Фосфор

Цель: рассмотреть особенности фосфора как химического элемента и простого вещества.

Электронная формула:
+15 Р 1s2 2s2 2P6 3S2 3P3

Из-за большой химической активности фосфор в природе встречается только в соединениях.
Фосфор входит в состав:
минералов фосфоритов и апатитов, в виде соединения фосфата кальция Ca3 (PO4)2;
крупнейшее месторождение апатитов находится на Кольском полуострове, в районе Хибинских гор. Залежи фосфоритов находятся в районе гор Каратау, в Московской, Калужской, Брянской областях и в других местах.
белковых веществ, содержащихся в генеративных органах растений;
нервной и костной тканей организмов животных и человека;
мозговых клеток.

При длительном нагревании белого фосфора без доступа воздуха он желтеет и постепенно превращается в красный фосфор. При нагревании красного фосфора в тех же условиях он превращается в пар, при конденсации которого образуется белый фосфор.
Фосфор проявляет окислительные и восстановительные свойства.
Фосфор – восстановитель:
5О2 (изб.) + 4Р = 2Р2О5
3О2 (недост.) + 4Р = 2Р2О3
3Сl2 + 2P = 2PCl3 PСl3 + Cl2 = PCl5
3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO
4P + 16H2O = 4H3PO4 + 10H2
Фосфор – окислитель:
2Р + 3Mg = Mg3P2

Красный фосфор применяют в производстве спичек. Его вместе с тонко измельченным стеклом и клеем наносят на боковую сторону коробка. При трении спичечной головки, в состав которой входят хлорат калия KClО3 и сера, происходит воспламенение:
6Р+5KClO3 5KCl+3P2O5
Белый фосфор в военное время использовали в зажигательных бомбах и для создания дымовых завес.

Белый, рыхлый порошок, гигроскопичный. Хранят в герметически закрытых сосудах.

Проявляет свойства кислотного оксида.
1) реагирует с водой:
P2O5 + H2O 2HPO3
P2O5 + 3H2O t 2H3PO4
2) реагирует с основными оксидами:
P2O5 + 3К2O 2К3РО4
3) реагирует с основаниями:
P2O5 + 6NaOH 2Na3РО4 + 3H2O

Образуется при горении фосфора в избытке воздуха:
4Р + 5О2 2Р2О5

Известно несколько кислот, содержащих фосфор. В зависимости от условий при которых протекает растворение Р2О5 в воде можно получить
Метафосфорную кислоту НРО3
Дифосфорную кислоту Н4Р2О7
Ортофосфорную (фосфорную) кислоту Н3РО4.
Наибольшее практическое значение имеет фосфорная кислота, так как ее соли используются в качестве удобрений.

Н-О +5 Н О
Н-О – Р О Н О Р О
Н-О Н О
структурная электронная
формула формула

Фосфорная кислота не является окислителем и не разлагается при нагревании, что объясняется наибольшей устойчивостью степени окисления +5 из всех возможных для фосфора.

Н3РО4


Твердое белого хорошо
вещество цвета растворимо
в воде

Общие с другими кислотами
1) Водный раствор кислоты изменяет окраску индикаторов. Диссоциация происходит ступенчато:
Н3РО4 Н+ + Н2РО4-
Н2РО4- Н+ + НРО42-
НРО42- Н+ + РО43-

Легче всего идет диссоциация по первой ступени и труднее всего по третьей. Лакмус приобретает красную окраску.
2) Реагирует с металлами, расположенными в электрохимическом ряду до водорода:
6Na + 2Н3РО4 2Na3РО4 + 3H2
3) Реагирует с основными оксидами:
3CaO + 2Н3РО4 Ca3(РО4)2 + 3H2O

4) Реагирует с основаниями и аммиаком; если кислота взята в избытке, то образуется кислая соль:
H3PO4 + 3NaOH Na3РО4 + 3H2О
H3PO4 + 2NH3 (NH4)2 HPO4
избыток
H3PO4 + NaOH NaH2PO4 + H2О
избыток
5) Реагирует с солями слабых кислот:
2 H3PO4 + 3Na2СО3 2Na3РО4 + 3СО2 + 3H2О

Специфические

1) При нагревании постепенно превращается в метафосфорную кислоту:
2H3PO4 t H4P2O7 + H2О
Двуфосфорная
кислота
H4P2O7 t 2HPO3 + H2О
2) При действии раствора нитрата серебра ( I ) появляется желтый осадок (качественная реакция на ион РО43-):
H3PO4 + 3AgNO3 Ag3PO4 + 3HNO3
желтый осадок
3) Ортофосфорная кислота играет большую роль в жизнедеятельности животных и растений.
Ее остатки входят в состав аденозинтрифосфорной кислоты - АТФ. При разложении АТФ выделяется большое количество энергии.

