Không được tìm thấy ở trạng thái tự do trong tự nhiên ngoại trừ một số đá thiên thạch, P tồn tại ở dạng hợp chất mà đượcp hân bố rộng rãi trong đá, khoáng chất, thực vật và động vật.. Xế[r]
Trang 1GIỚI THIỆU
Một nguyên tố phi kim trong nhóm Nitơ ( Nhóm VA của bảng tuần hoàn)
Dưới đây là bảng vắn tắt một số thông tin về Photpho (P), một nguyên tố thuộc họ Nitơ
Tính chất, trạng thái và ứng dụng.
Ở điều kiện bình thường, Photpho là một chất rắn không màu, nửa trong suốt, mềm, sáp sáng rực trong bóng tối Nó tự bốc cháy trong không khí và tạo ra một lớp khói trắng oxit dày đặc Phot lần đàu tiên được tìm thấy ở dạng nguyên tố là vào năm 1669 bởi một nhà giả kim người Đức – Hennig Brand – từ phần còn lại sau khi nước tiểu bốc hơi hết
P có mặt trong chất lỏng trong những tế bào mô sống như ion Photphat PO43-, một trong những yếu tố lhoangs quan trọng nhất cho các hoạt động của tế bào Loại gen mà nhằm tới
sự di truyền và các chức năng tế bào được tìm thấy trong hạt nhân của mỗi tế bào là các phân tử DNA (axit deoxyribonucleic) đều có chứa P Những tế bào chứa năng lượng lấy từ chất dinh dưỡng từ các phân tử ATP Canxi photphat là thành phần vô cơ chính trong răng
và xương
Không được tìm thấy ở trạng thái tự do trong tự nhiên ngoại trừ một số đá thiên thạch, P tồn tại ở dạng hợp chất mà đượcp hân bố rộng rãi trong đá, khoáng chất, thực vật và động vật Xếp thứ 12 về độ nhiều trong số các nguyên tố trong vỏ trái đất, P chiếm 0.1% ở dạng khoáng như Apatit, wavallite và vivianite; nó luôn luôn tồn tại như một ion photphat Nguồn thương mại chính là photphorit, hoặc đá photphat – một dạng apatit tạp chất đặc
P phân tử được tạo ra trong công nghiệp trong các lò luyện kim chạy bằng điện mà trong
đó đá photphat, than cốc, bong bóng silic oxi hóa liên tiếp dduwwocj cung cấp và làm nóng cho đến khi chúng được chuyển hóa thành P dạng hơi, khí CO và xỉ canxi silicat Khí này được làm lạnh để hóa lỏng P và cuối cùng chuyển thành dạng rắn (cất trữ dưới nước để ngăn
sự tự bốc cháy)
P có khoảng 10 dạng thù hình mà tồn tại trong ba loại chính : trắng, đỏ và đen P trắng có hai thù hình: alpha, bền ở nhiệt độ thường và có cấu trúc tinh thể lập phương; bêta bền dưới -780C (-1080F), có cấu trúc tinh thế tứ diện P trắng độc Phơi nắng hoặc nung nóng sẽ chuyển P trắng thành P đỏ, cái mà không phát lân quang cũng như tự bốc cháy trong không khí P đen trông giống than chì và được tạo ra bằng cách nén P trắng ở áp suất cao Đó là dạng phản ứng hóa học ít nhất P trắng là dạng lớn nhất P trắng được dùng cho các mục đích quân sự như là nguồn khói và để dễ đốt cháy đạn súng cối và lựu đạn P đỏ được dùng để làm đầu mồi lửa của diêm
Tất cả trạng thái tự nhiên của P đều là đồng vị, P31 P32 phóng xạ có chu kỳ phân 14.3 ngày;
nó là vật đánh dấu những cuộc nghiên cứu vòng tròn cuộc sống thực vật và động vật
Các hợp chất chính
Trang 2Photpho được dùng hầu như hoàn toàn ở dạng hợp chất, thường ở trạng thía oxi hóa +3, +5, -3 Không giống Nitơ và các nguyên tố khác trong nhóm, P có xu hướng đưa về trạng thái +5
Một trong số các ý nghĩa kinh tế quan trọng là photphin, hay hydro photphua PH3 Hợp chất khí này được sản xuất ra vừa bởi phản ứng giữa bazơ mạnh (hoặc nước nóng) với P trắng cũng như bởi sự tổng hợp các hợp chất P hữu cơ và nó được xem như một chất kích thích các vật liệu điện tử bán dẫn
