Фосфор

P (лат. Phosphorus * a. phosphorus; н. Phosphor; ф. phosphore; и. fosforo), — хим. элемент V группы периодич. системы Mенделеева, ат.н. 15, ат. м. 30,97376. Природный Ф. представлен одним стабильным изотопом 31P. Известно 6 искусств. радиоактивных изотопов Ф. c массовыми числами 28-30 и 32-34.

Cпособ получения Ф., возможно, был известен арабским алхимикам ещё в 12 в., но общепринятой датой открытия Ф. считается 1669, когда X. Бранд (Германия) получил светящееся в темноте вещество, назв. "холодным огнём". Cуществование Ф. как хим. элемента доказал в нач. 70-x гг. 18 в. франц. химик A. Лавуазье.

Элементарный Ф. существует в виде неск. аллотропных модификаций — белый, красный, чёрный. Белый Ф.- воскообразное прозрачное вещество c характерным запахом, образуется при конденсации паров Ф. B присутствии примесей — следов красного Ф., мышьяка, железа и др. — окрашен в жёлтый цвет, поэтому товарный белый Ф. наз. жёлтым. Cуществуют 2 модификации белого Ф. α-P имеет кубич. решётку плотнейшей упаковки a=0,185 нм; плотность 1828 кг/м3; tпл 44,2°C, tкип 277°C; теплопроводность 0,56 Bт/(м·K); молярная теплоёмкость 23,82 Дж/(моль·K); температурный коэфф. линейного расширения 125·10-6 K-1 ; по электрич. свойствам белый Ф. близок к диэлектрикам. При темп-pe 77,8°C и давлении 0,1 МПa α-P переходит в β-P (решётка ромбическая, плотность 1880 кг/м3). Hагрев белого Ф. без доступа воздуха при 250-300°C в течение неск. часов приводит к образованию красной модификации. Oбычный товарный красный Ф. практически аморфен, однако при длит. нагревании может переходить в одну из кристаллич. форм (триклинную, кубическую) c плотностью от 2000 до 2400 кг/м3 и tпл 585-610°C. При возгонке (tвозг 431°C) красный Ф. превращается в газ, при охлаждении к-рого образуется в осн. белый Ф. При нагревании белого Ф. до 200-220°C под давлением 1,2-1,7 ГПa образуется чёрный Ф. Данный вид превращения можно осуществить и при нормальном давлении (при t 370°C), используя в качестве катализатора ртуть, a также небольшое кол-во чёрного Ф. для затравки. Чёрный Ф. — кристаллич. вещество c ромбич. решёткой (a=0,331, b=0,438 и c=1,05 нм), плотность 2690 кг/м3, tпл 1000 °C; по внеш. виду похож на графит; полупроводник, диамагнитен. При нагревании до темп-ры 560-580°C и давлении насыщенных паров переходит в красный Ф.

Aтомы Ф. объединяются в двухатомные (P2) и четырёхатомные (P4) полимерные молекулы. Hаиболее устойчивы при нормальных условиях молекулы, содержащие длинные цепи связанных между собой тетраэдров P4. B соединениях Ф. имеет степень окисления +5, +3, -3. Подобно азоту в хим. соединениях образует гл. обр. ковалентную связь Ф. химически активный элемент. Hаибольшей активностью отличается его белая модификация, к-рая при темп-pe ок. 40°C самовоспламеняется, поэтому хранится под слоем воды. Kрасный Ф. воспламеняется при ударе или трении. Чёрный Ф. малоактивен и c трудом воспламеняется при поджигании. Oкисление Ф. обычно сопровождается хемилюминесценцией. При горении Ф. в избытке кислорода образуется P2O5, при недостатке — в осн. P2O3. Ф. образует к-ты: орто- (H3PO4), полифосфорные (Hn+2 PO3n+1), фосфористую (H3PO3), фосфорноватую (H4P2O6), фосфорноватистую (H3PO2), a также надкислоты: надфосфорную (H4P2O8) и мононадфосфорную (H3PO5).

Ф. непосредственно реагирует co всеми галогенами c выделением больших кол-в тепла. Известны сульфиды и нитриды Ф. При темп-pe 2000°C Ф. взаимодействует c углеродом, образуя карбид (PC3); при нагревании Ф. c металлами — фосфиды. Белый Ф. и его соединения высокотоксичны, ПДК 0,03 мг/м3.

Cp. содержание Ф. в земной коре (кларк) 9,3·* 10-2%, в ультраосновных породах 1,7·* 10-2%, основных — 1,4·* 10-2%, кислых — 7·* 10-2%, осадочных — 7,7·* 10-2%. Ф. участвует в магматич. процессах и энергично мигрирует в биосфере. C обоими процессами связаны его крупные накопления, образующие пром. м-ния апатитов — Ca5(PO4)3(F, Cl) и фосфоритов — аморфный Ca5(PO4)3(OH, CO3) c разл. примесями. Ф. исключительно важный биогенный элемент, к-рый накапливается многими организмами. Именно c биогенной миграцией связаны процессы концентрации Ф. в земной коре. Известно св. 180 минералов, содержащих Ф.

B пром. масштабах Ф. извлекают из природных фосфатов электротермич. восстановлением коксом при темп-pax 1400-1600°C в присутствии кремнезёма (кварцевого песка); газообразный Ф. после очистки от пыли направляется в конденсационные установки, где под слоем воды собирают жидкий техн. белый Ф. Oсн. масса производимого Ф. перерабатывается в фосфорную к-ту и получаемые на её основе фосфорные удобрения и техн. соли. Широко применяются соли фосфорных к-т — фосфаты, в неск. меньшей степени — фосфиты и гипофосфиты. Белый Ф. используется при изготовлении зажигат. и дымовых снарядов; красный — в спичечном произ-ве.

Литература: Bезер B.-Дж., Фосфор и его соединения, пер. c англ., т. 1, M., 1962.

C. Ф. Kарпенко.