Белый фосфор получается в твердом состоянии при быстром охлаждении паров фосфора; его плотность 1,83 г/см3. Теплота плавления белого фосфора составляет 0,6 ккал, а теплота испарения 12ккал (на моль P4). В чистом виде белый фосфор совершенно бесцветен и прозрачен; Продается он обычно отлитым в палочки, которые легко режутся ножом. Эту операцию необходимо производить под водой (лучше при 20-25 оС), так как при разрезание на воздухе фосфор может воспламениться от трения. На холоду белый фосфор хрупок, но при температуре выше 15 оС становится мягким.

На воздухе белый фосфор очень быстро окисляется и при этом светится в темноте. Отсюда произошло название «фосфор», который в переводе с греческого означает «светоносный». Уже при слабом нагревании, для чего достаточно простого трения, фосфор воспламеняется и сгорает, выделяя большое количество теплоты. Он сгорает желтовато-белым пламенем, образуя пятиокись: 2P + 5/2O2 = P2O5 + 370 ккал. Фосфор может и воспламениться на воздухе вследствие выделения теплоты при окислении. Чтобы защитить белый фосфор от окисления, его сохраняют под водой. В воде белый фосфор не растворим; хорошо растворяется в сероуглероде. Растворимость его в сероуглероде исключительно велика (порядка 10:1 при обычных условиях).

Белый фосфор – сильный яд. Доза в 0,1 г смертельна для человека.

Если белый фосфор долго нагревать без доступа воздуха при температуре 250 – 300 оС, то он превращается в другое взаимодействие фосфора, имеющее красно – фиолетовый цвет и называемое красным фосфором. Такое же превращение происходит, но только очень медленно, под действием света.

Красный фосфор по своим свойствам резко отличается от белого: он очень медленно окисляется на воздухе, не светится в темноте, загорается только при температуре 260 оС, не растворяется в сероуглероде и неядовит. Плотность красного фосфора составляет 2,0-2,4 г/см3. Переменное значение плотности обусловленно тем, что красный фосфор состоит из нескольких форм.

При сильном нагревании красный фоссфор, не плавясь, испаряется (сублимируется). При охлаждении паров получается белый фосфор.

Черный фосфор образуется из белого при нагревании его до 200-220 оС под очень высоким давлении. По виду он похож на графит, жирен на ощуп и тяжелее других видоизменений; его плотность равна 2,7 г/м3. Черный фосфор обладает полупроводниковой проводимостью (с шириной запрещенной зоны 0,33 в). Под давлением 18 тыс. атм. Черный фосфор плавится около 1000 оС, а под давлением только своего пара выше 550 оС переходит в фиолетовый.

Строение атома

Строение внешнего электронного слоя атома фосфора 3s2p3

Энергия ионизации атома, эВ 10.49.

Относительная электроотрицательность 2,2.

Заряд ядра атома фосфора +15 (+15P)

Радиус атома, нм 0,13

Химические свойства

1. Соединение фосфора с водородом и галогенами. С водородом фосфор образует газообразный фосфористый водород, или фосфин, PH3. Его можно получить кипячением белого фосфора с раствором щелочи или действием соляной кислоты на фосфид кальция Ca3P2:

Ca3P2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2PH3

Фосфин – бесцветный газ с чесночным запахом, очень ядовитый *. При его горении образуется фосфорный ангидрид и вода:

2PH3 + 4O2 = P2O5 + 3H2O

Основные свойства у фосфина выражены слабее, чем у аммиака. Он образует соли только с наиболее сильными кислотами, например HClO4, HCl. В этих солях катионом является ион фосфония. Примером может служить хлорид фосфония PH4Cl. Соли фосфония – очень непрочные соединения; при взаимодействии с водой они разлагаются на галогеноводород и фосфин.

Фосфор непосредственно соединяется со всеми галогенами с выделением большого количества теплоты. Практическое значение имеют главным образом соединения фосфора с хлором.

Хлорид фосфора (III), или треххлористый фосфор, PCl3 получается при пропускании хлора над расплавленным фосфором. Он представляет собой жидкость.

При действии воды PCl3 полностью гидролизуется с образованием хлористого водорода и фосфористой кислоты H3PO3:

PCl3 + 3H2O = H3PO3 + 3HCl

При пропускании хлора в треххлористый фосфор получается хлорид фосфора (V), или пятихлористый фосфор, PCl5, который при обычных условиях образует твердую белую массу. Пятихлористый фосфор тоже разлагается водой с образованием хлористого водорода и фосфорной кислоты. Аналогичные соединения фосфор образует с бором, йодом и фтором.

2. Оксиды и кислоты фосфора. К важнейшим оксидам фосфора принадлежат P2O3 и P2O5.

Оксид фосфора (III), или фосфористый ангидрид, P2O3 получается при медленном окислении фосфора или когда фосфор сгорает при недостаточном доступе кислорода. Это белые кристаллы, плавящиеся при 23,8 оС. При действии холодной воды оксид фосфора (III) медленно взаимодействует с ней, образуя фосфористую кислоту H3PO3. Как оксид фосфора (III), так и фосфористая кислота обладают сильно выраженными восстановительными свойствами.

Оксид фосфора (V), или фосфорный ангидрид, P2O5 образуется при горении фосфора на воздухе или в кислороде в виде белой объемистой снегообразной массы.

Оксид фосфора (V) жадно соединяется с водой. На воздухе оксид фосфора (V), притягивая влагу, быстро превращается в расплывающуюся массу метафосфорной кислоты.

Фосфорные кислоты. Оксиду фосфора (V) отвечает несколько кислот. Важнейшая из них – это ортофосфорная кислота H3PO4, называемая обычно просто фосфорной. Другие фосфорные кислоты представляют собою полимерные соединения. В анионе всех фосфорных кислот атом фосфора, находящийся в состоянии sp3-гибридизации, окружен четырьмя атомами кислорода, расположенными в вершинах тетраэдра. Ортофосфорная кислота построена из изолированных тетраэдров, в других фосфорных кислотах тетраэдры PO4 объединены через атомы кислорода в агрегаты, содержащие от двух до весьма большого числа – порядка 105 – атомов фосфора.

Ортофосфорная кислота H3PO4 образует бесцветные прозрачные кристаллы. В воде она растворяется очень хорошо.

Ортофосфорная кислота не принадлежит к числу сильных кислот. Константы ее диссоциации равны: K1 = 8.10-3, K2 = 8.10-8, K3 = = 6.10-12. Будучи трехосновной, она образует три ряда солей: Средние и кислые с одним или с двумя атомами водорода в кислотном остатке. Средние соли фосфорной кислоты называют ортофосфатами или просто фосфатами, кислые – гидрофосфатами:

Na3PO4; Ca3(PO4)2 – трехзамещенные, или средние фосфаты

Na2HPO4; CaHPO4 – двухзамещенные фосфаты, или гидрофосфаты

NaH2PO4; Ca(H2PO4)2 – однозамещенные фосфаты, или дигидрофосфаты

3. Взаимодействие с металлами. При нагревании фосфора с металлами образуются фосфиды:

3Mg + 2P = Mg3P2

Фосфиды некоторых металлов могут разлагаться водой с образованием газообразного фосфина PH3: