Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Август » 17 » Фосфор
09:57
Фосфор

Фосфор содержится в Земной коре в количестве 0,08%. В основном, он входит в состав фосфатов, например, апатит Ca3(PO4)2.CaГ2, где Г – галоген, чаще всего хлор или фтор. Апатиты отличаются малой растворимостью в воде и часто образуют крупные монокристалла во влажных пещерах. Состав и свойства апатитов близки к минеральной составляющей костей и зубов.

Наибольшее значение для промышленности имеет фосфорит Ca3(PO4)2, так как, он практически не содержит примесей и может легко быть переведен в высококачественное удобрение. Для этого его обрабатывают серной кислотой, получая удобрение, известное как "суперфосфат”:

Сa3(PO4)2+2H2SO4Ca(H2PO4)2+2CaSO4

При этом, получается смесь гипса и кислого фосфата кальция, который в отличие от нейтрального фосфата кальция, неплохо растворим в воде. Так как, это удобрение содержит значительно количество балластного гипса, и мало фосфора (около 15-19%), то использование такого удобрения приемлемо только, если его не нужно далеко везти. Более широкое употребление получил "двойной суперфосфат”, для получения которого, сначала вытесняют ортофосфорную кислоту из фосфорита серной кислотой, отделяют ее от гипса фильтрованием. После чего, добавляют ортофосфорную кислоту к фосфориту, получая кислый двойной суперфосфат Ca(H2PO4)2 свободный от гипса и содержащий (в зависимости от влажности) до 45-50% фосфора.

Также, в качестве фосфорных удобрений используют шлак кислородных конвертеров, состоящий из смеси силикатов и фосфатов кальция. И фосфаты аммония, являющиеся, пожалуй, лучшим фосфорным удобрением.

Растения усваивают фосфор из почвы, переводя его в белковые соединения и нуклеиновые кислоты. Человек нуждается в 1-2 гр. белкового фосфора в сутки. В млекопитающих, фосфор входит в состав костей, мышечных волокон, нервных окончаний, волос и ногтей. Кости, в том числе, обожженные рекомендуется вносить в почву – это повышает урожайность всех культур. В растениях, фосфор входит в состав семян, плодов, в меньшей степени, стеблей и корней.

Впервые, фосфор был получен Гамбургским алхимиком Геннингом Брандтом при нагревании в закрытой емкости с газоотводной трубкой смеси костной золы, угля и земли. Сегодня фосфор получают, в основном из ископаемых фосфатов кальция. Для этого, загружают в дуговую печь смесь фосфорита, кокса и мелкого кварцевого песка. При нагревании происходит реакция:

Сa3(PO4)2+3SiO2+5C3CaSiO3+2P+5CO

Процесс основан на вытеснении летучего оксида фосфора менее летучим кислотным оксидом – диоксидом кремния. При этом получается легкоплавкое стекло (силикат кальция) и возгоняется оксид фосфора. Который взаимодействует с раскаленным углеродом кокса, восстанавливаясь до свободного фосфора. Температура кипения фосфора 280оС, его пары конденсируют под водой. Для облегчения процесса и более быстрого отвода продукта реакции из активной зоны, процесс может вестись под вакуумом.

При быстром охлаждении паров фосфора получается наименее стабильная аллотропная модификация – белый фосфор. При длительном нагревании без доступа воздуха, происходит переход белого фосфора в красный.

Красный фосфор представляет собой аморфный порошок красно-коричневого цвета, не растворимый в воде, плотность 2,20 гр./см3. Он отличается сравнительно низкой токсичностью и воспламеняется при температуре более 260оС. Температура плавления 400оС.

В отличие от красного, белый фосфор имеет вид ромбических кристаллов бежевого цвета с плотностью 1,83 гр./см3. Белый фосфор интенсивно окисляется на воздухе, из-за чего светится в темноте. При активном обдуве воздухом, мелком измельчении и/или внесении в чистый кислород – самовоспламеняется и активно сгорает. При горении плавится (tпл=44оС) и кипит (tкип=280оС). Отличается высокой токсичностью.

Если красный фосфор нашел широкое применение в пиротехнике и производстве спичек, то белый фосфор представляет существенный интерес для военных. С первой мировой войны, белый и красный фосфор использовали для снаряжения зажигательных снарядов и ручных гранат. Красный фосфор, при этом, проявляет меньшую эффективность.

После второй мировой войны, в США был разработан метод устранения основного недостатка белого фосфора – его неравномерного дробления при срабатывании воспламенителя. Дело в том, что для большинства зажигательных боеприпасов, по технологическим и тактическим соображениям, используются те же запалы, что и для осколочно-фугасных.