Trong số các hợp chất quang trọng nhất là oxit và axit Nhiều P trắng được sản xuất trong công nghiệp được đốt cháy để tạo Photpho pentoxit P4O5 Có khi được gọi là Photpho anhydrit hay diphotpho pentoxit, hợp chất này có thể lấy trong dạng bột trắng hay tinh thể rắn không màu Nó được sử dụng rộng rãi trong phân tích hóa học như là một chất khử và trong phân tích hữ cơ như là một chất đặc Những số lượng lớn oxit này cho phản ứng với nước để tạo thành axit otophotphoric (H3PO4), photphat, muối chứa ion photphat PO43-, ion hydro photphat (HPO42-), hay ion đihydro photphat (H2PO4-) Những loại muối này được dùng như bột nở trong làm bánh, chất mài mòn trong kem đánh răng, và đôi lúc là các phụ phẩm cho chất tẩy Những loại muối khác mà được tạo ra từ phản ứng giữa axit photphoric
và đá photphat là canxi đihydro photphat, hoặc supephotphat Ca(H2PO4)2, phần lớn dùng làm phân lân
P kết hợp với halôgen tạo ra nhiều hợp chất như : PX3 (trong đó X là F, Cl, Br, hoặc I) và
PX5 (trong đó X là F, Cl, Br) là hay loại đơn giản Thú vị là chất rắn PCl5 và PBr5 chứa cation PX4+ và anion PX4- nhiều hơn trong phân tử PX5 Những hợp chất này được dùng để tổng hợp P hữu cơ P cũng phản ứng với sunfua để tạo sunfit sử dụng trong sản xuất chất hữu cơ và diêm Nó cũng phản ứng với nhiều kim loại và á kim để tạo photphit
Nguyên tử P có thể kết hợp với nguyên tử oxi để tạo nhóm este Những nhóm này có thể kết hợp với nguyên tử cacbon, đem lại một lượng lớn P hữu cơ Những nhóm này được tìm thấy trong nhiều quá trình sinh học quan trọng Ví dụ, Photphoglyxerin cần cho quá trình lên men Photphat adenosine cần thiết cho quang hợp và cho hoạt động cơ Trong công nghiệp, hợp chất P hữu cơ quan trọng bao gồm chất làm mềm và các phụ phẩm khí Những loại độc tính cao được dùng trong thuốc trừ sâu P hữu cơ dẫn xuất độc được dùng như là khí thần kinh – một loại vũ khí quan trọng trong chiến trnah hóa học
Khối lượng nguyên tử 30.9738
Nhiệt độ nóng chảy ( P trắng ) 44.10C (111.40F)
Nhiệt độ sôi ( P trắng ) 2800C (5360F)
Khối lượng riêng 1.82 g/cm3 ở 200C (680F)
Công thức e 1s22s22p63s23p3
Trang 3Axit photphoric
(còn được gọi là Axit otophotphoric)
H3PO4, axit có oxi quan trọng nhất của P, được dùng để tạo muối photphat cho phân bón
Nó cũng được dùng trong bột hàn răng, trong sự tạo ra chất dẫn xuất anbumin, và trong đường và công nghiệp dệt Nó dùng như một hương vị trái cây, chua trong các loại thức ăn Axit photphoric tinh khiết có dạng tinh thể rắn ( nóng chảy ở 42.350C, hay 108.20F) ; trong những dạng ít tinh khiết hơn, nó có dạng chất lỏng đặc quánh trong suốt Axit nguyên chất được tạo ra từ đá photphat, trong khi đó axit có độ tinh khiết cao hơn được làm từ P trắng
Axit photphoric tạo muối ba nấc tương ứng với sự đổi chỗ một, hai, ba nguyên tử hydro Trong số các muối photphat quan trọng có : Natri đihydro photphat (NaH2PO4), được dùng cho sự điều chỉnh sự tập trung ion (tính axit) của dung dịch; đinatri hydro photphat (Na2HPO4), được dùng trong xử lý nước như là một chất làm kết tủa cho các cation kim loại (highly charged); trinatri hydro photphat (Na3PO4), được dùng trong xa phòng và chất tẩy; canxi đihydro photphat hay canxi supephotphat (Ca[H2PO4]2), là thành phần phân hóa chính; canxi monohydro photphat (CaHPO4), được dùng như là một tác nhân điều kiện cho muối và đường
Phân tử axit photphoric tác động qua lại dưới các điều kiện thích hợp, thường ở nhiệt độ cao, để tạo các phân tử lớn hơn (thường với sự mất nước) Do vậy, ddiphotphoorric hoặc pyrophotphoric, axit (H4P2O7-) được tạp ra từ hai phân tử axit photphoric, ít hơn một phân thử nước Nó là dãy đồng đẳng đơn giản nhất của chuỗi nguyên tử dài gọi là axit
poliphotphoric, với công thức chung là H(HPO3)nOH, trong đó n = 2, 3, 4 ….Axit
metaphotphoric (HPO3)n, trong đó n = 3, 4, 5, ….là một nấc khác của axit photphoric trùng hợp Đặc điểm của axit metaphotphoric là cấu trúc phân tử tuần hoàn Thuật ngữ
metaphotphoric được dùng để chỉ một chất dẻo và dính (một hỗn hợp chuỗi dài và (HPO3)n) nhiều dạng tuần hoàn của axit photphoric còn được tạo ra bằng sự thủy hóa các oxit của photpho