Быстрый Поиска
Соединения фосфора — это химические вещества, содержащие атомы фосфора, связанные с другими элементами, такими как кислород, водород, углерод или металлы.
Фосфор встречается в основном в трех степенях окисления: -3 (фосфиды), +3 (фосфиты) и +5 (фосфаты).
Эти соединения играют жизненно важную роль в сельском хозяйстве (удобрения), промышленности (антипирены, пластификаторы), биохимии (ДНК, АТФ) и материаловедении.
Номера CAS 7723-14-0
Синонимы
Фосфор, Белый фосфор (один аллотроп), Красный фосфор (другой аллотроп), Желтый фосфор (иногда используется взаимозаменяемо с белым фосфором), Элементарный фосфор, P (химический символ), Фосфор (старое или менее распространенное написание), Фосфор (P4) (молекулярная форма, особенно для белого фосфора), Элемент фосфора
Введение
Фосфор — важный неметаллический элемент с символом P и атомным номером 15.
Он играет незаменимую роль в химии, биологии и промышленности.
Открытый в 1669 году Хеннигом Брандом путем перегонки человеческой мочи, фосфор превратился из лабораторной диковинки в краеугольный камень современной науки и техники.
Соединения фосфора играют центральную роль в жизненных процессах, сельскохозяйственных удобрениях, моющих средствах, антипиренах и современных материалах.
Уникальная способность фосфора образовывать многочисленные аллотропы и разнообразные химические соединения лежит в основе его широкого применения.
В данной статье рассматриваются химия, синтез, свойства и применение соединений фосфора с целью предоставить подробное научное понимание их структуры, реакционной способности и значения.
Химические свойства фосфора
Фосфор существует в нескольких аллотропных модификациях, каждая из которых обладает различными физическими и химическими свойствами:
Белый фосфор (P4): состоит из тетраэдрических молекул P4; высокореакционноспособен и пирофорен; нерастворим в воде, но растворим в органических растворителях; плавится при температуре 44 °C и самовозгорается на воздухе при температуре около 30 °C.
Красный фосфор: аморфная полимерная форма; менее реакционноспособен и нетоксичен по сравнению с белым фосфором; используется в безопасных спичках.
Черный фосфор: термодинамически наиболее стабильный аллотроп; слоистая структура, похожая на графит; полупроводниковые свойства.
Электронная конфигурация фосфора ([Ne]3s²3p³) позволяет ему проявлять степени окисления от –3 до +5. Наиболее распространенные степени окисления — +3 и +5, что соответствует таким соединениям, как фосфористая кислота (H3PO3) и фосфорная кислота (H3PO4).
Фосфор легко образует ковалентные связи и проявляет сильное сродство к кислороду, образуя стабильные оксиды и оксикислоты.
Классификация соединений фосфора
Соединения фосфора в целом подразделяются на:
Неорганические соединения фосфора: включают оксиды (P4O10, P4O6), кислоты (H3PO4, H3PO3) и соли (фосфаты, пирофосфаты, метафосфаты).
Органические фосфорные соединения: характеризуются связями PC; включают органофосфаты (эфиры фосфорной кислоты), фосфонаты, фосфины (PR3) и оксиды фосфинов.
Полифосфаты: длинные цепи или циклические формы фосфатных единиц, соединенных связями POP, важные в биологии и промышленности.
Оксиды фосфора и их химия
Фосфор образует два основных оксида:
Пентаоксид фосфора (P4O10): белое кристаллическое вещество; мощный дегидратирующий агент; образуется при сгорании белого фосфора в избытке кислорода.
Он бурно реагирует с водой, образуя фосфорную кислоту.
Триоксид фосфора (P4O6): бесцветное воскообразное твердое вещество; реагирует с водой с образованием фосфористой кислоты (H3PO3); менее окисленная форма с P в степени окисления +3.
Эти оксиды служат прекурсорами для промышленного производства фосфорной кислоты и различных производных фосфатов.
Фосфорные кислоты и производные
Фосфорные кислоты составляют основу многих соединений фосфора:
Ортофосфорная кислота (H3PO4): трипротонная кислота; производится в промышленности из P4O10 и воды; широко используется в удобрениях, пищевых добавках и чистящих средствах.
Полифосфорные кислоты: Образуются путем конденсации единиц ортофосфорной кислоты; включают пирофосфорную кислоту (H4P2O7) и метафосфорную кислоту; важны в химическом синтезе.