Белый фосфор, будучи кристаллическим вещество, дробится на мелкие и крупные элементы, которые сгорают неравномерно. Мелкие элементы успевают сгореть на расстоянии в 1-2 метра от места разрыва. Получается хорошая вспышка, но, тепловой  эффект очень локальный. Для повышения эффективности зажигательных боеприпасов, белый фосфор ввели в сырой бутадиен-стирольный каучук. Для большей пластификации и стабильности свойств, в состав ввели дибутилфталат и централит. Последний призван служить ловушкой радикалов, образующихся при термораспаде компонентов, препятствуя изменению свойств каучука. Этот состав содержит до 40-50% белого фосфора и назван "желтый фосфор”.

При дроблении вязкой массы "желтого фосфора”, под действием ударной волны, происходит образование мелких капелек, овальной формы. Дальность разлета этих капелек больше, а скорость горения ниже, чем у чистого белого фосфора. Каучук удешевляет продукт и несколько снижает скорость сгорания. Горящие капли воспламеняются в начале полета при трении о воздух и, попадая на предметы, прилипают как резиновый клей.

Здесь стоит вспомнить другой состав на основе белого фосфора, разработанный в годы ВОВ, он тоже воспламенялся от трения о воздух. Состав именовался в народе "партизанское мыло”, из него формовали бруски, по виду и свойствам очень близкие к "хозяйственному мылу”. При этом, в его состав входило до 30% белого фосфора и около 10% дибутилфталата и/или вазелина. Органический пластификатор призван избежать чрезмерного набухания массы (в виду достаточно высокой гигроскопичности стеарата натрия) и облегчить миграцию фосфора к поверхности бруска. В случае досмотра солдатами и офицерами немецкой армии, можно было даже слегка намылить брусок, показав, что это всего лишь мыло. Мыться им нельзя, так как, белый фосфор – сильный яд, смертельная доза около 0,1 гр. Перед применением следовало размягчить брусок руками и приклеить к стенке ж/д вагона. Когда вагон набирал скорость, фосфор вызывал воспламенение мастики и происходил пожар, уничтожавший военный эшелон.

Подробнее о зажигательных и других энергонасыщенных составах на основе белого и красного фосфора поговорим в другой раз.

В химической промышленности фосфор находит применение, в основном, для изготовления фосфидов металлов, галогенидов фосфора и оксида фосфора. Все эти вещества очень важны для органического синтеза и лабораторной техники. Пятихлористый фосфор, например, ценной вещества для замещения гидроксильной группы в молекуле органической кислоты на атом хлора. Полученные галогенангидриды органических кислот широко применяются, как в промышленном, так и в лабораторном синтезе. Но, их оборот ограничен из-за применения для кустарного производства наркотических препаратов. Оксид пятивалентного фосфора – прекрасное водоотнимающее средство, применяется как для осушения неорганических кислот и получения их ангидридов, так и для глубокой сушки любых реактивов.

Фосфорсодержащие органические соединения, практически все являются сильными ядами, что связано с их специфическим взаимодействием с нуклеиновыми кислотами нервных клеток. Все нервнопаралитические газы и некоторые сильнодействующие лекарства содержат фосфорорганические соединения.

Здесь стоит упомянуть об использовании в прошлом веке фосфидов металлов в качестве яда от грызунов и других вредителей. При взаимодействии с водой в кислой среде желудка, они разлагаются по уравнению: Zn3P2+6H2O3Zn(OH)2+2H3P↑.

Выделяющийся фосфин содержит некоторое количество дифосфина, который самовоспламеняется на воздухе. Зафиксированы случаи пожаров, не только на складах, где хранилась отрава, но и в домах, где интенсивно использовалась против грызунов. В былые времена, это вещества иногда использовалось кустарями для изготовления самовоспламеняющихся на воздухе зажигательных смесей. Сейчас, фосфид цинка полностью вытеснен фосфорорганическими ядами.

На этом мы пока закончим ознакомление с этим интереснейшим элементом.

Категория: Химия элементов | Просмотров: 2364 | Добавил: Chemadm | Теги: фосфин, зажигательное оружие, получение фосфора | Рейтинг: 4.8/26
Всего комментариев: 2
0
1  
сколько содержится фосфора в чиркаше спичечного коробка и как его выделить в чистом виде?

0
2  
Намазка спичечного коробка содержит 20-50% фосфора по массе (в зависимости от марки и производителя спичек). В качестве скрепляющего вещества обычно используют мездровый клей (аналог желатина) или ПВА. В любом случае, наиболее удобным методом выделения является соскабливание терочного состава с последующей экстракцией петролейным эфиром или любым другим малополярным растворителем. Для повышения чистоты можно перекристаллизовать продукт из сероуглерода или другого подходящего растворителя.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]