Фосфор: фізичні та хімічні властивості

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Зміст:

Історія відкриття

Фізичні властивості

Як і азот, фосфор здатний утворювати двохатомні молекули Р2. Однак подібні молекули фосфору можуть бути стійкими лише при дуже високій температурі – близько 1000 С. У звичайних умовах атоми фосфору з’єднуються в молекули інших складів. Наприклад, білий фосфор складається з чотирьохатомних молекул Р4. Між собою атоми білого фосфору з’єднані у вигляді найпростішого багатогранника тетраедра. Так схематично виглядає будова молекули білого фосфору, що складається з чотирьох атомів. Сам білий фосфор являє собою практично безбарвну твердокристалічну речовину, що моментально окислюється киснем повітря, при цьому під час окислення фосфору йде дим, а в повітрі з’являється явний часниковий запах. Своїм зовнішнім виглядом білий фосфор схожий на віск, такий же м’який, легкоплавкий, при цьому світиться в темряві і є надзвичайно небезпечним, так як дуже отруйний та вогненебезпечний. Крім білого фосфору фізики також розрізняють червоний фосфор, чорний фосфор, жовтий фосфор і металевий фосфор, кожен з них має свої особливі фізичні властивості. Так якщо білий фосфор нагрівати до температури 300 С без доступу повітря в присутності каталізаторів (ними може бути йод або натрій), то він перетвориться в червоний фосфор. На відміну від білого фосфору його червоний побратим не світиться в темряві і не є отруйним та небезпечним, до слова саме його використовують при виробництві сірників. Червоний фосфор це аморфна речовина, що складається з полімерних молекул Px, він не розчиняється у воді та інших органічних розчинниках, а при нагріванні без доступу повітря не займається. Якщо білий фосфор помістити під дуже великий тиск (в сотні атмосфер) то з нього вийде чорний фосфор, який за своїми властивостями нагадує метал: він блищить і проводить електричний струм. Якщо ще більше збільшити тиск, то чорний фосфор перетвориться в металевий, його кристалічна решітка буде такою ж щільною як у металів. Металевий фосфор дуже добре проводить електричний струм. Так виглядають різні види фосфору. Хоча фосфор і є одним з найпоширеніших хімічних елементів на нашій планеті, в чистому вигляді в природних умовах його не буває, добути чистий фосфор можливо лише в хімічній лабораторії. Однак фосфор входить до складу багатьох важливих хімічних і біологічних сполук: фосфоліпідів, фосфидів (сполуки фосфору та металів), фосфінів (сполук водню з фосфором), фосфорної кислоти і так далі.

Хімічні властивості

Як ми писали вище, фосфор займає 15 місце в періодичній таблиці Менделєєва і входить в одну групу з азотом, миш’яком та сурмою. Хоча на валентному рівні він і має цілих 5 електронів, проте 5 зв’язків утворюються досить рідко. Фосфор дуже хімічно активний елемент, особливо білий фосфор. Як наслідок, він може вступати в найрізноманітніші хімічні реакції, виступаючи в якості окислювача (з елементами, розташованими нижче і лівіше в таблиці Менделєєва), так і відновника (з елементами, розташованими вище і правіше в таблиці Менделєєва). При взаємодії з киснем повітря утворюються оксиди – ангідриди відповідних кислот: 4P +3O₂ > 2P₂O₃ 4P + 5O₂ > 2P₂O₅ При взаємодії фосфору з галогенами утворюються галогеніди із загальною формулою PHal₃ і PHal₅: 2P + 3Cl₂ > 2PCl₃ 2P + 5Cl₂ > 2PCl₅ При взаємодії фосфору з сіркою утворюються сульфіди: 2P + 3S > P₂S₃ 2P + 5S > P₂S₅ При взаємодії з металами фосфор проявляє властивості окислювача, продукти реакції називають фосфідами. Наприклад, кальцій і магній реагують з фосфором з утворенням фосфідів кальцію та магнію: 2P + 3Ca > Ca₃P₂ 2P + 3Mg > Mg₃P₂

