивный изотоп, полученный искусственно в 1934 Фредериком и Ирен Жолио-Кюри. История открытия фосфора Обычно датой открытия фосфора считается 1669 г., однако имеются некоторые указания, что он был известен ранее. Гефер, например, сообщает, что в алхимическом манускрипте из сборника, хранящегося в Парижской библиотеке, говорится о том, что ещё около XII в. Некто Алхид Бехиль получил при перегонки мочи с глиной и известью вещество, названное им «эскарбуль». Может быть, это и был фосфор, составляющий большой секрет алхимика. Во всяком случае, известно, что в поисках философского камня алхимики подвергали перегонки и другим операциям всевозможные материалы, в том числе мочу, экскременты, кости и т. д. С древних времен фосфорами называли вещества, способные светиться в темноте. В XVII в. Был известен болонский фосфор – камень, найденный в горах вблизи Болоньи; после обжига на углях камень приобретал способность светиться. Описывается также «фосфор Балдуина», приготовленный волостным старшиной балдуином из прокаленной смеси мела и азотной кислоты. Свечение подобных веществ вызывало крайнее удивление и почиталось чудом. В 1669 г. гамбургский алхимик – любитель Бранд, разорившийся купец, мечтавший с помощью алхимии поправить свои дела, подвергал обработке самые разнообразные продукты. Предполагая, что физиологические продукты могут содержать «первичную материю», считавшуюся основой философского камня, Бранд заинтересовался человеческой мочой. Он собрал около тонны мочи из солдатских казарм и выпаривал её до образования сиропообразной жидкости. Эту жидкость он вновь дистиллировал и получил тяжелое красное «уриное масло». Перегнав это масло ещё раз, он обнаружил на дне реторты остаток «мертвой головы» (Caput mortuum), казалось бы ни к чему непригодной. Однако, прокаливая этот остаток длительное время, он заметил, что в реторте появилась белая пыль, которая медленно оседала на дно реторты и явственно светилась. Бранд решил, что ему удалось извлечь из «маслянистой головы» элементарный огонь, и он с еще большим рвением продолжил опыт. Превратить этот «огонь» в золото ему не удалось, конечно, не удалось, но он все же держал в строгом секрете открытие фосфора (от греч. – свет и «несу», т.е. светонос). Однако о секрете Бранда узнал некто Кункель, служивший в то время алхимиком и тайным камердинером у саксонского курфюрста. Кункель попросил своего сослуживца Крафта, отправлявшегося в Гамбург, выведать у Бранда какие-либо сведения о фосфоре. Крафт, однако, сам решил воспользоваться секретом Бранда. Он купил у него секрет за 200 талеров и, изготовив достаточное количество фосфора, отправился в путешествие по Европе, где с большим успехом демонстрировал перед знатными особами свечение фосфора. В частности, в Англии он показывал фосфор королю Карлу II и ученому Бойлю. Тем временем Кункелю удалось самому приготовить фосфор способом, близким к способу Бранда, и в отличие от последнего он широко рекламировал фосфор, умалчивая, однако, о секрете его изготовления. Это происходило в 70-х годах XVII в. В третий раз фосфор открыл Бойль в 1680 г., так же как и Кункель, опубликовал данные о свойствах фосфора, но о способе его получения сообщил в закрытом пакете лишь Лондонскому королевскому обществу; это сообщение было опубликовано только через 12 лет, уже после смерти Бойля. Фосфор не принес богатства Бранду и Бойлю, он обогатил Крафта и Кункеля. Особенно широкую производственную деятельность по изготовлению этого вещества развил ассистент Бойля Хэнквиц: 50 лет он широко торговал фосфором по весьма высокой цене. В Голландии, например унция (31,1 г) фосфора стоила в то время 16 дукатов. По поводу природы фосфора высказывались самые фантастические предположения. В XVIII в. фосфором занимались многие крупные ученые среди них Маргграф, усовершенствовавший способ получения фосфора из мочи путем добавления к последней хлорида свинца (1743). В 1777 г. Шееле установил наличие фосфора в костях и рогах животных в виде фосфорной кислоты, связанной с известью. Некоторые авторы, впрочем, приписываю это открытие другому шведскому химику Гану, однако именно Шееле разработал способ получения