Лесостепные почвы
характеризуются содержанием в гумусовом веществе в количестве 1,78-2,46 %.Мощные черноземы
содержат в гумусовом веществе 0,81-1,25 %.Обыкновенные черноземы
содержат в гумусовом веществе 0,90-1,27 %.Выщелоченных черноземы
содержат в гумусовом веществе 1,10-1,43 %.Темно-каштановые почвы содержат
в гумусовом веществе 0,97-1,30 %.Роль в растении
Биохимические функции
Окисленные соединения фосфора необходимы всем живым организмам. Ни одна живая клетка не сможет существовать без них.
В растениях фосфор содержится в органических и минеральных соединениях. При этом, содержание минеральных соединений составляет от 5 до 15 %, органических - 85-95 %. Минеральные соединения представлены калиевыми, кальциевыми, аммонийными и магниевыми солями ортофосфорной кислоты. Минеральный фосфор растений - запасное вещество, резерв для синтеза фосфорсодержащих органических соединений. Он увеличивает буферность клеточного сока, поддерживает тургор клетки и другие не менее важные процессы.
Органические соединения - нуклеиновые кислоты, аденозинфосфаты, сахарофосфаты, нуклеопротеиды и фосфатопротеиды, фосфатиды, фитин.
На первом месте по важности для жизнедеятельности растений стоят нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) и аденозинфосфаты (АТФ и АДФ). Данные соединения участвуют во многих процессах жизнедеятельности растительного организма: синтезе белков, энергетическом обмене, передаче наследственных свойств.
Нуклеиновые кислоты
Аденозинфосфаты
Особая роль фосфора в жизни растений заключается в участии в энергетическом обмене растительной клетки. Главная роль в данном процессе принадлежит аденозинфосфатам. В их составе присутствуют остатки фосфорной кислоты, связанные макроэргическими связями. При гидролизе они способны выделять значительное количество энергии.
Они представляют собой своеобразный аккумулятор энергии, поставляя ее по мере необходимости для осуществления всех процессов в клетке.
Различают аденозинмонофосфат (АМФ), аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ). Последний по запасам энергии значительно превосходит два первых и занимает ведущую роль в энергетическом обмене. Он состоит из аденина (пуринового основания) и сахара (рибозы), а также трех остатков ортофосфорной кислоты. Синтез АТФ осуществляется в растениях в процессе дыхания.
Фосфатиды
Фосфатиды, или фосфолипиды - сложные эфиры глицерина, высокомолекулярных жирных кислот и фосфорной кислоты. Они входят в состав фосфолипидных мембран, регулируют проницаемость клеточных органелл и плазмалеммы для различных веществ.
Цитоплазма всех растительных клеток содержит представителя группы фосфатидов лецитин. Это производное диглицеридфосфорной кислоты, жироподобное вещество, имеющее в составе 1,37 % .
Сахарофосфаты
Сахарофосфаты, или фосфорные эфиры сахаров, присутствуют во всех тканях растений. Известно более десятка соединений данного типа. Они выполняют важную роль в процессах дыхания и фотосинтеза в растениях. Образование сахарофосфатов носит название фосфорилирование. Содержание сахарофосфатов в растении, в зависимости от возраста и условий питания, варьирует от 0,1 до 1,0 % сухой массы.
Фитин
Фитин - это кальциево-магниевая соль инозитфосфорной кислоты, содержит 27,5 % . Он занимает первое место по содержанию в растениях среди других фосфорсодержащих соединений. Фитин присутствует в молодых органах и тканях растений, особенно много его в семенах, где он служит запасным веществом и используется проростками в процессе прорастания.
Основные функции фосфора
Большая часть фосфора присутствует в репродуктивных органах и молодых частях растений. Фосфор отвечает за ускорение формирования корневых систем растений. Основное количество фосфора потребляется в первые фазы развития и роста. Фосфорные соединения обладают способностью легко передвигаться из старых тканей в молодые и использоваться повторно (реутилизироваться).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Фосфор - пятнадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение - P от латинского «phosphorus». Расположен в третьем периоде, VА группе. Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 15.
