Соединения фосфора

Соединения фосфора в степени окисления -3 представлены фосфином - PH₃ - и фосфидами металлов.

Фосфин - бесцветный газ, с характерным неприятным запахом чеснока, очень токсичен! На воздухе самопроизвольно воспламеняется, в воде малорастворим. В отличие от аммиака образует соли только с очень сильными кислотами.

PH₃ + О₂ = Р₂O₅ + H₂O; PH₃ + HI = РH₄I

иодид фосфония

Образуется фосфин при диспропорционировании белого фосфора в щелочных растворах. Лабораторным методом получения является гидролиз фосфидов:

Ca₃P₂ + 6H₂O = 3Ca(OH)₂ + 2PH₃­

Фосфиды щелочных и щелочноземельных металлов представляют собой типичные ионные соединения, гидролитически неустойчивы. Фосфиды d-металлов являются соединениями переменного состава (бертолидами), обычно тугоплавки и малореакционноспособны.

Наиболее важными соединениями фосфора в степени окисления -1 являются фосфорноватистая кислота и ее соли - гипофосфиты.

Фосфорноватистая кислота - H[H₂PO₂] - бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, сильная одноосновная кислота (K_a = 8× 10^-2).

Фосфорноватистая кислота и гипофосфиты - сильные восстановители. При нагревании фосфорноватистая кислота диспропорционирует.

t

3H[H₂PO₂] = PH₃ + 2H₂[HPO₂]

фосфористая кислота

Степень окисления +3 фосфор имеет в галогенидах, оксиде, фосфористой кислоте и ее солях - фосфитах. PF₃ - газ, PCl₃ и PBr₃ – жидкости, дымящиеся на воздухе вследствие гидролиза.

PCl₃ + 3H₂O = H[H₂PO₃] + 3HCl

Оксид фосфора(III) - P₂O₃ (точнее P₄O₆) - бесцветное кристаллическое вещество, имеет молекулярное строение.

По химическим свойствам типичный кислотный оксид - ангидрид фосфористой кислоты.

P₂O₃ + 3H₂O = 2H₂[HPO₃]; P₂O₃ + 4NaOH = 2Na₂[HPO₃] + H₂O

Фосфористая кислота - H₂[HPO₃] - бесцветные гигроскопичные кристаллы, хорошо растворимые в воде. H₂[HPO₃] является сильной двухосновной кислотой (K₁ = 2× 10^-2, K₂ = 6× 10^-7).

Соли фосфористой кислоты - фосфиты - сильные восстановители.

HgCl₂ + H₂[HPO₃] + H₂O = H₃PO₄ + Hg + 2HCl

Основные соединения фосфора в степени окисления +5: PHal₅, POHal₃ (Hal = F, Cl, Br), P₂O₅, H₃PO₄ и ее соли.

Фторид фосфора(V) - газообразное вещество, молекула которого имеет геометрию тригональной бипирамиды:

Аналогичное строение имеют другие галогениды фосфора(V) в газообразном состоянии. В кристаллах их строение соответствует следующим формулам: [PCl₄]⁺[PCl₆]^-, [PBr₄]⁺Br^-. Галогениды фосфора - реакционноспособные и гидролитически неустойчивые соединения.

PF₅ + HF = H[PF₆]

PCl₅ + 4H₂O = H₃PO₄ + 5HCl

Оксогалогениды фосфора(V) также гидролитически неустойчивы, например:

POCl₃ + 3H₂O = H₃PO₄ + HCl

Широко применяются в органической химии для получения хлорсодержащих и фосфорорганических соединений.

Оксид фосфора(V) - P₂O₅, точнее P₄O₁₀ - бесцветное снегоподобное вещество.

Типичный кислотный оксид, реакция с водой идет ступенчато и приводит в конечном итоге к образованию ортофосфорной кислоты:

t

P₂O₅ + H₂O = 2HPO₃; HPO₃ + H₂O = H₃PO₄

метафосфорная кислота ортофосфорная кислота

Повышенное сродство к воде позволяет использовать оксид фосфора(V) для осушки газов и органических растворителей, а также в качестве водоотнимающего средства:

P₂O₅ + 2HClO₄ = 2HPO₃ + Cl₂O₇

Присоединение фосфорного ангидрида к фосфорной кислоте приводит к образованию ряда полифосфорных кислот, простейшей из которых является дифосфорная (пирофосфорная) кислота - H₄P₂O₇.

Ортофосфорная кислота - H₃PO₄ - бесцветные гигроскопичные кристаллы (т.пл. 42 °С) неограниченно растворимые в воде.

Кислота средней силы при диссоциации по первой ступени (K₁ = 8× 10^-3), слабая - при диссоциации по второй и третьей ступеням (K₂ = 6× 10^-8, K₃ = 1× 10^-12). Образует три ряда солей: NaH₂PO₄ - дигидрофосфат натрия; Na₂HPO₄ - гидрофосфат натрия; Na₃PO₄ - фосфат (ортофосфат) натрия.

Фосфаты щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде. Фосфаты остальных металлов малорастворимы. Переход к кислым солям сопровождается заметным повышением растворимости. Фосфаты щелочноземельных металлов и аммония применяются в качестве фосфорных удобрений: Ca₃(PO₄)₂ - фосфоритная мука; CaHPO₄× 2H₂O - преципитат; Ca(H₂PO₄)₂× H₂O - двойной суперфосфат; Ca(H₂PO₄)₂× H₂O + 2CaSO₄ - суперфосфат; NH₄H₂PO₄ + (NH₄)₂HPO₄ - аммофос. Широко применяются комбинированные удобрения, содержащие несколько питательных элементов: аммофос + KNO₃ - азофоска; (NH₄)₂HPO₄ + NH₄NO₃ + KCl - нитрофоска

Фосфор образует значительное количество фосфорганических соединений, в которых он связан с органическими радикалами. Многие из них обладают ярко выраженным физиологическим действием, например:

хлорофос дихлофос