Застосування

Навчившись добувати фосфор в чистому вигляді людина знайшла йому найрізноманітніше застосування, причому не тільки творче, але часом і дуже руйнівне. Так ще під час Першої світової війни німецькими хіміками був використаний жовтий фосфор в якості начинки запальних боєприпасів та отруйних газів. Згодом застосування таких газів на полі бою було заборонено Женевською конвенцією. На жаль, така наша дурна людська природа – використовувати наукові відкриття в руйнівних цілях, як втім, і відкриття енергії розщеплення атома було застосовано для створення атомної бомби, і лише потім для атомної енергетики. Але повернімося до фосфору, в мирних цілях цей хімічний елемент активно використовується в сільському господарстві для створення ефективних добрив для рослин. Фосфор входить до складу деяких лікарських препаратів, наприклад, в антибіотик фосфоміцин, до складу миючих засобів, нарешті, з безпечного червоного фосфору роблять сірники. Фосфор має своє застосування і в металургії, в якості надміцних і антикорозійних покриттів (чорний і металевий фосфор). А багато фосфідів (сполук фосфору та металів) володіють відмінними напівпровідниковими властивостями і активно застосовуються в мікроелектроніці.

Отримання

Дія, функції та роль в організмі людини

Тепер давайте відповімо на питання, яка роль фосфору в організмі людини. А вона дуже велика, так як фосфор бере участь у всіх обмінних процесах, що відбуваються в нашому організмі. Основна маса фосфору знаходиться в кістках і зубах. Спільно з кальцієм фосфор формує правильну структуру кісткової тканини, і якщо пропорція вмісту кальцію та фосфору буде порушена, то кістки можуть стати крихкими, збільшиться ризик переломів. Крім кісток і зубів фосфор має вплив і на найголовніше – розумову діяльність людини, адже він міститься в нашій мозковій тканині і нервах. Від фосфору залежить робота нервової системи, з його допомогою здійснюється метаболізм ліпідів та протеїнів, біосинтез всіх необхідних органічних речовин. Нарешті фосфор входить до складу ДНК і РНК, бере участь у ферментивних процесах, що підтримують кислотно-лужний баланс в організмі.

Для дитини

Особливо необхідний фосфор для зростаючого дитячого організму, адже у дитини йде активне формування кісток скелета, розвиваються клітини головного мозку. Тому дуже важливо, щоб малюк отримував фосфор у необхідних кількостях і при цьому регулярно, адже значна його частина вимивається з організму з сечею. Тому важливо знати, які продукти містять фосфор.

Продукти, що містять

Добова норма

Добова норма фосфору для дорослої людини становить 1200-1600 мг. Також варто врахувати, що для людей, що займаються інтенсивними фізичними навантаженнями, а також для вагітних і годуючих матерів добова норма фосфору вище і складає приблизно 3000-3800 мг. Дітям потрібно від 300 до 1800 мг фосфору щодня, в залежності від їх віку.

Дефіцит в організмі

• прийомом деяких ліків, які знижують кислотність,
• дієтами зі зниженим вмістом білків,
• алкогольними або наркотичними залежностями,
• ендокринними захворюваннями,
• захворюваннями нирок.

Симптомами нестачі фосфору є загальне нездужання, слабкість, апатичність, депресія, фізичне і розумове виснаження. Якщо у вас проявляються ці симптоми, то краще чим швидше звернутися до лікаря, щоб він прописав вам правильне лікування.

Надлишок в організмі і симптоми отруєння

Надлишок фосфору в людському організмі може бути настільки ж шкідливим, як і його дефіцит. Зазвичай причиною надлишку фосфору є зловживання людиною м’ясною їжею. Коли фосфору стає занадто багато, порушується його пропорція вмісту з кальцієм. Кальцію стає менше ніж потрібно, його витісняє фосфор, від чого кістки людини стають більш крихкими, може виникнути остеопороз (зниження щільності кісток, підвищення їх крихкості).

Також надлишок фосфору може призвести до виникнення проблем із зубами, порушення роботи нервової системи, нирок і щитовидних залоз. Щоб запобігти цьому важливо вести здоровий спосіб життя, правильно харчуватися (не самим лише хлібом і м’ясом, а обов’язково фруктами, овочами), уникати шкідливих звичок.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв’язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту [email protected] або у Фейсбук.

Фосфор і калій: навіщо вони потрібні рослинам і як їх застосовувати

Як відомо, азот потрібен рослинам для зростання зеленої маси – втечі та листя. Фосфор і калій теж входять до списку основних елементів живлення, але не всі дачники розуміють їхню роль.

