ფოსფორი და მისი ნაერთები. ფოსფორის ნაერთების პრაქტიკული გამოყენება

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 05:32

ბიოგენურ ელემენტებს შორის განსაკუთრებული ადგილი უნდა დაეთმოს ფოსფორს. მართლაც, მის გარეშე შეუძლებელია ისეთი სასიცოცხლო ნაერთების არსებობა, როგორიცაა, მაგალითად, ATP ან ფოსფოლიპიდები, ისევე როგორც მრავალი სხვა ორგანული ნივთიერება. ამავდროულად, ამ ელემენტის არაორგანული ნივთიერებები ძალიან მდიდარია სხვადასხვა მოლეკულებით. ფოსფორი და მისი ნაერთები ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში, მნიშვნელოვანი მონაწილეა ბიოლოგიურ პროცესებში და გამოიყენება ადამიანის საქმიანობის სხვადასხვა დარგში. ამიტომ, განიხილეთ რა არის ეს ელემენტი, რა არის მისი მარტივი ნივთიერება და ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაერთები.

ფოსფორი: ელემენტის ზოგადი მახასიათებლები

პოზიცია პერიოდულ სისტემაში შეიძლება რამდენიმე პუნქტით იყოს აღწერილი.

1. მეხუთე ჯგუფი, მთავარი ქვეჯგუფი.
2. მესამე მცირე პერიოდი.
3. რიგი ნომერი - 15.
4. ატომური მასა არის 30, 974.
5. ატომის ელექტრონული კონფიგურაცია 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. შესაძლებელია ჟანგვის მდგომარეობებიდან-3-დან +5-მდე.
7. ქიმიური სიმბოლო - P, გამოთქმა ფორმულებში "პე". ელემენტის სახელია ფოსფორი. ლათინური სახელი ფოსფორი.

ამ ატომის აღმოჩენის ისტორია შორეულ XII საუკუნემდე მიდის. ალქიმიკოსთა ჩანაწერებშიც კი იყო ინფორმაცია, რომელიც მიუთითებს უცნობი "მნათობი" ნივთიერების მიღებაზე. თუმცა, ფოსფორის სინთეზისა და აღმოჩენის ოფიციალური თარიღი იყო 1669 წელი. გაკოტრებულმა ვაჭარმა ბრენდმა, ფილოსოფიური ქვის ძიებაში, შემთხვევით მოახდინა სინთეზირებული ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია გამოსცეს ბზინვარება და დაწვა კაშკაშა დამაბრმავებელი ალით. მან ეს გააკეთა ადამიანის შარდის განმეორებით კალცინით.

შემდეგ, ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად, ეს ელემენტი მიიღეს დაახლოებით იგივე გზით:

• I. კუნკელი;
• რ. ბოილი;
• A. მარგრავი;
• K. Scheele;
• A. ლავუაზიე.

დღეს ამ ნივთიერების სინთეზის ერთ-ერთი ყველაზე პოპულარული მეთოდია შესაბამისი ფოსფორის შემცველი მინერალების შემცირება მაღალ ტემპერატურაზე ნახშირბადის მონოქსიდის და სილიციუმის დიოქსიდის გავლენის ქვეშ. პროცესი ტარდება სპეციალურ ღუმელებში. ფოსფორი და მისი ნაერთები ძალიან მნიშვნელოვანი ნივთიერებებია როგორც ცოცხალი არსებებისთვის, ასევე ქიმიურ ინდუსტრიაში მრავალი სინთეზისთვის. ამიტომ, უნდა გავითვალისწინოთ, რა არის ეს ელემენტი, როგორც მარტივი ნივთიერება და სად გვხვდება იგი ბუნებაში.

მარტივი ნივთიერება ფოსფორი

რთულია კონკრეტული ნაერთის დასახელება, როცა საქმე ფოსფორს ეხება. ეს გამოწვეულია მრავალრიცხოვანიამ ელემენტის ალოტროპული ცვლილებები. არსებობს მარტივი ნივთიერების ფოსფორის ოთხი ძირითადი სახეობა.