фосфора из костей. Элементарным веществом фосфор был признан Лавуазье на основе его известных оптов по сжиганию фосфора в кислороде. В таблице простых тел Лавуазье поместил фосфор во второй группе простых тел, неметаллических, окисляющихся и дающих кислоты. С XIX в. фосфор получил широкое применение главным образом в виде солей, используемых для удобрения почв. Возможно, что фосфор в элементарном виде был получен ещё в 12в. арабским алхимиком Алхид Бехилом при перегоне мочи с глиной , об этом свидетельствует древний алхимический манускрипт, хранящийся в Парижской библиотеке. В 1682 Бранд опубликовал результаты своих исследований, и сейчас он справедливо считается первооткрывателем элемента №15. Фосфор являлся первым элементом, открытие которого документально зафиксировано, и его первооткрыватель известен. Интерес к новому веществу был грандиозный, и Бранд этим пользовался – он демонстрировал фосфор только за деньги или обменивал небольшое количество на золото из свинца с помощью «холодного камня» - гамбургский купец так и не смог, и поэтому вскоре он продал рецепт получения нового вещества некоему Крафту из Дрездена за двести талеров. Новому хозяину удалось сколотить на фосфоре значительно большее состояние – с «холодным камнем» он разъезжал по всей Европе и демонстрировал его ученым, высокопоставленным и даже королевским особам, например, Роберту Бойлю, Готфриду Лейбницу, Карлу Второму. Хотя способ приготовления фосфора держался в строжайшем секрете, в 1682 его удалось получить Роберту Бойлю, но и он сообщил свою методику только на закрытом заседании Лондонского королевского общества. Способ Бойля был предан огласке уже после его смерти, в 1692. Долгое время фосфор не считался простым веществом, и только в 1770-х годах французский химик Антуа Лоран Лавуазье в своих работах, посвященных исследованию состава воздуха, смог твердо установить, что фосфор является элементарным веществом. Фосфор в природе и его промышленная добыча Фосфор в природе и его промышленная добыча. Содержание фосфора в земной коре оценивается в 8 10-2% по массе. Фосфор – одиннадцатый по распространенности элемент на Земле и входит в двадцатку наиболее распространенных элементов Солнечной системы. Элемент №15 обнаружен во многих типах метеоритов (каменных и каменно-железных) и на луне. Например, в железных метеоритах содержание фосфора колеблется в диапазоне 0,02-0,94% (масс.), а в различных образцах лунного грунта оно составляет 0,05-0,32% (масс.). Несмотря на то, что геологи классифицируют фосфор, как элемент-примесь (в породах большей части коры его содержание составляет всего 0,1%), он является породообразующим, так как некоторые породы слагаются почти полостью из фосфорных минералов. В свободном состоянии фосфор на земле не встречается и существует в литосфере почти в высшей степени окисления, в виде ортофосфат-иона PO45-. Известно более двухсот минералов, содержащих фосфор в значительных (более 1%) количествах. Фосфатные месторождения обычно подразделяются на три группы: апатитовые месторождения, осадочные фосфориты месторождения гуано. Апатиты – разновидность фосфоритов, они могут быть как магматическими, так и морского (осадочного) происхождения. Название это было дано группе минералов около двухсот лет назад, и в переводе с греческого означает «обманчивый», изначально так называли минерал, который часто путали с аквамарином, аметистом или оливином. Апатитовые минералы представлены фторапатитом Ca5(PO4+3F) (промышленно наиболее значимый), гидроксиапатитом Ca5(PO43(OH)) и хлорапатитом Ca5(PO4)3Cl, франколитом (разновидность карбонатапатия) (Ca,H2O)10(F,OH)2(PO4,CO3)6, вилькеитом Ca10(OH)2(PO4,SiO4)6, пироморфитом Pb10Cl2(PO4,AsO4)6 и многими другими. Наиболее крупные месторождения магматического апатита находятся в России, странах Южной Африки (щелочной комплекс Палабора), Уганде и Бразилии. Крупнейшее в мире магматическое месторождение апатита – Хибинский массив нефелиновых сиенитов – залегает на Кольском полуострове, близ Кироска. Он был открыт в 1926 группой ученых под руководством академика А. У. Ферсмана. Большая часть мировых запасов фосфора приходится на морские (осадочные) фосфориты и продукты их выветривания. Предполагается, что они океанического происхождения. В прибрежных регионах пояса пассатов на протяжении долгого периода происходило отложение фосфатов вследствие различных органических и неорганических процессов. Концентрация фосфоритов в месторождении увеличилась в результате медленной аккумуляции фосфатов из окружающей среды. Крупнейшими месторождениями осадочных фосфоритов владеют Марокко (70% от мировых запасов фосфатов) и Западная Сахара, США, Китай, Тунис, Казахстан. Гуано (исп. guano) – естественные отложения, образующиеся при разложении костей и экскрементов морских птиц (больших бакланов, олушей и пеликанов), залежи гуано достигают ста миллионов тонн. Гуано известно с незапамятных времен, ещё в 200 до н. э. древние карфагеняне использовали птичий помет в качестве удобрения. В конце 19- начале 20 в. были открыты «Птичьи острова» Перу, названные так из-за большого числа (около 20 млн.) обитающих там птиц. В те времена перуанское правительство получало реальные доходы за счет привлечения большого числа туристов к «Птичьим островам» и от продажи огромных количеств гуано в качестве удобрения. В последние сорок лет, вследствие деятельности перуанских рыбаков, популяция гуанопроизводящих птиц резко сократилась (в 4 раза), так что некоторые из перуанских «Птичьих островах» сейчас вообще поступают. Крупнейшие месторождения гуано расположены вдоль побережий Африки, Южной Америки, Калифорнии, Сейшельских островах. Сильно разложившееся гуано состоит преимущественно из мометита CaHPO4 и витлокита b-Ca3(PO4)2. Мировая добыча (2002) фосфатов составляет 135 млн. тонн ежегодно. Крупнейшим в мире производителем фосфата является США (26% от мировой добычи). Разработки ведется во Флориде (формация Боун-Велли), Северной Каролине, Айдахо и Юте. Королевство Марокко (месте с Западной Сахарой) – второй по величине производитель фосфатной руда (17,3%) и крупнейший эксперт. Фосфориты разрабатываются в трёх районах: Курибге, Юссуфии и Бен-Герире. Основное месторождение (Khouribga) находится в 120 км к югу от Касабланки. Общие запасы фосфоритов в Марокко составляет 64 млрд. тонн, разведанные 10 млрд. тонн (60% от разведанных в мире запасов). На третьем месте по добыче – Китай (16,7%), на четвертом Россия (10,5%). Основным источником фосфорного сырья в России является апатито-нефелиновые руды на Кольском полуострове. За более чем семьдесят лет, прошедших с момента открытия месторождения, добыто свыше 570 млн. тонн апатитового концентрата. Сейчас в пределах Хибинского массива разведано 10 месторождений, суммарные запасы которых составляют 3,6 млрд. тонн, а в целом на Кольском полуострове запасы руды составляют около 20 млн. тонн. Учитывая, что за все прошедшее время было добыто неполных полтора миллиарда тонн, запасов апатита России должно хватить еще на много лет. Обычно промышленным считается такое месторождение, которое дает не менее 6000 тонн фосфатной породы с 1 га. В открытых карьерах фосфат добывается скребковыми экскаваторами. Сначала удаляются наносы песков и пустая порода, а затем извлекают фосфатную руду. От карьеров до обогатительных фабрик руда может подаваться (на расстояния в несколько км) по стальным трубам в виде водной пульпы. В морской воде весьма неорганический фосфор находится только в виде ортофосфат-аниона. Средняя концентрация фосфора в морской воде очень мала и составляет 0,07 мг3/литр. Высоко содержание фосфора в районе Андаманских островов (около 12 мкмоль/л). Общее океаническое количество фосфора оценивается в 9,8·1010 тонн. Фосфор, его свойства и аллотропные видоизменения Свойство простого вещества и промышленное получение фосфора. Вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решен. Обычно выделяют три модификации простого вещества – белую, красную и черную. Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные являются разновидностью указанных трёх. Существует аморфный фосфор различных цветов и оттенков – от ярко-красного до фиолетового и коричневого. Белый фосфор (желтый фосфор, тетрафосфор) P4, наиболее активная, летучая, всесторонне изученная и, в тоже время, метастабильная форма простого вещества. В чистом виде это бесцветное стекловидное вещество, сильно преломляющее свет. Белый фосфор обладает специфическим чесночным запахом, жирен на ощупь, мягок и легко режется ножом. Промышленный продукт может быть от соломенно-желтого до коричневого-красного и коричневого цветов. Как заметную примесь содержит красный фосфор, мышьяк, следы углеводородов и смол. Температура плавления чистого вещества 44,1°С, температура кипения 280°С (разл.), плотность 1823 кг/м3 (293К). Белый фосфор практически нерастворим в воде, но растворим при комнатной температуре в неполярных органических растворителях: бензоле 3,7 г на 100 г C6H6), тетрахлорметане (1,27 г на 100 г CCl4), диэтиловом эфире (1,39 г на 100 г Et2O). Хорошими растворителями для него являются жидкие аммиак и диоксид серы, а наилучшими – сероуглерод, в 100 г которого растворяется более 1000 г белого фосфора. Если две полиморфные модификации белого фосфора. При обычных температурах устойчива альфа формула, она имеет кубическую решетку с очень большой элементарной ячейкой, содержащей 56 молекул P4. Тетрафосфор химически очень активен, в мелкодисперсном состоянии: P4 + 5O2 =P4O10. Белый фосфор хранят, режут и плавят под слоем воды, что вполне безопасно. Фосфор загорается в атмосфере хлора с образованием смеси хлоридов: P4 +10Cl2 =4PCl3 P4 +10Cl2 =4PCl5 При взаимодействии с бромом и иодом дает тригалогениды, во фторе сгорает с образованием пентафторида. При нагревании с раствором щелочей белый фосфор диспропорционирует с образованием фосфина (с примесью водорода) и соли фосфиновой (фосфорноватистой) кислоты: 2P4 +3Ba(OH)2 +6H2O=2PH3 +3Ba(H2PO2)2 Белый фосфор довольно сильный восстановитель – вытесняет медь, свинец, ртуть и серебро из растворов солей: P4 +10CuSO4 +16H2O=4H3PO4 +10Cu+10H2SO4. Именно поэтому при отравлении белым фосфором рекомендуется выпить сильно разбавленный раствор медного купороса. При слабом нагревании фосфор окисляется серой, тионилхлоридом, а взаимодействие его с твердыми KClO3 , KMnO4 , KlO3 может приобретать взрывной характер. В темноте можно наблюдать холодное зеленоватое свечение белого фосфора, обусловленное протекающей разветвленной цепной реакцией окисления паров фосфора. На результатах исследования этого процесса советским физико-химиком Н. Н. Семеновым в 1920-х была создана теория разветвленных цепных реакций. Семенов ввел понятия верхнего и нижнего пределов воспламенения и области, ограниченной ими – полуострова воспламенения, за пределами которого реакции окисления паров фосфора не является разветвленной. Белый фосфор чрезвычайно ядовит, доза в 0,05-0,1 г смертельна для человека. Он способен аккумулироваться в организме и вызывать некроз костных тканей (особенно челюстей). Черный фосфор – термодинамическая наиболее устойчивая и химически наименее активная форма элемента. Впервые получен в 1914 в виде кристаллической модификации высокой плотности (2690 кг/м3) американским физиком Перси Уильямом Бриджменом из белого фосфора при давлении 2·109 Па (20 тысяч атмосфер) и температура 200°С. Это черное полимерное вещество, нерастворимое ни в одном из растворителе. В отличие от белого фосфора черный фосфор практически невозможно поджечь. По некоторым своим характеристикам он напоминает графит, например, является проводником. Есть данные о существовании трех кристаллических модификаций черного фосфора. Кроме того описан аморфный черный фосфор. При температуре 220-230°С и давлении 13 000 атмосфер белый фосфор практически мгновенно превращается в черную кристаллическую форму. В более мягких условиях образуется аморфное вещество. Красный фосфор – недостаточно изученная форма простого вещества. Есть сообщения о его существовании в кристаллической форме, но полностью структура не установлена, однако доказано его полимерное строение. Аморфный красный фосфор был открыт в 1847 в Швеции профессором химии Антоном Риттером фон Кристелли Шреттером – он нагревал белый фосфор в запаянной ампуле в атмосфере оксида углерода(II) при 500°С. Обычный продажный препарат грубодисперсен и окрашен в пурпурный цвет. Значения плотности красного фосфора, а в зависимости от способа получения, лежат