• Види фосфорних добрив
• Суперфосфат простий
• Повністю безпечне добриво!
• Суперфосфат подвійний
• Мінусів немає!
• Повністю безпечне добриво!
• Фосфоритне борошно
• Повністю безпечне добриво!
• Види калійних добрив
• Сульфат калію (сірчанокислий калій)
• Калімагнезія
• Мінусів немає!
• Повністю безпечне добриво!
• Карбонат калію
• Калійна селітра
• Хлористий калій
• Види сезонних добрив: чи так вони хороші?
• Зола: найкраще природне добриво
• Позакореневі підживлення: чи потрібні вони?

Види фосфорних добрив

Взагалі у фосфору кілька функцій: він відповідає за зростання кореневої системи, підвищує стійкість рослин до низьких температур, посух, але головне його завдання – стимулювати цвітіння рослин.

Суперфосфат простий

Плюси: Крім фосфору, містить азот (6%), кальцій (17%), сірку (10%) і магній (0,5%). Чудово засвоюється рослинами.

Мінуси: 40% добрива складається з гіпсу, який марний для рослин. Тобто, купуючи пакет добрива, ви фактично віддаєте половину його вартості за непотрібну речовину.

Коли вносити: восени під перекопування.

Не можна змішувати з сечовиною, аміачною, натрієвою і кальцієвою селітрою, карбонатом калію, звісткою.

Повністю безпечне добриво!

Суперфосфат подвійний

Плюси: в його складі фосфору в два рази більше, ніж в простому суперфосфаті. Коштує він трохи дорожче звичайного, але вносити його потрібно в два рази менше. У підсумку виходить вигідніше.

Мінусів немає!

Коли вносити: восени або навесні під перекопування. Можна вносити як підгодівлю перед кольором. Але пам’ятайте: подвійний суперфосфат розчиняється тільки на 40%, тому одна тільки літня підживлення не дасть належного ефекту. Тим більше, рослини засвоюють фосфор поступово. Підживлення фосфором для однорічних рослин не мають сенсу, на врожай він ніяк не впливає. А ось багаторічні удобрити можна – він підвищить їх морозостійкість. Розкидайте добриво по поверхні і зачіпайте в ґрунт граблями (якщо коренева сисема рослин неглибока) або перекопайте землю навколо рослини лопатою (якщо коріння глибоко).

Ефективність суперфосфату помітно підвищується укупі з органікою.

Не можна змішувати з сечовиною, аміачною, натрієвою і кальцієвою селітрою, карбонатом калію, звісткою.

Повністю безпечне добриво!

Фосфоритне борошно

Плюси: прекрасне добриво для кислих ґрунтів! Абсолютно нешкідливо для навколишнього середовища.

Мінуси: фосфор у цьому добриві перебуває в недоступній для рослин формі, вивільняється в ґрунті лише через кілька місяців. Тому в якості підживлення не годиться.

Але головний мінус – це витрати. Кілограм фосфоритного борошна стоїть на рівні суперфосфату, але вносити його треба дуже багато – 30 кг на сотку!

Коли вносити: восени під перекопування.

Не можна змішувати з звісткою, карбонатом калію.

Повністю безпечне добриво!

Види калійних добрив

Калій потрібен в першу чергу плодам – він підвищує кількість цукру і вітамінів. овочі та фрукти, насичені калієм, довше зберігаються, рослини краще переносять суворі зими.

Сульфат калію (сірчанокислий калій)

Плюси: добре розчиняється у воді, прекрасно засвоюється рослинами. Містить 18% сірки.

Мінуси: не для кожного ґрунту.

Коли вносити: восени під перекопування. Або як підживлення для плодових культур і овочів – на початку плодоношення. Під дерева і чагарники сульфат калію корисно внести наприкінці серпня – на початку вересня. Це підвищить їх зимостійкість.

Не можна змішувати з сечовиною, аміачною селітрою, сульфатом амонію, карбонатом калію, звісткою.

Небезпека: підкисляє ґрунт. Використовувати тільки на нейтральних і лужних ділянках.

Калімагнезія

Калія 26-28%, магнія – 9-16%.

Плюси: розчиняється у воді. дуже ефективне добриво на легких грунтах, бідних магнієм.

Мінусів немає!

Коли вносити: восени під перекопування або навесні безпосередньо в лунки. Можна як підживлення на початку плодоношення.

Не можна змішувати з сечовиною, карбонатом калію.