Получение

1) Взаимодействием оксида фосфора (v) c водой при нагревании:
Р2О5 + 3H2О t 2H3PO4

2) Взаимодействием природной соли – фосфата кальция с серной кислотой, при нагревании:
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 t 3CaSO4 + 2 H3PO4

Соли фосфорной кислоты

Будучи трехосновной кислотой она образует три ряда солей:
*фосфаты
замещены все атомы водорода в фосфорной кислоте.
К3РО4 - фосфат калия
(NH4)3PO4 - фосфат алюминия
3КОН + H3PO4 К3РО4 + 3H2О
Растворимыми в воде являются только фосфаты щелочных металлов.

*гидрофосфаты
Замещены два атома водорода кислоты
К2НРО4 – гидрофосфат калия
(NН4)2НРО4 – гидрофосфат аммония
2КОН + Н3РО4 К2НРО4 + 2Н2О
избыток
Мало растворимы в воде (кроме фосфатов натрия, калия и аммония).

Выводы

Фосфор и его соединения…Друзья или враги растениям?

Цель: исследовать влияние фосфора на рост и развитие растений.Задачи исследования:1. Изучить влияние фосфора на рост и развитие растений;2. Рассмотреть виды фосфорных удобрений;3. Выявить наиболее применяемые для усвоения растениями состояние удобрения.

Отдельные элементы играют огромную роль в обмене веществ организма. Выделение роли каждого отдельно взятого элемента не совсем правильно. Это только одна из сторон их роли в жизни растения. Тесно взаимодействуя друг с другом и коллоидами цитоплазмы, они обусловливают нормальный ход таких процессов, как дыхание, фотосинтез и рост растения. Точнее, нормальное развитие растения и связанные с ним рост и весь ход физиологических процессов немыслимых без участия минеральных солей. В начале развития растение использует запасы минеральных веществ, имеющиеся в семенах, а затем по мере развития начинает поглощать минеральные вещества из окружающего корневую систему почвенного раствора.

Хорошее фосфорное питание не только значительно повышает урожай всех сельскохозяйственных культур, но и заметно улучшает его качество. У хлебов возрастает умолот (увеличивается доля зерна в общей массе более сильно, нежели доля соломы). Зерно становится более богатым крахмалом, а иногда и белками. В плодах и корнеплодах также накапливается больше углеводов. Прядильные культуры имеют более тонкое и длинное волокно. В противоположность азоту фосфор ускоряет развитие культур, что позволяет в южных районах страны уменьшить опасность попадания всех зерновых под суховей, а в северных - яровых хлебов под заморозки (ранней осенью). Повышение содержания растворимых углеводов в клеточном соке понижает точку замерзания растений, что приводит к усилению зимостойки озимых культур и многолетних бобовых трав под влиянием фосфорных удобрений, вносимых с осени. Увеличивается также прочность соломины и стойкость к полеганию хлебов.

Снабжение растения фосфором особенно необходимо в молодом возрасте. Корневая система растения растёт быстро и становится более мощной. Последнее обстоятельство имеет немаловажное значение для лучшего поглощения растением воды из почвы в засушливых районах, т.е. в борьбе с засухой. Более мощная корневая система также способствует лучшему питанию растения.

Избыточное содержание фосфора в почве ведёт к нарушению жизненно необходимых функций и иногда к гибели растения.

При недостатке фосфора развиваются болезни растений, например, ржавость у картофеля.

Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, которые, соединяясь с белками (протеидами), образуют нуклеопротеиды, входящие в состав ядра (ДНК), ядрышка и цитоплазмы (РНК).
Огромную роль фосфорная кислота играет в процессах дыхания и брожения. Энергия макроэнергетических связей используется на разнообразные синтезы, и, таким образом, фосфорная кислота стоит в центре всего энергетического обмена растительной и животной клетки.

Фосфорные удобрения – кальциевые и аммонийные соли фосфорной кислоты. Они составляют половину всех производимых минеральных удобрений. Наиболее распространенные фосфорные удобрения:
Фосфоритная мука
Простой суперфосфат
Двойной суперфосфат
Преципитат
Костная мука
Аммофос.

Получают при тонком размоле фосфоритов. Так как содержит малорастворимую соль Ca3(PO4)2 , то усваиваться растениями может только на кислых почвах – подзолистых и торфяных. Усвоению благоприятствует тонкость помола, а также внесение ее в почву совместно с кислыми удобрениями, например с (NH4)2SO4.

Получают обработкой апатитов и фосфоритов серной кислотой. Цель обработки – получить растворимую соль, хорошо усвояемую растениями в любой почве:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 = Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4
смесь полученных солей Ca(H2PO4)2 и CaSO4 называется простым суперфосфатом. Производят в виде гранул и порошка.
Гранулированное удобрение имеет ряд преимуществ по сравнению с порошковым:
Легко хранить (не слеживается)
Легко вносить в почву с помощью туковых сеялок
На большинстве почв дает более высокий урожай.

Концентрированное фосфорное удобрение состава Ca(H2PO4)2. По сравнению с простым суперфосфатом не содержит балласта - CaSO4.
Процесс получения удобрения состоит из двух стадий:
1 стадия – получение фосфорной кислоты
2 стадия – обработка апатита или фосфорита водным раствором фосфорной кислоты. Количество исходных веществ берется в соответствии с уравнением:
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 = 3Ca(H2PO4)2