Соли этих кислот, фосфаты, жизненно важны в биологических системах и промышленности.
Фосфорсодержащие соли и минералы
Фосфаты в природе встречаются в таких минералах, как апатит и фосфориты, которые являются основными источниками фосфора для удобрений.
С биологической точки зрения фосфатные группы играют решающую роль в нуклеотидах (ДНК, РНК), молекулах переноса энергии (АТФ) и структурных компонентах (костях, зубах).
Синтетические фосфаты включают в себя:
Монокальцийфосфат
Дикальцийфосфат
Трикальцийфосфат
Широко используется в сельском хозяйстве и пищевой промышленности.
Фосфорорганические соединения
Они содержат фосфорно-углеродные связи:
Фосфины (PR3): основные лиганды в координационной химии; используются в качестве катализаторов и промежуточных продуктов.
Органофосфаты: эфиры фосфорной кислоты; широко используются в качестве пестицидов (например, малатион), пластификаторов и антипиренов.
Некоторые фосфорорганические соединения действуют как нервно-паралитические отравляющие вещества (например, зарин), что подчеркивает их силу и токсичность.
Промышленный синтез соединений фосфора
Фосфор в основном добывают при добыче фосфоритов.
Ключевые процессы включают в себя:
Термическое восстановление фосфоритовой руды коксом в электропечах с получением элементарного фосфора.
Мокрая химическая переработка, в ходе которой получают фосфорную кислоту путем обработки фосфоритовой руды серной кислотой («мокрый процесс»).
Передовые экологически чистые методы направлены на переработку фосфора и снижение воздействия на окружающую среду.
Применение фосфорных соединений
Удобрения: фосфаты являются важными питательными веществами, способствующими росту растений.
Антипирены: фосфорорганические соединения препятствуют горению.
Катализаторы: фосфины и их производные облегчают реакции органического синтеза.
Моющие средства: фосфатные соли повышают эффективность очистки (хотя в некоторых странах их использование ограничено по экологическим соображениям).
Очистка воды: фосфаты связывают ионы металлов.
Аспекты охраны окружающей среды и здоровья
Избыток фосфора в водоемах вызывает эвтрофикацию, что приводит к цветению водорослей и дефициту кислорода.
Соединения фосфора требуют осторожного обращения из-за токсичности (например, белый фосфор) и стойкости в окружающей среде.
Меры регулирования контролируют выбросы и использование фосфора в моющих средствах.
Последние достижения и будущие направления
Фосфорен: двумерный аллотроп фосфора с многообещающими электронными свойствами.
Хранение энергии: Материалы на основе фосфора исследуются в аккумуляторах (например, литий-ионных).
Устойчивая переработка: извлечение фосфора из сточных вод и сельскохозяйственных стоков для решения проблемы дефицита фосфора.
Заключение
Соединения фосфора химически разнообразны и играют важную роль в биологической, промышленной и экологической сферах.
Их уникальные свойства открывают множество возможностей применения, но также создают проблемы с точки зрения устойчивости и защиты окружающей среды.
Текущие исследования направлены на поиск инновационных способов использования и ответственного управления ресурсами фосфора.
ИНФОРМАЦИЯ О БЕЗОПАСНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ ФОСФОРА
Меры первой помощи:
Описание мер первой помощи:
Общие советы:
Обратитесь к врачу.
Покажите этот паспорт безопасности лечащему врачу.
Выйдите из опасной зоны:
При вдыхании:
При вдыхании выведите пострадавшего на свежий воздух.
Если пострадавший не дышит, сделайте искусственное дыхание.
Обратитесь к врачу.
В случае попадания на кожу:
Немедленно снимите загрязненную одежду и обувь.
Смыть мылом и большим количеством воды.
Обратитесь к врачу.
В случае попадания в глаза:
Тщательно промойте большим количеством воды в течение не менее 15 минут и обратитесь к врачу.
Продолжайте промывать глаза во время транспортировки в больницу.
При проглатывании:
НЕ вызывайте рвоту.
Никогда ничего не давайте через рот человеку, находящемуся без сознания.
Прополощите рот водой.
Обратитесь к врачу.
Меры пожаротушения:
Средства пожаротушения:
Подходящие средства пожаротушения:
Используйте распыленную воду, спиртоустойчивую пену, сухой химикат или углекислый газ.
Особые опасности, возникающие из-за вещества или смеси
Оксиды углерода, оксиды азота (NOx), хлористый водород
Советы пожарным:
При необходимости используйте автономный дыхательный аппарат для тушения пожара.
