Путешествие в Страну элементов

Хотя со времени его открытия прошло почти 300 лет, однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Существует не один фосфор, а три.

В течение 178 лет, с тех пор как Бранд открыл фосфор, его считали белым веществом. Считали, что он светится в темноте, что он мягок, как воск, и легко воспламеняется. В 1847 году немецкий химик Шреттер открывает другую разновидность фосфора — красный фосфор. По своим свойствам он довольно сильно отличается от белого: почти в полтора раза тяжелее, нерастворим в сероуглероде и, главное, совершенно не светится в темноте. Белый фосфор воспламеняется при 40 градусах, а красный — лишь при 440.

Но и на этом не кончаются превращения фосфора. В 1916 году была открыта новая разновидность — черный фосфор. Это уже совсем странный фосфор: по внешнему виду он напоминает графит и даже проводит электрический ток.

Однако и белый, и красный, и черный фосфор — это все тот же элемент, который был открыт Брандом. Оказалось, что все три разновидности могут переходить друг в друга при определенных условиях.

Химические превращения фосфора

Фосфор своеобразен не только в силу своих физических свойств. Он обладает «богатой» химией. Так, например, фосфор может проявлять валентность 5+, 3+ и 3–. Он может взаимодействовать не только с элементами, но и с различными сложными веществами, образуя множество разнообразных соединений. Мы здесь расскажем лишь об основных соединениях фосфора.

Этот элемент легко реагирует с галогенами. Взаимодействуя с хлором, он дает:

2Р + 5Cl₂ = 2PCl₅;

2Р + 3Cl₂ = 2PCl₃;

пятихлористый и треххлористый фосфор. Оба эти соединения, являясь так называемыми галоидангидридами, очень реакционноспособны и, в свою очередь, легко взаимодействуют с водой, образуя различные фосфорные кислоты:

PCl₅ + 4H₂O = Н₃PO₄ + 5HCl;

PCl₃ + 3H₂O = Н₃PO₃ + 3HCl.

Фосфор может соединяться и с водородом, образуя при этом вещества, которые получили название фосфинов. Реакцию взаимодействия фосфора с водородом можно написать следующим образом:

2P + 3Н₂=2PH₃.

Вещество, которое при этом образуется, называется фосфористым водородом. Это ядовитый газ с резким, неприятным запахом, по свойствам своим сходный с аммиаком. В этой реакции наряду с фосфином (фосфористым водородом) получаются и другие аналогичные соединения, например Р₂Н₄, который при обычных условиях представляет собой жидкость, самовоспламеняющуюся на воздухе.

При повышенных температурах фосфор хорошо взаимодействует с некоторыми металлами, образуя при этом соединения, которые получили название фосфидов, например:

3Ca + 2Р = Ca₃Р₂;

3Mg + 2P = Mg₃P₂.

Соединения эти, устойчивые сами по себе, в присутствии кислот разлагаются:

Mg₃P₂ + 6HCl = 3MgCl₂ + 2РН₃.

Фосфор легко соединяется с кислородом, причем, как и в случае взаимодействия с хлором, процесс может идти двумя путями, в зависимости от количества кислорода, принимающего участие в реакции:

4Р + 5O₂ = 2Р₂O₅;

4Р + 3O₂ = 2Р₂O₃.

Вещества, образующиеся при этом, называются соответственно фосфорным и фосфористым ангидридами. Это очень гигроскопические белые вещества, легко вступающие в реакцию с водой с образованием кислот.

Можно сказать, что фосфор способен реагировать с большинством элементов периодической системы и со многими соединениями, например: серой, едкими щелочами, кислотами, некоторыми солями и т. п. О многообразии соединений фосфора можно судить хотя бы по тому, что были получены вещества, формулы которых можно написать так: POFClBr и PSFClBr.

Интересно отметить, что с углеродом фосфор непосредственно не соединяется. Однако этот «недостаток» он с лихвой покрывает тем, что образует многочисленные фосфорорганические соединения, которые получаются при взаимодействии различных производных фосфора с органическими соединениями. О некоторых из них, играющих исключительно важную роль в жизни животных и человека, мы еще будем говорить.

Сам фосфор, как обычно принято говорить — «элементарный», находит лишь ограниченное применение. Белый фосфор весьма ядовит, поэтому его используют для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Кстати, он применяется и в военном деле — как наполнитель специальных типов зажигательных бомб и дымообразующее вещество при постановке дымовых завес. Красный фосфор используют в производстве спичек. Но поистине громадное значение имеют соединения фосфора.

Фосфорные кислоты

Мы уже говорили, что фосфор способен соединяться с кислородом с образованием различных окислов. А теперь посмотрим, что же представляют собой продукты их взаимодействия с водой. Лучше всего начать с фосфорного ангидрида — Р₂O₅. Оказывается, если он реагирует с водой, то при этом образуется не одна кислота, как это бывает у обычных ангидридов, а три (опять число три — три вида элементарного фосфора, теперь три кислоты):

Р₂O₅ + H₂O = 2НРО₃;

Р₂O₅ + 3H₂O = 2Н₃PO₄;

Р₂O₅ + 2H₂O = Н₄Р₂O₇,