1. თეთრი. ეს არის ნაერთი, რომლის ფორმულაა Р₄. ეს არის თეთრი აქროლადი ნივთიერება ნივრის მკვეთრი უსიამოვნო სუნით. ნორმალურ ტემპერატურაზე ჰაერში სპონტანურად ანთებს. იწვის მანათობელი ღია მწვანე შუქით. ძალიან შხამიანი და სიცოცხლისთვის საშიში. ქიმიური აქტივობა უკიდურესად მაღალია, ამიტომ მიიღება და ინახება გაწმენდილი წყლის ფენის ქვეშ. ეს შესაძლებელია პოლარულ გამხსნელებში ცუდი ხსნადობის გამო. ნახშირბადის დისულფიდი და ორგანული ნივთიერებები საუკეთესოდ შეეფერება ამ თეთრ ფოსფორს. გაცხელებისას მას შეუძლია გარდაიქმნას შემდეგ ალოტროპულ ფორმად - წითელ ფოსფორად. ორთქლების კონდენსაციისა და გაგრილებისას მას შეუძლია ფენების წარმოქმნა. შეხებით ცხიმიანი, რბილი, ადვილად დაჭრილი დანით, თეთრი (ოდნავ მოყვითალო). დნობის წერტილი 44⁰C. მისი ქიმიური აქტივობის გამო გამოიყენება სინთეზებში. მაგრამ მისი ტოქსიკურობის გამო მას არ აქვს ფართო ინდუსტრიული გამოყენება.
2. ყვითელი. ეს არის თეთრი ფოსფორის ცუდად გაწმენდილი ფორმა. ის კიდევ უფრო შხამიანია, ნივრის უსიამოვნო სუნიც ასდის. ანთებს და იწვის კაშკაშა მანათობელი მწვანე ალით. ეს ყვითელი ან ყავისფერი კრისტალები საერთოდ არ იხსნება წყალში; სრულად დაჟანგვისას ისინი გამოყოფენ თეთრ კვამლს P₄O₁₀ შემადგენლობით..
3. წითელი ფოსფორი და მისი ნაერთები ამ ნივთიერების ყველაზე გავრცელებული და ყველაზე ხშირად გამოყენებული მოდიფიკაციაა ინდუსტრიაში. პასტის წითელი მასა, რომელსაც გაზრდილი წნევით შეუძლიაგადავიდეს იისფერი კრისტალების სახით, ქიმიურად არააქტიურია. ეს არის პოლიმერი, რომელიც მხოლოდ გარკვეულ ლითონებში იშლება და სხვა არაფერში. 250⁰С ტემპერატურაზე სუბლიმირებულია, გადაიქცევა თეთრ მოდიფიკაციაში. არ არის ისეთი ტოქსიკური, როგორც წინა ფორმები. თუმცა, სხეულის ხანგრძლივი ზემოქმედება ტოქსიკურია. იგი გამოიყენება ასანთის კოლოფებზე ცეცხლგამჩენი საფარის დასაყენებლად. ეს აიხსნება იმით, რომ მას არ შეუძლია სპონტანურად აალება, მაგრამ დენოტაციისა და ხახუნის დროს ფეთქდება (ინთება).
4. შავი. გარე მონაცემებით ძალიან ჰგავს გრაფიტს, შეხებითაც ცხიმიანია. ეს არის ელექტრული ნახევარგამტარი. მუქი კრისტალები, მბზინავი, რომლებიც საერთოდ არ იშლება არცერთ გამხსნელებში. იმისთვის, რომ ცეცხლი წაიღოს, საჭიროა ძალიან მაღალი ტემპერატურა და წინასწარი გათბობა.

ასევე საინტერესოა ფოსფორის ახლახან აღმოჩენილი ფორმა - მეტალიკი. ეს არის გამტარი და აქვს კუბური ბროლის ბადე.

ქიმიური თვისებები

ფოსფორის ქიმიური თვისებები დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა ფორმით არის იგი. როგორც ზემოთ აღინიშნა, ყველაზე აქტიური ყვითელი და თეთრი მოდიფიკაცია. ზოგადად, ფოსფორს შეუძლია ურთიერთქმედება:

• მეტალები, წარმოქმნიან ფოსფიდებს და მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი;
• არამეტალები, მოქმედებს როგორც შემამცირებელი აგენტი და აყალიბებს სხვადასხვა სახის აქროლად და არაასტაბილურ ნაერთებს;
• ძლიერი ჟანგვის აგენტები, გადაიქცევა ფოსფორის მჟავად;
• კონცენტრირებული კაუსტიკური ტუტეებით ტიპის მიხედვითარაპროპორციულობა;
• წყალთან ერთად ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე;
• ჟანგბადით სხვადასხვა ოქსიდების წარმოქმნით.

ფოსფორის ქიმიური თვისებები აზოტის მსგავსია. ყოველივე ამის შემდეგ, ის არის პნიქტოგენის ჯგუფის ნაწილი. თუმცა, აქტივობა რამდენიმე რიგით მაღალია ალოტროპული მოდიფიკაციების მრავალფეროვნების გამო.

ბუნებაში ყოფნა

როგორც საკვები ნივთიერება, ფოსფორი ძალიან ბევრია. მისი პროცენტი დედამიწის ქერქში არის 0,09%. ეს საკმაოდ დიდი მაჩვენებელია. სად არის ეს ატომი ბუნებაში? რამდენიმე ძირითადი ადგილია დასასახელებელი:

• მცენარეების მწვანე ნაწილი, მათი თესლი და ნაყოფი;
• ცხოველის ქსოვილები (კუნთები, ძვლები, კბილის მინანქარი, მრავალი მნიშვნელოვანი ორგანული ნაერთი);
• ქერქი;
• ნიადაგი;
• ქანები და მინერალები;
• ზღვის წყალი.

ამ შემთხვევაში მხოლოდ დაკავშირებულ ფორმებზე შეიძლება ვისაუბროთ, მაგრამ არა მარტივ სუბსტანციაზე. ყოველივე ამის შემდეგ, ის უკიდურესად აქტიურია და ეს არ აძლევს საშუალებას, იყოს თავისუფალი. ფოსფორით ყველაზე მდიდარ მინერალებს შორისაა:

• ინგლისური;
• ფტორპაპტიტი;
• სვანბერგიტი;
• ფოსფორიტი და სხვა.

ამ ელემენტის ბიოლოგიური მნიშვნელობა არ შეიძლება გადაჭარბებული იყოს. ყოველივე ამის შემდეგ, ის არის ისეთი ნაერთების ნაწილი, როგორიცაა:

• ცილები;
• ფოსფოლიპიდები;
• დნმ;
• RNA;
• ფოსფოპროტეინები;
• ფერმენტები.

ანუ ყველა ის, რაც სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია და საიდანაც აგებულია მთელი ორგანიზმი. საშუალო დღიური ნორმა ზრდასრული ადამიანისთვის არის დაახლოებით 2 გრამი.

ფოსფორი და მისი ნაერთები

ძალიან აქტიურია, ეს ელემენტი აყალიბებს მრავალ სხვადასხვა ნივთიერებას. ყოველივე ამის შემდეგ, ის ასევე ქმნის ფოსფიდებს და თავად მოქმედებს როგორც შემცირების აგენტი. ამის გამო ძნელია დაასახელო ელემენტი, რომელიც ინერტული იქნებოდა მასთან რეაგირებისას. ამიტომ, ფოსფორის ნაერთების ფორმულები უკიდურესად მრავალფეროვანია. არსებობს ნივთიერებების რამდენიმე კლასი, რომლის ფორმირებაშიც ის არის აქტიური მონაწილე.

1. ორობითი ნაერთები - ოქსიდები, ფოსფიდები, აქროლად წყალბადის ნაერთი, სულფიდი, ნიტრიდი და სხვა. მაგალითად: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{და სხვა.}
2. კომპლექსური ნივთიერებები: ყველა სახის მარილები (საშუალო, მჟავე, ძირითადი, ორმაგი, რთული), მჟავები. მაგალითი: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ და სხვა.
3. ჟანგბადის შემცველი ორგანული ნაერთები: ცილები, ფოსფოლიპიდები, ATP, დნმ, რნმ და სხვა.

დანიშნული ტიპის ნივთიერებების უმეტესობას დიდი სამრეწველო და ბიოლოგიური მნიშვნელობა აქვს. ფოსფორისა და მისი ნაერთების გამოყენება შესაძლებელია როგორც სამედიცინო მიზნებისთვის, ასევე საკმაოდ ჩვეულებრივი საყოფაცხოვრებო ნივთების დასამზადებლად.

მეტალებით ნაერთები

ფოსფორის ორობით ნაერთებს ლითონებთან და ნაკლებად ელექტროუარყოფით არამეტებთან ერთად ფოსფიდები ეწოდება. ეს არის მარილის მსგავსი ნივთიერებები, რომლებიც უკიდურესად არასტაბილურია სხვადასხვა აგენტების ზემოქმედებისას. სწრაფი დაშლა (ჰიდროლიზი) იწვევს თანაბარჩვეულებრივი წყალი.

