Фосфор — метал чи неметал? Властивості елемента

У головній підгрупі п’ятої групи, поряд з азотом, знаходиться ще й фосфор. Металом або неметаллом можна вважати цей елемент? Порівняно з азотом він має нижчу електроотрицьовість, проте все ж належить до активних неметалів. У нашій статті ми розглянемо найважливіші фізичні та хімічні властивості фосфору, а також визначимо області його застосування в промисловості.

Розташування елемента в періодичній системі

Фосфор належить до p-елементів, його атом має три енергетичних рівня. На останньому з них розташовано п’ять електронів, три з яких є неспарованими. У порушеному стані атом P містить п’ять вільних електронів. Цей факт пояснює появу сполук фосфору, в яких він не тривалентний, але має валентність, рівну п’яти, наприклад, P₂O₅ — п’ятиокис фосфору. Неметал, внаслідок своєї високої активності, в природі відсутній у вільному стані і зустрічається тільки у вигляді з’єднань. Природний елемент має єдиний стабільний ізотоп з відносною атомною масою, рівною 31. Фосфор входить до складу багатьох гірських порід і мінералів, його вміст у складі земної кори становить 0,08%.

Алотропні модифікації

Різне розташування атомів у кристалічних решітках речовини призводить до появи деяких видозмінів. Наприклад, чорний фосфор дуже нагадує графіт. Він такий же жирний на дотик і проявляє напівпровідникові властивості. У промисловості матеріал отримують з білого фосфору, нагріваючи останній до 200 ° С і піддаючи тиску в 12000 атм.

Червоний фосфор — це порошковидна неядовита речовина. Під час його детального вивчення було встановлено, що з’єднання являє собою суміш видозмінів фосфору, які різняться між собою деякими ознаками, наприклад, кольором.

Ще одна аллотропна модифікація — білий фосфор. Металом чи неметалом він є? Ця речовина виявляє типові неметалеві властивості, крім того, вона дуже токсична. Отримують його, концентруючи пари фосфору. На відміну від червоного виду, він може розчинятися в сероуглеці. Якщо білий фосфор тривалий час піддавати слабкому нагріванню, він переходить в модифікацію червоного фосфору.

Хімічна характеристика

У своїх з’єднаннях з іншими елементами P може проявляти такі ступені окислення: +3, +5, -3. У пароподібному стані при температурі нижче 800 °, а також в рідкій фазі молекула речовини має формулу P₄.

Різні модифікації речовини мають несхожі хімічні ознаки. Як відповісти на питання, чим є фосфор — металом чи ні? Потрібно звернутися до будови його атома, який в порушеному стані має п’ять валентних електронів. Найбільш активним в хімічному плані неметаллом буде білий фосфор, який вже при звичайній температурі легко окисляється, в процесі чого починає світитися, а також може самозайматися. З цих причин його рекомендується зберігати покритою водою. Червоний фосфор за своїми властивостями є менш активною речовиною, ніж його біла модифікація.

Бінарні з’єднання

Як метал або неметал, фосфор може реагувати з киснем:

4P + 3O₂ → 2P₂O₃

Продуктом реакції є газоподібний фосфін — дуже токсична речовина, що застосовується в якості хімічної зброї. Його легко розпізнати за специфічним запахом часнику. Гідрид фосфору здатний приєднувати галогеноводороди, наприклад, такі, як йодоводень, утворюючи сполуку — йодид фосфонію PH₄I. Взаємодія з металами призводить до появи фосфідів:

2P + 3Ca = Ca₃P₂.

Як метал, фосфор реагує і з неметаллами, наприклад, з сірою, вуглецем, хлором:

2P + 3Cl₂ = 2PCl₃

Фосфіди легко вступають у реакцію з водою, розкладаючись до фосфіну:

Mg₃P₂ + 6H₂O = 3Mg (OH) ₂ + 2PH₃ (фосфін)

Оксиди

Серед бінарних сполук елемента з киснем найбільш важливими є його оксиди: P₂O₅ і P₂O₃. Тріокис фосфору, інакше називається фосфорним ангідридом, — це кристалічна сполука, температура плавлення якої — 22,5 °. У звичайних умовах воно має вигляд воскоподібної маси. У лабораторії його отримують спалюванням фосфору в атмосфері, бідною киснем. Хоча цей оксид і проявляє властивості сильного відновлювача, застосовується він вкрай рідко через високу токсичність. Які ж властивості, металу або неметалу, фосфор оксид проявляє в своїх реакціях? Він може реагувати з водою, утворюючи ортофосфорну кислоту і фосфін. Речовина взаємодіє з хлороводнем, в результаті виходять фосфатна кислота і хлорид фосфору.

Інша сполука — п’ятиокис фосфору, має ознаки типового кислотного оксиду. Його можна отримати в результаті спалювання порції фосфору в атмосфері з надлишком кисню. У звичайних умовах з водою з’єднання реагує дуже активно і утворює метафосфорну, а при нагріванні — ортофосфорну кислоту. Крім того, п’ятиокис фосфору забирає вологу, тому може застосовуватися як осушувач для рідких речовин і газів.

Фосфорні кислоти

Найбільш відомі фосфорні кислоти — це метафосфорна, ортофосфорна і пірофосфорна, формула якої H₄P₂O₇. Остання з них утворюється при нагріванні H₃PO₄. Найбільше практичне значення має ортофосфорна кислота, солі якої застосовують як сировину для отримання мінеральних добрив. Вона являє собою тверду речовину білого кольору, дуже добре розчинну у воді. Будучи кислотою середньої сили, вона не має яскраво виражених окислювальних властивостей. Як електроліт, дисоціює ступінчато, тому утворює два ряди солей: середні — фосфати, кислі — гідрофосфати і дигідрофосфати. У промисловості фосфатну кислоту отримують термічним і екстракційним способом. Оскільки оксидам фосфору відповідають кислоти, то на питання, чим є фосфор — металом або неметаллом, відповідь буде однозначною: це активний неметалевий елемент.

Поширення в природі

Найбільш важливий мінерал, що містить високу концентрацію фосфору — це апатит. Він має багато різновидів, найпоширеніший з яких — фторапатит. Ще один вид мінералу, що складається з сполук фосфору — осадова порода фосфорит.

Елемент входить до групи десяти найважливіших для живих організмів хімічних елементів. Найбільший його вміст виявлено у формі фосфоліпідів — органічних сполук, які входять до складу клітинних мембран, гормонів та інших біологічно активних речовин. Високий вміст елемента (близько 0,38%) реєструється в нервовій тканині, що утворює центральний і периферичний відділи нервової системи людини та інших хребетних тварин. Крім цього, з’єднання фосфору входять в м’язову і кісткову тканину. В останній присутній фосфат кальцію — сіль, що надає дентину зубів і кісткам міцність і високу твердість. В обміні речовин рослинних організмів, поряд з магнієм і залізом, фосфор відіграє важливу роль в якості регулятора процесів формування і дозрівання плодів і насіння. Саме тому, разом з азотом і калієм, фосфор вважається основним поживним елементом рослин.

У нашій статті ми розглянули властивості фосфору і відповіли на питання: чим є фосфор — металом чи неметаллом? Це типовий неметалевий елемент, що володіє високою хімічною активністю.