磷(第15号化学元素)
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更新时间:2023-05-18
磷
第15号化学元素
基本信息
中文名 | 磷 |
周期 | 3 |
别名 | 红磷 赤磷 白磷 |
分子量 | 30.973762 |
符号 | P |
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发现简史
关于磷元素的发现,还得从欧洲中世纪的炼金术说起。那时候,盛行着炼金术,据说只要找到一种聪明人的石头──哲人石,便可以点石成金,让普通的铅、铁变成贵重的黄金。炼金术家仿佛疯子一般,采用稀奇古怪的器皿和物质,在幽暗的小屋里,口中念着咒语,在炉火里炼,在大缸中搅,朝思暮想寻觅点石成金的哲人石。
磷矿原石
1669年,德国汉堡一位叫布朗特(Brand H)的商人在强热蒸发人尿的过程中,他没有制得黄金,却意外地得到一种像白蜡一样的物质,在黑暗的小屋里闪闪发光。这从未见过的白蜡模样的东西,虽不是布朗特梦寐以求的黄金,可那神奇的蓝绿色的火光却令他兴奋得手舞足蹈。他发现这种绿火不发热,不引燃其它物质,是一种冷光。于是,他就以“冷光”的意思命名这种新发现的物质为“磷”。磷的拉丁文名称Phosphorum就是“冷光”之意,它的化学符号是P,它的英文名称是Phosphorus。
元素含量
物理性质
单质磷有几种同素异形体。其中,白磷或黄磷是无色或淡黄色的透明结晶固体。密度1.82克/立方厘米。熔点44.1℃,沸点280℃,着火点是40℃。放于暗处有磷光发出。有恶臭。剧毒。白磷几乎不溶于水,易溶解于二硫化碳溶剂中.在高压下加热会变为黑磷,其密度2.70克/立方厘米,略显金属性。电离能为10.486电子伏特。一般不溶于普通溶剂中。白磷经放置或在250℃隔绝空气加热数小时或暴露于光照下可转化为红磷。红磷是红棕色粉末,无毒,密度2.34克/立方厘米,熔点59℃(在43atm下,熔点是590℃,升华温度416℃),沸点200℃,着火点240℃。不溶于水。在自然界中,磷以磷酸盐的形式存在,是生命体的重要元素。存在于细胞、蛋白质、骨骼和牙齿中。在含磷化合物中,磷原子通过氧原子而和别的原子或基团相联结。
磷
同位素
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备注:画上#号的数据代表没有经过实验的证明,只是理论推测而已,而用括号括起来的代表数据不确定性。
同素异形体
- 黑磷(金属磷)
化学式一般写为P。
深黑色粉末
- 白磷(黄磷)
化学式:P4
淡黄蜡似半透明可结晶的固体,于黑暗中能发光。有特臭,剧毒。密度1.83克/立方厘米,熔点44.4,沸点287度。
化学结构为巨型共价分子。
磷
化学式一般写为P。
把黑磷加热到125℃则变成钢蓝色的紫磷。
化学式一般写为P。
化学性质
单质
- 白磷
纯白磷是无色而透明的晶体,遇光逐渐变黄,因而又叫黄磷。黄磷剧毒,误食0.1g就能致死。皮肤若经常接触到单质磷也会引起吸收中毒。白磷不溶于水,易溶于CS2中。经测定,不论在溶液中或在蒸汽状态,磷的分子质量都相当于分子式P4。磷蒸汽热至1073K,P4开始分解为P2。P2分子结构和N2相同。
白磷晶体是由P4分子组成的分子晶体,P4分子呈四面体构型,分子中P—P键长是221pm,键角∠PPP是60°。理论上研究认为,P—P键是98%3p轨道形成的键(3s和3d仅占很少成分),纯p轨道间的夹角应为90°,而实际仅有60°,因此P4分子中P—P键是受了很大应力而弯曲的键。其键能比正常无应力时的P—P键要弱,易于断裂,使白磷在常温下就有很高的化学活性。
白磷的主要反应有
1.白磷在空气中自燃生成氧化物。
P4+6Cl2==4PCl3(化合反应)
P4+10Cl2==4PCl5(化合反应)
3.白磷能被硝酸氧化成磷酸。
4.白磷溶解在热的浓碱中,歧化生成磷化氢和次磷酸盐。
P4 +3OH +3H2O == PH3+ 3H2PO2
P4+6H2==4PH3
- 红磷
主要化合物
- 三氧化二磷
磷在常温下慢慢氧化,或在不充分的空气中燃烧,均可生成P(Ⅲ)的氧化物P4O6,常称做三氧化二磷。
由于三氧化二磷的分子具有似球状的结构而容易滑动,所以三氧化二磷是有滑腻感的白色吸潮性蜡状固体,熔点296.8K,沸点(在氮气中)446.8K。
P4O6+6H2O(冷)==4H3PO3
②三氧化二磷在热水中歧化生成磷酸和放出磷化氢:
P4O6+6H2O(热)==PH3↑+3H3PO4
- 五氧化二磷
五氧化二磷是白色粉末状固体,熔点693K,573K时升华。它有很强的吸水性,在空气中很快就潮解,因此它是一种最强的干燥剂。
五氧化二磷与水作用激烈,放出大量热,生成P(Ⅴ)的各种含氧酸,并不能立即转变成磷酸,只有在HNO3存在下煮沸才能转变成磷酸:
P4O10+6H2O==4H3PO4(在HNO3与煮沸的条件下)
- 三卤化磷
PCl3+ AsF3 =PF3+AsCl3
- 五卤化磷
单质和卤素直接反应或三卤化物和卤素反应可以得到五卤化磷:
P4 +10Cl2 = 4PCl5
PF3+ Cl2 = PF3Cl2
第二种方法特别适用于制备混合卤化物。
- 卤氧化磷
如果使五卤化磷和有限量的水作用,水解产物是氢卤酸和卤氧化磷(或卤化磷先)POX3。:
PX5 +H2O = POX3+2HX.