в интервале 2000-240 кг/м3. По своей реакционной способности аморфный фосфор значительно уступает белому: воспламеняется при более высоких температурах, не светится в темноте, не взаимодействует с растворами щелочей. Красный фосфор нелетуч, не растворяется ни в одном растворителе, а только в расплавах свинца и висмута. В отличии от белого он неядовит, во влажном воздухе постепенно окисляется с образованием смеси фосфорных кислот. Медленным окислением красного фосфора объясняется его кажущая гидроскопичность. При кристаллизации фосфора из расплавленного свинца в 1865 немецкий физик Иоганн Вильгельм Гитторф получил кристаллы фиолетового фосфора (фосфор Гитторфа). Сейчас точно установлена его структура. На основании косвенных данных предполагают, что фосфор Гиттофа – крупнокристаллическая модификация красного фосфора. В результате нагревания любой модификации фосфора при атмосферном давлении получается пар, состоящий из тетраэдрических молекул P4. При температурах выше 800°С начинается заметная диссоциация тетрафосфора с образованием молекул P2. Степень дальнейшего распада с образованием атомного пара даже при температурах порядка 2000°С не превышает нескольких процентов. При конденсации паров фосфора или затвердевании его расплава всегда образуется метастабильная белая модификация. |
1 2
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Реферат по Химии на тему: «Кремний, его свойства и аллотропные изменения.... Более 200 лет кремний используется в классической гомеопатии, очень популярен он в современной косметологии и широко используется... | | Урок 37 Тема: Фосфор Охарактеризовать фосфор в свете трёх форм существования химического элемента: в форме атомов, простых веществ, а, следовательно,... |
| Урока в изучаемой теме: второй урок по теме «Фосфор и его соединения» Цель урока: формирование и закрепление знаний, умений и навыков по теме «Фосфор и его соединения» | | Конспект урока химии в 9 классе по теме: «Фосфор. Строение атома,... Цель: формирование предметных компетенций у обучающихся по теме урока, используя ресурсы Интернета |
| Урок «Фосфор и его соединения». Цель: 1 Цель: Повторить строение атома Р, познакомиться с его аллотропными видоизменениями, рассмотреть кислородные соединения фосфора | | Урок по теме «Фосфор, строение атома, свойства» Цель урока: усвоение знаний о фосфоре как о химическом элементе и простом веществе; развитие логического мышления, самостоятельности,... |
| Тема урока: "Фосфор и его соединения " Древнего мира. При этом вводится только общее понятие «цивилизация», противопоставленное первобытности (поскольку в науке выделение... | | План урока. Химический диктант проверка знаний формул веществ по теме: «Азот и фосфор» Цель: закрепить и обобщить знания учащихся об азоте, фосфоре и их важнейших соединениях на основе электролитической диссоциации |
| Урок по теме «Фосфор» Рабочая программа по физике для 9 класса составлена на основе обязательного минимума содержания физического образования для основной... | | Урок обобщение по теме: «Мир веществ» Реактивы и оборудование: алюминий,медь, сера фосфор, оксид кальция, оксид алюминия, соляная кислота, гидроксид калия, хлорид натрия,... |
 | «Аллотропия. Аллотропные модификации углерода, кислорода, олова» Цель работы: Знать понятие аллотропии, аллотропные видоизменения некоторых веществ; понимать причины существования аллотропных модификаций... | | Реферат по химии по теме: «Азот как составной элемент атмосферы Земли» Цель: изучить свойства азота и природных его соединений, совершенствовать знания о строении атомов |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цели урока изучить нахождение азота в природе и его свойства, вскрыть причинно-следственные связи “строение–свойства” и “свойства–применение”,... |
| Урок на тему: Алюминий, его физические и химические свойства (9 класс) А группы на примере алюминия. Продолжить формировать умения давать характеристику элемента по его положению в периодической системе... | | Планирование изучения темы «Обобщение понятия степени» 13 уроков... Обобщить понятие квадратного корня на корень n-й степени и рассмотреть его свойства |