Повністю безпечне добриво!

Карбонат калію

Плюси: добре розчиняється у воді, прекрасно засвоюється рослинами.

Мінуси: при високій вологості повітря стежиться і навіть повністю розчиняється. Зберігати його потрібно тільки в дуже сухих приміщеннях.

Коли вносити: восени під перекопування.

Не можна змішувати взагалі ні з чим!

Небезпека: сильно підклацає ґрунт. Використовувати тільки на кислих грунтах.

Калійна селітра

Плюси: крім калію, містить 13% азоту, який є одним з основних елементів живлення рослин.

Мінуси: одночасно калій і азот доступні рослинам тільки на нейтральних грунтах. На кислих азот не працює, а на лужних мертвим вантажем залягає калій.

Коли вносити: навесні перед посадкою і влітку у вигляді підживлень – на початку плодоношення.

Не можна змішувати з гноєм (може загорітися!), сульфатом амонію, карбонатом калію.

Небезпека: вибухонебезпечна при зберіганні і використанні! Може рвонути, якщо в неї потрапить будь-який миючий засіб або розчинник, а також при високій температурі в приміщенні. Зберігати її можна тільки в прохолодному місці і в герметичній тарі.

Хлористий калій

Плюси: хороший, якщо вносити його під буряк, – вона любить сіль.

Мінуси: у складі шкідливий для ґрунту і для рослин хлор. Цей елемент на дух не переносять огірки, перці, томати і картоплю.

Коли вносити: восени під перекопування ґрунту.

Не можна змішувати з звісткою, доломітом, крейдою, карбонатом калію.

Небезпека: містить хлор.

Види сезонних добрив: чи так вони хороші?

Зараз у продажу є готові сезонні добрива, наприклад «осіннє», «Весна-літо», «Літо». Поживні елементи в них збалансовані відповідно до потреб культур у конкретну пору року. У весняно-літньому міститься більше азоту, в осінньому головні елементи – фосфор і калій.

Плюси: це зручно – не потрібно змішувати добрива, вираховувати кількість – в них вже все розраховано і в інструкції зазначено, в якій дозі і під які культури вносити.

Мінус: коштують вони в середньому втричі дорожче звичайних.

Зола: найкраще природне добриво

Часто золу як добриво згадують, коли говорять про органіку. Насправді ж це мінеральне добриво. Причому відмінне! Зола містить багато калію, фосфору, кальцію і практично всі потрібні рослинам мікроелементи: сірку, бір, марганець, магній. Склянка золи замінює 40 г сірчанокислого калію! При цьому вона абсолютно безпечна для ґрунту, рослин і людей.

На важких грунтах її краще вносити під осінню перекопку, а на легенях – навесні. Але і в тому і в іншому варіанті обов’язково закладати в ґрунт на глибину 10 см. Якщо ж залишити його на поверхні – утворюється ґрунтова кірка.

Якщо додати це добриво в компостну купу, органіка швидше розкладеться.

Зберігати золу потрібно в сухому приміщенні, оскільки при зволоженні вона втрачає свою поживну цінність.

Не можна змішувати з гноєм і пташиним послідом – це призводить до втрати азоту.

Позакореневі підживлення: чи потрібні вони?

Часто дачникам радять використовувати позакореневі підживлення – в тій чи іншій стадії розвитку рослин. Мовляв, вони збільшують врожайність, підвищують якість плодів і ще багато чого корисного дають. чи так це? Так, так. Але! Ефект у них короткочасний.

По-перше, концентрацію добрив для таких підживлень роблять менше – в іншому випадку можна спалити листя.

По-друге, рослини використовують їх одномоментно і відразу ж витрачають, а далі знову почнуть голодувати.

Є й інша проблема. фосфорні добрива погано розчиняються у воді і можуть залишати наліт на листях. Калійні часто малоефективні, оскільки іони калію дуже великі і насилу проходять всередину аркуша.

Якщо ви внесли фосфор і калій восени або навесні в рекомендованих кількостях, позакореневі підживлення не потрібні. Це клопітко і може бути небезпечно – трохи переборщите з дозою, рослини загинуть. Позакореневі підживлення рядовому дачнику могут
помочь тільки в одному випадку – в прохолодну погоду, коли температура ґрунту знижується і коріння не здатні добувати собі елементи живлення з ґрунту.