გარდა ამისა, არაკონცენტრირებული მჟავების მოქმედებით ნივთიერება ასევე იშლება შესაბამის პროდუქტებად. მაგალითად, თუ ვსაუბრობთ კალციუმის ფოსფიდის ჰიდროლიზზე, მაშინ პროდუქტები იქნება ლითონის ჰიდროქსიდი და ფოსფინი:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

და ფოსფიდის დაშლისას მინერალური მჟავის მოქმედებით მივიღებთ შესაბამის მარილს და ფოსფინს:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

ზოგადად, განსახილველი ნაერთების ღირებულება მდგომარეობს ზუსტად იმაში, რომ შედეგად წარმოიქმნება ფოსფორის წყალბადური ნაერთი, რომლის თვისებებიც ქვემოთ იქნება განხილული.

ფოსფორზე დაფუძნებული აქროლადი ნივთიერებები

არსებობს ორი ძირითადი:

• თეთრი ფოსფორი;
• ფოსფინი.

ჩვენ უკვე აღვნიშნეთ პირველი ზემოთ და მივეცით მახასიათებლები. მათ თქვეს, რომ ეს იყო სქელი თეთრი კვამლი, ძალიან შხამიანი, უსიამოვნო სუნი და ნორმალურ პირობებში თვითანთება.

მაგრამ რა არის ფოსფინი? ეს არის ყველაზე გავრცელებული და ცნობილი აქროლადი ნივთიერება, რომელიც მოიცავს მოცემულ ელემენტს. ის ორობითია, ხოლო მეორე მონაწილე წყალბადია. ფოსფორის წყალბადის ნაერთის ფორმულაა pH₃, სახელწოდებაა ფოსფინი.

ამ ნივთიერების თვისებები შეიძლება აღწერილი იყოს შემდეგნაირად.

1. არასტაბილური უფერო გაზი.
2. ძალიან შხამიანი.
3. დამპალი თევზის სუნი ასდის.
4. არ ურთიერთქმედებს წყალთან და ძალიან ცუდად იხსნება მასში. კარგად ხსნადიორგანიკა.
5. ნორმალურ პირობებში, ძალიან რეაქტიული.
6. თვითინთება ჰაერში.
7. წარმოებულია ლითონის ფოსფიდების დაშლის შედეგად.

სხვა სახელია ფოსფანი. უძველესი დროიდან მოყოლებული ისტორიები მას უკავშირდება. ეს ყველაფერი იმ „მოხეტიალე შუქებზეა“, რომლებსაც ადამიანები ხანდახან ხედავდნენ და ხედავენ ახლა სასაფლაოებსა და ჭაობებში. სფერული ან სანთლის მსგავსი ნათურები, რომლებიც აქეთ-იქით ჩნდება, მოძრაობის შთაბეჭდილებას ტოვებდა, ცუდ ნიშნად ითვლებოდა და ცრუმორწმუნეებს ძალიან ეშინოდათ მათი. ამ ფენომენის მიზეზად, ზოგიერთი მეცნიერის თანამედროვე შეხედულებით, შეიძლება მივიჩნიოთ ფოსფინის სპონტანური წვა, რომელიც ბუნებრივად წარმოიქმნება მცენარეული და ცხოველური ორგანული ნარჩენების დაშლისას. გაზი გამოდის და ჰაერში ჟანგბადთან კონტაქტისას აალდება. ცეცხლის ფერი და ზომა შეიძლება განსხვავდებოდეს. ყველაზე ხშირად ეს მომწვანო კაშკაშა განათებაა.

ცხადია, ფოსფორის ყველა აქროლადი ნაერთი არის მომწამვლელი ნივთიერებები, რომელთა აღმოჩენაც ადვილია მკვეთრი უსიამოვნო სუნით. ეს ნიშანი ხელს უწყობს მოწამვლისა და უსიამოვნო შედეგების თავიდან აცილებას.

ნაერთები არალითონებით

თუ ფოსფორი იქცევა როგორც შემცირების საშუალება, მაშინ უნდა ვისაუბროთ ორობით ნაერთებზე არალითონებთან. ყველაზე ხშირად ისინი უფრო ელექტრონეგატიურები არიან. ამრიგად, ჩვენ შეგვიძლია განვასხვავოთ ამ ტიპის ნივთიერებების რამდენიმე სახეობა:

• ფოსფორისა და გოგირდის ნაერთი - ფოსფორის სულფიდი P₂S₃;
• ფოსფორის ქლორიდი III, V;
• ოქსიდები და ანჰიდრიდი;
• ბრომიდი და იოდიდი დასხვები.

