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.

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.

Мінеральне живлення рослин

Коріння закріплюють рослину в грунті і міцно утримують його протягом всього життя. Через них рослина отримує з грунту воду і розчинені в ній мінеральні речовини. У коренях деяких рослин можуть відкладатися і накопичуватися запасні речовини.

2. Що таке кореневий волос? Яку функцію він виконує?

Кореневої волосок – відносно довгий виріст зовнішньої клітини кореня в зоні всмоктування. Під клітинною оболонкою в ньому знаходяться цитоплазма, ядро, безбарвні пластиди і вакуоль з клітинним соком.

Кореневі волоски здійснюють всмоктування поживних речовин і води.

3. Які мінеральні речовини вам відомі?

Азот, калій, фосфор, магній, сірка.

1. Які речовини необхідні для мінерального живлення рослини?

Азот, калій, фосфор, магній, сірка, бор, мідь, цинк, кобальт та ін.

2. Як рослини поглинають поживні речовини?

Водорості, а також деякі водні рослини засвоюють поживні речовини всією поверхнею тіла. Вищі рослини поглинають їх з грунту через коріння. Вода і мінеральні солі надходять у рослину через кореневі волоски.

Кореневий тиск – тиск в провідних судинах коренів, що забезпечує пересування води і розчинених у ній мінеральних речовин до надземним органам рослини.

4. Чому рослини не рекомендується поливати холодною водою?

Поглинання води коренем залежить від її температури. Холодна вода погано поглинається корінням.

5. Які види добрив ви знаєте?

У грунт вносять органічні і мінеральні добрива.

Органічні добрива (від слова «організм») – це відходи життєдіяльності тварин (гній, пташиний послід) або відмерлі частини організмів тварин і рослин (перегній, торф).

Залежно від вмісту мінеральних речовин розрізняють азотні, фосфорні та калійні мінеральні добрива.

Крім того, широко використовують мікродобрива, в яких містяться такі елементи, як бор, мідь, цинк, кобальт та ін.

6. Який вплив на ріст і розвиток рослин надають азот, калій, фосфор?

Речовини, що містять азот, сприяють зростанню рослин, що містять фосфор – якнайшвидшому дозріванню плодів, а містять калій – якнайшвидшому відтоку органічних речовин від листя до коренів.

Підживлення рослин – заповнення вмісту мінеральних речовин у грунті в ході внесення органічних і мінеральних добрив.

1. Чи правильно чинять люди, прибираючи восени опале листя з газонів у скверах і парках населених пунктів?

Прибираючи восени опале листя з газонів у скверах і парках населених пунктів, люди чинять неправильно, тому опале листя, загиблі рослини і тварини перегнивають і збагачують грунт мінеральними речовинами.

2. З чим пов’язані особливості будови клітини кореневого волоска?

Кореневої волосок – відносно довгий виріст зовнішньої клітини кореня, що значно збільшує всмоктувальну поверхню кореня.

Кореневі волоски покриті слизом і тісно стикаються з частинками грунту. Завдяки цьому полегшується всмоктування води з розчиненими мінеральними речовинами.