制备方法
- 白磷
把生成的磷蒸气P4通过水面下冷却,就得到凝固的白色固体──白磷。
该反应的本质是碳把高氧化态的磷还原成单质磷,单纯的碳还原磷酸钙的反应需要很高的温度,加入石英砂后可大大降低反应温度。
- 红磷
将白磷隔绝空气加热到533K就转变为无定形红磷。它是一种暗红色的粉末,不溶于水、碱和CS2中,基本无毒,其化学性质也比较稳定,虽然可与各种氧化剂反应,但不如白磷那样猛烈,在空气中也不自燃,加热到673K以上才着火。若与空气长期接触也会极其缓慢的氧化,形成易吸水的氧化物,所以红磷保存在未密闭的容器中会逐渐潮解,使用前应小心用水洗涤、过滤和烘干。
- 黑磷
黑磷是磷的一种最稳定的变体,但因形成它所需的活化能很高,故在一般条件下,其他变体不容易转变为黑磷,只有在1200MPa(12000atm的压力下,将白磷加热到473K方能转化类似石墨片状结构的黑磷。黑磷能导电。在磷的主要三种同素异形体中,黑磷的密度最大(2.7克每立方厘米),不溶于有机溶剂,一般不易发生化学反应。
毒理性质
急救措施
皮肤接触:立即脱去污染的衣着,用大量流动清水冲洗20~30 分钟。如有不适感,就医。
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。呼吸、心跳停止,立即进行心肺复苏术。就医。
食入:饮水,禁止催吐。如有不适感,就医。
消防措施
灭火注意事项及措施:小火可用干燥砂土闷熄。大火用水灭火。待火熄灭后,须用湿沙土覆盖,以防复燃。清理时须注意防范,以免灼伤。
泄漏应急措施
应急处理:消除所有点火源。隔离泄漏污染区,限制出入。建议应急处理人员戴防尘口罩,穿防毒、防静电服。禁止接触或跨越泄漏物。小量泄漏:用洁净的铲子收集泄漏物,置于干净、干燥、盖子较松的容器中,将容器移离泄漏区。大量泄漏:用水润湿,并筑堤收容。防止泄漏物进入水体、下水道、地下室或密闭性空间。
接触控制/个体防护
工程控制:密闭操作,局部排风。
呼吸系统防护:可能接触其粉尘时,应该佩戴过滤式防尘呼吸器。
眼睛防护:戴化学安全防护眼镜。
身体防护:穿一般作业工作服。
手防护:戴一般作业防护手套。
其他防护:工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作完毕,淋浴更衣。及时换洗工作服。
稳定性和反应性
稳定性:稳定
禁忌物:强氧化剂、酸类、酰基氯、酸酐。
避免接触条件:光照。
聚合危害:不聚合
LD50:11.5mg/kg(大鼠经口)
废弃处置
废弃物性质:危险废物
废弃处置方法:用控制焚烧法处置。
废弃注意事项:把倒空的容器归还厂商或在规定场所掩埋。
运输信息
危规号:41001
UN 编号:1338
包装标志:易燃固体
包装类别:Ⅲ类包装
包装方法:金属容器外坚固木箱;螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶(罐)外普通木箱。
运输注意事项:运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。装运本品的车辆排气管须有阻火装置。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与氧化剂、卤素、卤化物、等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋,防高温。中途停留时应远离火种、热源。车辆运输完毕应进行彻底清扫。铁路运输时要禁止溜放。
储存方法
操作注意事项:密闭操作,局部排风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩,戴化学安全防护眼镜。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。避免产生粉尘。避免与氧化剂、卤素、卤化物接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。禁止震动、撞击和摩擦。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。