Фосфор принадлежит к числу довольно распространенных элементов; содержание его в земной коре составляет около 0,1% (масс.). Вследствие легкой окисляемости фосфор в свободном состоянии в природе не встречается.
Из природных соединений фосфора самым важным является ортофосфат кальция Ca 3 (PO 4) 2 , который в виде минерала фосфорина иногда образует большие залежи. Часто встречается также минерал апатит, содержащий кроме Ca 3 (PO 4) 2 , еще CaF 2 или CaCl 2 .
Атомная и молекулярная масса фосфора
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Значения атомной и молекулярной масс фосфора совпадают; они равны 30,9737.
Аллотропия и аллотропные модификации фосфора
Фосфор образует несколько аллотропических модификаций.
Белый фосфор получается в твердом состоянии при быстром охлаждении паров фосфора; его плотность 1,83 г/см 3 . В чистом виде белый фосфор совершенно бесцветен и прозрачен (рис. 1). На холоду хрупок, но при температуре выше 15 o С становится мягким и легко режется ножом.
На воздухе белый фосфор очень быстро окисляется и при этом светится в темноте. Уже при слабом нагревании, для чего достаточно просто трения, фосфор воспламеняется и сгорает. Имеет молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которой находятся тетраэдрические молекулы P 4 . Сильный яд.
Рис. 1. Аллотропные модификации фосфора. Внешний вид.
Если белый фосфор нагреть до температуры 250-300 o С он переходит в другую модификацию имеющую красно-фиолетовую окраску и называемую красным фосфором. Это превращение происходит очень медленно и под действием света.
Красный фосфор по своим свойствам сильно отличается от белого: медленно окисляется на воздухе, не светится в темноте, загорается только при 260 o С и неядовит.
При сильном нагревании красный фосфор, не плавясь, испаряется (сублимируется). При охлаждении паров получается белый фосфор.
Черный фосфор образуется из белого при нагревании его до 200-220 o С под очень высоким давлением. По виду он похож на графит, жирен на ощупь и тяжелее других модификаций. Полупроводник.
Изотопы фосфора
Известно, что в природе фосфор находится в виде единственного изотопа 31 P (23,99%). Массовое число равно 31. Ядро атома изотопа фосфора 31 P содержит пятнадцать протонов и шестнадцать нейтронов.
Существуют искусственные изотопы фосфора с массовыми числами от 24-х до 46-ти, среди которых наиболее стабильным является 32 P с периодом полураспада равным 14 суток.
Ионы фосфора
На внешнем энергетическом уровне атома фосфора имеется пять электронов, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 .
В результате химического взаимодействия фосфор может терять свои валентные электроны, т.е. являться их донором, и превращаться в положительно заряженные ионы или принимать электроны другого атома, т.е. являться их акцептором, и превращаться в отрицательно заряженные ионы:
P 0 -5e → P 5+ ;
P 0 -3e → P 3+ ;
P 0 -1e → P 1+ ;
P 0 +3e → P 3- .
Молекула и атом фосфора
Молекула фосфора одноатомна — Р. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу фосфора:
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Фосфин можно получить действием соляной кислоты на фосфид кальция. Рассчитайте объем фосфина (н.у.), который образуется из 9,1 г фосфида кальция. Массовая доля выхода продукта составляет 90%. |
| Решение | Запишем уравнение реакции получения фосфина из фосфида кальция:
Ca 3 P 2 + 6HCl = 2PH 3 + 3CaCl 2 . Рассчитаем количество вещества фосфида кальция (молярная масса - 182 г/моль): n(PH 3) = m(PH 3) / M(PH 3); n(PH 3) = 9,1 / 182 = 0,05 моль. Согласно уравнению реакции n(PH 3) : n(Ca 3 P 2) = 2:1, значит: n(PH 3) = 2 × n(Ca 3 P 2); n(PH 3) = 2 × 0,05 = 0,1 моль. Тогда, объем выделившегося фосфина будет равен: V(PH 3) = n (PH 3) × V m ; V(PH 3) = 0,1 × 22,4 = 2,24 л. Учитывая выход продукта реакции, объем фосфина составляет: V(PH 3) = V(PH 3) × η/100%; V(PH 3) = 2,24 × 90/100% = 2,016 л. |
| Ответ | Объем фосфина равен 2,016 л |
В Парижской библиотеке хранится манускрипт по алхимии, в котором описано открытие фосфора . Если верить документу, выделить элемент в чистом виде впервые удалось Алхид Бахилу.