ფოსფორისა და მისი ნაერთების ქიმიური შემადგენლობა მრავალფეროვანია, ამიტომ ძნელია მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანის იდენტიფიცირება. თუ კონკრეტულად ვსაუბრობთ ნივთიერებებზე, რომლებიც წარმოიქმნება ფოსფორისა და არალითონებისგან, მაშინ ყველაზე დიდი მნიშვნელობა აქვს სხვადასხვა შემადგენლობის ოქსიდებს და ქლორიდებს. ისინი გამოიყენება ქიმიურ სინთეზებში, როგორც წყლის გამწმენდი აგენტები, როგორც კატალიზატორები და ა.შ.

ასე რომ, ერთ-ერთი ყველაზე ძლიერი საშრობი საშუალებაა ყველაზე მაღალი ფოსფორის ოქსიდი - P₂O₅. ის ისე ძლიერად იზიდავს წყალს, რომ მასთან უშუალო შეხებისას ხდება ძალადობრივი რეაქცია ძლიერი ხმაურის თანხლებით. თავად ნივთიერება არის თეთრი თოვლის მსგავსი მასა, რომელიც აგრეგაციის მდგომარეობით უფრო ახლოსაა ამორფთან.

ჟანგბადიანი ორგანული ნაერთები ფოსფორით

ცნობილია, რომ ორგანული ქიმია ბევრად აღემატება არაორგანულ ქიმიას ნაერთების რაოდენობის მიხედვით. ეს აიხსნება იზომერიზმის ფენომენით და ნახშირბადის ატომების უნარით შექმნან სხვადასხვა სტრუქტურის ატომების ჯაჭვები, ერთმანეთთან დახურვა. ბუნებრივია, არსებობს გარკვეული წესრიგი, ანუ კლასიფიკაცია, რომელსაც ექვემდებარება მთელი ორგანული ქიმია. კავშირის კლასები განსხვავებულია, თუმცა ჩვენ გვაინტერესებს ერთი კონკრეტული, რომელიც პირდაპირ კავშირშია მოცემულ ელემენტთან. ეს არის ჟანგბადის შემცველი ნაერთები ფოსფორით. ეს მოიცავს:

• კოენზიმები - NADP, ATP, FMN, პირიდოქსალფოსფატი და სხვა;
• ცილები;
• ნუკლეინის მჟავები, ვინაიდან ფოსფორის მჟავის ნარჩენი არის ნუკლეოტიდის ნაწილი;
• ფოსფოლიპიდები და ფოსფოპროტეინები;
• ფერმენტები და კატალიზატორები.

იონის ტიპი, რომელშიცფოსფორი მონაწილეობს ამ ნაერთების მოლეკულის წარმოქმნაში, შემდეგი არის PO₄^3-, ანუ ეს არის მჟავის ნარჩენი. ფოსფორის მჟავას. ის ზოგიერთ ცილაში არის თავისუფალი ატომის ან მარტივი იონის სახით.

ყველა ცოცხალი ორგანიზმის ნორმალური ფუნქციონირებისთვის ეს ელემენტი და მის მიერ წარმოქმნილი ორგანული ნაერთები უაღრესად მნიშვნელოვანია და აუცილებელია. მართლაც, ცილის მოლეკულების გარეშე შეუძლებელია სხეულის ერთი სტრუქტურული ნაწილის აგება. ხოლო დნმ და რნმ არის მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ძირითადი მატარებლები და გადამცემები. ზოგადად, ყველა კავშირი უნდა იყოს წარმოდგენილი უშეცდომოდ.

ფოსფორის გამოყენება ინდუსტრიაში

ფოსფორისა და მისი ნაერთების გამოყენება მრეწველობაში შეიძლება რამდენიმე პუნქტით დახასიათდეს.

1. გამოიყენება ასანთის, ფეთქებადი ნაერთების, ცეცხლგამჩენი ბომბების, ზოგიერთი საწვავის, საპოხი მასალების წარმოებაში.
2. როგორც გაზის შთამნთქმელი და ინკანდესენტური ნათურების წარმოებაში.
3. ლითონების კოროზიისგან დასაცავად.
4. სოფლის მეურნეობაში, როგორც ნიადაგის სასუქი.
5. როგორც წყლის დამარბილებელი.
6. ქიმიურ სინთეზებში სხვადასხვა ნივთიერებების წარმოებაში.

როლი ცოცხალ ორგანიზმებში მცირდება კბილის მინანქრისა და ძვლების ფორმირებაში მონაწილეობაზე. ანა- და კატაბოლიზმის რეაქციებში მონაწილეობა, აგრეთვე უჯრედისა და ბიოლოგიური სითხეების შიდა გარემოს ბუფერული შენარჩუნება. ის არის დნმ-ის, რნმ-ის, ფოსფოლიპიდების სინთეზის საფუძველი.