储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房。库温不超过35℃,相对湿度低于80%。远离火种、热源。应与氧化剂、卤素、卤化物等分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有合适的材料收容泄漏物。禁止震动、撞击和摩擦。
应用领域
对人体的影响
1.磷和钙都是骨骼牙齿的重要构成材料,促成骨骼和牙齿的钙化不可缺少的营养素。有些婴儿因为缺少钙和磷,常发生软骨病或佝偻病。骨骼和牙齿的主要成分叫做磷灰石,它就是由磷和钙组成的。人到成年时,虽然骨骼已经停止生长,但其中的钙与磷仍在不断更新,每年约更新20%。也就是说,每隔5年就更新一遍。可是牙齿一旦长出后,便会失去自行修复的能力。如果儿童长牙时缺钙,牙齿就容易损坏。
2.保持体内ATP代谢的平衡。
4.参与体内的酸碱平衡的调节,参与体内能量的代谢。人体中许多酶也都含有磷。碳水化合物、脂肪、蛋白质这3种含热能的营养素在氧化时会放出热能,但这种能量并不是一下子放出来的,这其中磷在贮存与转移能量的过程中扮演着重要角色。
对植物的影响
番茄对磷的吸收以植株生长前期为高,在第一穗果实长到核桃大小时,植株吸磷量约占全生育期90%。所以,番茄苗期不能缺磷,以免影响花芽分化。番茄吸收磷肥的能力较弱,尤其在低温下的吸收率较低。磷肥一般作基肥,也可用0.5%磷酸二氢钾溶液作叶面喷施,进行根外追肥。磷在植物体内促进氨基酸,蛋白质和碳水化合物的合成和运输,对延迟植株衰老,延长结果期,增加后期产量有良好的作用。
军事用途
白磷是一种无色或者浅黄色、半透明蜡状物质,具有强烈的刺激性,其气味类似于大蒜,燃点极低,一旦与氧气接触就会燃烧,发出黄色火焰的同时散发出浓烈的烟雾。可以用来燃烧普通燃烧材料难以燃烧的物质,其特点为能够在狭小或空气密度不大的空间充分燃烧,一般燃烧的温度可以达到1000度以上,足以在有效的范围内将所有生物体消灭。白磷弹的危害性非常大,它碰到物体后不断地燃烧,直到熄灭,因此,当它接触到人的身体后,肉皮会被穿透,然后再深入到骨头。
磷弹
白磷燃烧弹即应用此性质,是非常厉害的燃烧弹,沾到皮肤上的话很难及时去除,燃烧温度又高,可以一直烧到骨头,同时产生的烟雾对眼鼻刺激极大。最初美国人用它对付在太平洋诸岛工事里的日本人,非常有效。技术含量不大,各国军队基本都有。
白磷弹基本结构,就是在弹体内充填磷药,遇空气即开始自燃直到消耗完为止。完整的白磷弹由弹底、炮弹底塞、塑料垫圈、起爆药、起爆药室、黄磷发烟罐、铝质隔片、弹体、销针、限位器、保险与解除保险装置、延期雷管、抛射药和机械时间瞬发引信组成。
例如:MK·77白磷炮弹是一种攻击型燃烧武器,功能与喷火器相似,弹体内含有大量粘稠剂,能粘在人体和装备上燃烧,通常用于打击裸露或易燃目标,杀伤效果极佳,曾被1980年通过的《联合国常规武器公约》列为违禁武器,不允许对平民或在平民区使用。尽管美国没有签署该公约,似乎可不受其制约,但作为一项被80多个国家所接受的国际性公约,其普遍性和合法性已毋容置疑,而美国作为国际社会的一员,理应自觉遵守,否则就会引起国际公愤,陷己于孤立境地。
白磷炮弹主要用作燃烧弹某些情况下也可代替照明弹,二战末期各国陆军就开始使用了,美军似乎是放在化学迫击炮连内.
烟幕弹中装有白磷,当其引爆后,白磷会在空气中迅速燃烧:4P+5O2 === ( 点燃 ) 2P2O5生成物P2O5. 后与空气中的水分以生化学反应:P2O5+H2O====2HPO3(偏磷酸),P2O5+3H2O===2H3PO4(磷酸),这些酸液微滴与一部分未发生反应的白色小颗粒状P2O5悬浮在空气中便形成了烟雾。
处白磷燃烧弹作用范围,最有效方法是全身浸入水中隔绝空气,降低温度。对于伤处,应立即进行外科处理(将伤处切除)。
参考资料
[1]
无色、无味、吸入致死!当心这种有毒气体2021-02-18T19:55:07+08:00[引用日期2022-06-08 10:39:59]
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