Он жил в 12-ом веке. Фосфор мужчина получил, перегоняя мочу с известью и . Алхимик назвал светящееся вещество эскарбуклем. Современное имя элементу дал Хеннинг Бранд.
Он соединил греческие слова «свет» и «несу». Немец выделил белый фосфор в 1669-ом году, задокументировав свою заслугу, выступив перед ученым сообществом.
Хеннинг Бранд, как и Алхид Бахил, воспользовался выпаренной мочой, но нагревал ее с белым песком. В 17-ом веке, да и в 12-ом, свечение полученного вещества казалось чудом. У современников на физические свойства фосфора иной взгляд.
Физические и химические свойства фосфора
Элемент фосфор светится из-за процессов окисления. Взаимодействие с кислородом проходит быстро, возможно самовоспламенение.
Скорое и обильное высвобождение химической энергии приводит к ее переходу в энергию света. Процесс проходит даже при комнатной температуре.
Вот и секрет сияния фосфора. Кислород проще всего реагирует с белой модификацией элемента. Ее можно перепутать с воском, свечным парафином. Плавится вещество уже при 44-х градусах Цельсия.
Свойства фосфора белого цвета отличаются от свойств других модификаций элемента. Они, к примеру, не токсичны.
Бесцветный же фосфор ядовит, нерастворим в воде. Ей, как правило, и блокируют окисление порошка. Не вступая в реакцию с водой, белый фосфор легко растворяется органике, к примеру, сероуглероде.
В первой модификации вещество фосфор наименее плотное. На кубический метр приходится лишь 1 800 граммов. При этом, смертельной дозой для человека является всего 0,1 грамм.
Еще ядовитее желтый фосфор . По-сути, это разновидность белого, но не очищенная. Плотность вещества та же, воспламеняемость тоже.
Температура плавления чуть ниже – 34 градуса. Закипает элемент при 280-ти по шкале Цельсия. За счет загрязнений, при горении выделяется густой дым. С водой желтый фосфор, как и белый, в реакцию не вступает.
Существует еще красный фосфор . Его впервые получили в 1847-ом году. Австрийский химик Шреттер нагрел белую модификацию элемента до 500-от градусов в атмосфере угарного газа.
Реакция проводилась в герметичной колбе. Полученный вид фосфора оказался термодинамически стабильным. Вещество растворяется разве что в некоторых расплавленных металлах.
Воспламениться атом фосфора может лишь при прогреве атмосферы до 250 градусов Цельсия. Альтернатива – активное трение, или сильный удар.
Цвет красного фосфора бывает не только алым, но и фиолетовым. Свечение отсутствует. Почти отсутствует и ядовитость. Токсичное действие красной модификации элемента минимально. Поэтому, именно алый фосфор широко используют в промышленности.
Предпоследняя модификация элемента – черная. Получена в 1914-ом году, является самой стабильной. У вещества металлический блеск. Поверхность черного фосфора лоснится, похожа на .
Модификация не поддается ни одному растворителю, воспламеняется лишь в атмосфере, прогретой до 400-от градусов. Масса фосфора черного наиболее велика, как и плотность. Вещество «рождается» из белого при давлении в 13 000 атмосфер.
Если довести давление до сверхвысокого, появляется последняя, металлическая модификация элемента. Ее плотность достигает почти 4-х граммов на кубический сантиметр. Формула фосфора не меняется, но преобразуется кристаллическая решетка. Она становится кубической. Вещество начинает проводить электрический ток.
Применение фосфора
Оксид фосфора служит дымообразующим средством. Воспламеняясь, желтая модификация элемента дает густую завесу, что пригождается в оборонной промышленности.
В частности, фосфор добавляют в трассирующие пуля. Оставляя за собой дымный след, они позволяют корректировать направление, точность посылов. «Дорожка» сохраняется на протяжении километра.