Меры при случайном выбросе:
Меры личной предосторожности, средства индивидуальной защиты и порядок действий в чрезвычайных ситуациях
Используйте средства индивидуальной защиты.
Избегайте вдыхания паров, тумана или газа.
Эвакуировать персонал в безопасные зоны.
Меры предосторожности по защите окружающей среды:
Предотвратите дальнейшую утечку или разлив, если это безопасно.
Не допускайте попадания продукта в канализацию.
Необходимо избегать выбросов в окружающую среду.
Методы и материалы для локализации и очистки:
Собрать с помощью инертного абсорбирующего материала и утилизировать как опасные отходы.
Хранить в подходящих закрытых контейнерах для утилизации.
Обращение и хранение:
Меры предосторожности для безопасного обращения:
Избегать вдыхания паров или тумана.
Условия безопасного хранения с учетом любых несовместимостей:
Хранить контейнер плотно закрытым в сухом и хорошо проветриваемом месте.
Открытые контейнеры необходимо тщательно запечатать и хранить в вертикальном положении, чтобы предотвратить утечку.
Класс хранения (TRGS 510): 8А: Горючие, коррозионно-активные опасные материалы.
Контроль воздействия/индивидуальная защита:
Параметры контроля:
Компоненты с параметрами контроля на рабочем месте
Не содержит веществ с предельно допустимыми концентрациями на рабочем месте.
Контроль воздействия:
Соответствующие технические средства контроля:
Обращаться в соответствии с правилами промышленной гигиены и безопасности.
Мойте руки перед перерывами и в конце рабочего дня.
Средства индивидуальной защиты:
Защита глаз/лица:
Плотно прилегающие защитные очки.
Защитная маска (минимум 8 дюймов).
Используйте средства защиты глаз, протестированные и одобренные в соответствии с соответствующими государственными стандартами, такими как NIOSH (США) или EN 166 (ЕС).
Защита кожи:
Работать в перчатках.
Перед использованием перчатки необходимо осмотреть.
Используйте соответствующие перчатки.
Техника снятия (без прикосновения к внешней поверхности перчатки) позволяет избежать контакта кожи с данным продуктом.
Утилизируйте загрязненные перчатки после использования в соответствии с действующим законодательством и надлежащей лабораторной практикой.
Вымойте и высушите руки.
Полный контакт:
Материал: Нитриловый каучук
Минимальная толщина слоя: 0,11 мм.
Время прорыва: 480 мин.
Тестируемый материал: Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, размер M)
Контакт с брызгами
Материал: Нитриловый каучук
Минимальная толщина слоя: 0,11 мм.
Время прорыва: 480 мин.
Тестируемый материал: Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, размер M)
Его не следует толковать как одобрение какого-либо конкретного сценария использования.
Защита тела:
Полный защитный костюм от химикатов. Тип защитного снаряжения должен выбираться в зависимости от концентрации и количества опасного вещества на конкретном рабочем месте.
Защита органов дыхания:
Если оценка риска показывает, что использование воздухоочистительных респираторов является целесообразным, используйте полнолицевые респираторы с многоцелевыми комбинированными (США) или респираторными картриджами типа ABEK (EN 14387) в качестве резервной меры технического контроля.
Если респиратор является единственным средством защиты, используйте респиратор с подачей воздуха, закрывающий все лицо.
Используйте респираторы и компоненты, протестированные и одобренные в соответствии с соответствующими государственными стандартами, такими как NIOSH (США) или CEN (ЕС).
Контроль воздействия на окружающую среду
Предотвратите дальнейшую утечку или разлив, если это безопасно.
Не допускайте попадания продукта в канализацию.
Необходимо избегать выбросов в окружающую среду.
Стабильность и реакционная способность:
Химическая стабильность:
Стабилен при соблюдении рекомендуемых условий хранения.
Несовместимые материалы:
Сильные окислители:
Опасные продукты разложения:
Опасные продукты разложения, образующиеся в условиях пожара.
Оксиды углерода, оксиды азота (NOx), хлористый водород.
Рекомендации по утилизации:
Методы переработки отходов:
Продукт:
Предложите излишки и не подлежащие переработке решения лицензированной компании по утилизации.
Для утилизации данного материала обратитесь в лицензированную профессиональную службу по утилизации отходов.
Загрязненная упаковка:
Утилизировать как неиспользованный продукт.