В военной промышленности фосфор нашел место, так же, как воспламенитель. В этой роли элемент выступает и в мирных целя. Так, красную модификации используют при изготовлении спичек. Смазкой в них служит пара фосфор-сера , то есть, сульфид 15-го элемента .
Хлорид фосфора нужен при производстве пластификаторов. Так называют добавки, увеличивающие пластичность пластмасс и прочих полимеров. Хлорид закупают и аграрии. Они примешивают вещество к инсектицидам.
Их применяют для уничтожения вредителей на полях, в частности, насекомых. Опрыскивают посадки и пестицидами. В них присутствует уже дуэт кальций-фосфор или же фосфиды .
Если насекомых с помощью фосфорных смесей убивают, то растения – взращивают. Так, пары азот-фосфор и калий-фосфор – завсегдатаи удобрений. 15-ый элемент питает насаждения, ускоряет их развитие, повышает урожайность. Фосфор необходим и человеку.
В костях, нуклеиновых цепочках, белках, его скрыто примерно 800 граммов. Не зря же элемент был впервые добыт путем перегонки мочи. Запасы организма требуют ежедневного пополнения в размере 1,2-1,5 граммов. Они поступают с морепродуктами, бобовыми, сырами и хлебом.
Кислоты фосфора добавляют в продукты и искусственным путем. Зачем? Разбавленная фосфорная кислота служит усилителем вкуса для сиропов, мармеладов и газированных напитков. Если в составе продукта указана Е338, речь идет о соединении с участием 15-го элемента таблицы Менделеева.
Применение фосфора природа не связала с его свечением. Человек же сделал упор именно на это свойство. Так, львиная доля запасов элемента идет на производство красок. Составы для машин еще и защищают их от коррозии. Изобретены краски для и глянцевых поверхностей. Есть варианты для дерева, бетона, пластика.
Без 15-го элемента не обходятся многие синтетические моющие средства. В них содержится магний. Фосфор связывает его ионы.
Иначе, эффективность составов снижается. Без 15-го элемента снижается и качество некоторых сталей. Их основа – железо. Фосфор – лишь .
Добавка увеличивает прочность сплава. В низколегированных сталях фосфор нужен для облегчения их обработки и увеличении сопротивляемости коррозии.
Добыча фосфора
В таблице Менделеева фосфор 15-ый, но по распространенности на Земле – 11-ый. Вещество не редко и за пределами планеты. Так, в метеоритах содержится от 0,02 до 0,94% фосфора. Он найден и в образцах грунта, взятых с Луны.
Земные представители элемента – 200 минерал, созданные природой на его основе. В чистом виде фосфор не встречается. Даже в литосфере он представлен ортофосватом, то есть, окислен до высшей степени.
Чтобы выделить чистый элемент промышленники работают с фосфатом кальция. Его получают из фосфоритов и втораппатитов. Это 2 минерала, наиболее богатые 15-ым элементом. После реакции восстановления, остается 100-процентный фосфор.
В качестве восстановителя выступает кокс, то есть углерод. Кальций, при этом, связывают песком. Все это специалисты проделывают в электропечах. То есть, процесс выделения фосфора относится к электротермическим.
Таково получение белого или желтого фосфора. Все зависит от степени очистки. Что нужно сделать, чтобы перевести продукт в красную, черную, металлическую модификации, описано в главе «Химические и физические свойства элемента».
Цена фосфора
Есть фирмы и магазины, специализирующиеся на поставках химического сырья. Фосфор, как правило, предлагают в упаковках по 500 граммов и килограмму. За красную модификацию весом в 1 000 граммов просят около 2 000 рублей.
Белый фосфор предлагают реже и по цене примерно на 30-40% дешевле. Черная и металлическая модификации дорогостоящие и реализуются, как правило на заказ через крупные предприятия-производители.
Одним из наиболее важных биогенных элементов признан именно фосфор. Его отсутствие делает невозможным жизнедеятельность многих живых организмов, в том числе и человеческого, поскольку он содержится в белках, фосфолипидах, и многих других органических соединениях, среди которых АТФ и ДНК. Одновременно с этим неорганика фосфора является богатой разнообразными молекулами. Участвует в образовании свыше 200 минералов, из которых наиболее приоритетными являются фосфорит и апатит.
Фосфором называется химический элемент, название которого с древнегреческого означает «светоносный». В периодической системе Менделеева фосфор занял место в 15-й группе третьего периода. Он относится к группе химических элементов под названием пниктогены.
Существует несколько версий открытия данного элемента. Наиболее раннее упоминание о существовании фосфора можно найти в алхимических записях, которые датируются 12 веком. Само название элемента в подобных работах отсутствует, однако, можно встретить сведения о получении неизвестного «светящегося» вещества.
По официально версии фосфор был открыт в 1669 году обанкротившимся торговым купцом, пытающимся найти философский камень. Произошло это случайно во время многократного прокаливания мочи человека, в результате чего было образовано вещество, от которого исходил яркий свет.
Получение фосфора
Современные ученые владеют многими методами, посредством которых можно синтезировать фосфор. Наиболее популярным считается его восстановление из минералов, в составе которых он содержится. Как правило, таковыми являются апатиты или фосфориты, взаимодействующие с коксом и кремнеземом в достаточно высоких температурных условиях (порядка 1600 0 С). Производство фосфора, в данном случае, осуществляется в специальных печах.
В природе данный химический элемент широко распространен. Фосфор обладает очень сильной химической активностью, в связи с чем не встречается в свободном состоянии. Он содержится в земной коре и воде, однако к наиболее крупным его запасам во всем мире относятся морские фосфориты наряду с продуктами их выветривания. Ученые считают, что последние имеют океаническое происхождение.
Так, фосфаты формировались путем разных органических и неорганических процессов на протяжении очень продолжительного времени в прибрежных регионах пояса пассатов. Фосфаты аккумулировались из внешней среды, что привело к многократному увеличению концентрации фосфоритов в месторождении.
Сегодня наиболее крупные такие месторождения находятся на территории Марокко, а также Западной Сахары, Америки, Китая, Туниса, Казахстана. Пальма первенства в этом принадлежит именно Марокко - на долю этой страны приходится 70% от всех запасов фосфатов в мире. Но, не смотря на это, среди стран-производителей фосфора Марокко расположилась на втором месте, пропустив вперед США. По данным на 2002 г. в мире из года в год добывается порядка 135 млн. тонн данного вещества.
Стоит отметить, что не все месторождения данного вещества могут называться промышленными. Таковыми принято считать только те, из 1 га которых можно получить фосфатную породу в количестве минимум 6000 тонн и более. Добыча фосфата осуществляется в открытых карьерах с применением скребковых экскаваторов. Первым делом происходит очистка от песчаных наносов и пустых пород, после чего и начинается извлечение фосфатной руды, путь которой к обогатительным фабрикам пролегает по стальным трубам. Стоит сказать, что таким образом руда может преодолевать расстояния в несколько километров.
В морской воде вид данного вещества несколько отличается от других мест его нахождения. Так в водной среде фосфор представлен ортофосфат-анионом, концентрация которого, в среднем, насчитывает около 0,07 мг 3 /л. Общий океанический объем фосфора составляет 9,8*1010 тонн.
Применение фосфора
Сфер человеческой деятельности, в которых применяется фосфор и его соединения, колоссальное множество. Это связано, прежде всего, с тем, что как само вещество, так и его соединения, принимают очень важное, неотъемлемое, участие в биологических процессах живых организмов.
Кроме этого, с участием данного химического элемента осуществляется производство такого очень известного предмета, которым пользуется каждый человек, как спички. С его участием изготавливаются взрывчатые соединения, зажигательные бомбы, некоторые виды топлива, смазочные материалы. Использование фосфора уместно для производства антикоррозионных материалов, при производстве ламп накаливания, в качестве средства для снижения жесткости воды, а также для поглощения газов. Кроме этого, фосфор является распространенным веществом, применяемым в сельском хозяйстве в качестве материала для удобрения почвы. Также он является активным участником химических синтезов во время производства различных веществ.
Ну и ко всему стоит добавить, что фосфор - это жизненно необходимый элемент, на котором основывается синтез ДНК, РНК и фосфолипидов
Загрузка...