Fosfor

F O S F O R

     Fosfor V qrupun əsas yarımqrupunda yerləşir. Sıra nömrəsi 15, atom kütləsi      

 31-dir, üç və beş valentlik göstərir. Birləşmələrdə -1, -3, +1, +3, +5 oksidləşmə dərəcəsi göstərir.

Təbiətdə fosforun bir stabil izotopu var ³¹P. Atomunun elektron quruluşu aşağıdakı kimidir.

1S²2S²2P⁶3S²3P³

    Fosforun xarici elektron təbəqəsində boş d-orbitalı olduğundan həyəcanlanma zamanı 3S² təbəqəsindəki elektron 3d orbitalına keçir və bu zaman beş tək elektron olur. Ona görə də azotdan fərqli olaraq fosfor beş valentlik göstərir. Fosfor təbiətdə yalnız birləşmələr şəklində tapılır. Əsas mineralı Ca₃(PO₄)₂-fosforit, Ca₃(PO₄)₂F₂-ftor apatit, və hidroksoapatitdir Ca₃(PO₄)₂OH. Bundan başqa fosfor zülalların və sümüklərin tərkibində olur. Hidroksil apatit sümüyün mineral hissəsini, ftor apatit dişin, fosforun mürəkkəb üzvi törəmələri beyin kletkalarının tərkibinə daxildir.

    Fiziki xassələri. Fosforun üç allotropik şəkildəyişməsi var: ağ, qırmızı, qara.

    Ağ fosfor-bərk maddədir. İşıqda asanlıqla saralır, sonra isə qızarır. Ağ fosfor molekulyar kristal quruluşa malikdir. Ağ fosfor molekulu dörd atomlu olub (P₄) tetraedr formasındadır.

 Molekulun əmələ gəlməsində hər atomdan üç p-orbitalı iştirak edir. Bunlar ancaq  rabitələr əmələ gətirir. Dörd fosfor atomu birləşdikdə p-orbitalları arasındakı bucaq 90 -dən 60 -yə qədər azalır. Buna görə də P₄ molekulunu gərilmiş yaya bənzətmək olar. Yəqin ki ağ fosforun yüksək reaksiya qabiliyyətini bu səbəbə görə izah etmək olar.

    Ağ fosforun kristal quruluşunda fosfor molekulları, molekullar arası rabitə (Van-der-Vaals qüvvəsi) hesabına birləşirlər. Buna görə də ağ fosfor müxtəlif təsirlər nəticəsində (temperatur, həlledici) asanlıqla fosfor molekullarına qədər parçalanır. Bu səbəbdən o asanlıqla əriyir, uçucudur və müxtəlif həlledicilərdə həll olur. 44  temperaturda əriyərək rəngsiz mayeyə çevrilir. 287  temperaturda qaynayır. Suda az həll olur, ancaq bir çox həlledicilərdə (karbon di sulfiddə, toluolda) yaxşı həll olur.

Ağ fosfor çox zəhərlidir. 0,15 q insanlar üçün öldürücü təsir edir.

Ağ fosfor otaq temperaturunda asanlıqla buxarlanır və onun buxarı oksidləşir. Bu reaksiyanın enerjisi çox vaxt işıq enerjisinə çevrilir. Bu da ağ fosforun qaranlıqda işıq saçmasına səbəb olur. Ağ fosfor çox aktiv olduğuna görə onu suyun altında saxlamaq lazımdır. Ağ fosfordan ən çox qırmızı fosforun alınması üçün, həmçinin hərbi sursatlarda yandırıcı və tüstü əmələgətirici maddə kimi istifadə edilir.

Qırmızı fosfor. Qırmızı fosfor ağ fosforu havasız şəraitdə təzyiq altında 250-300  temperaturda qızdırmaqla alınır. Bu prosesdə az miqdarda yoddan katalizator kimi istifadə edilir.

Qırmızı fosfor qırmızı qonur rəngli toz halında maddədir. Zəhərli deyil, karbon-disulfiddə həll olmur. Atom kristal qəfəsinə malikdir.Qırmızı fosfordan kibrit istehsalında istifadə edilir.

Qara fosfor. Qara fosfor ağ fosfordan 200  temperaturda qızdırmaqla yüksək təzyiq altında alınır. O, həmçinin polimer quruluşa, təbəqəli atom kristal qəfəsinə malikdir. Xarici görünüşünə görə qrafitə bənzyəir. O, elektrik cərəyanını keçirir, toxunduqda yağlılıq hiss olunur. Qara fosfor çox inertdir, yalnız 490  temperaturda alovlanır.

Alınması. Fosfor sənayedə kalsium fosfatdan alınır. Bu prosesdə karbon reduksiyaedici, kvars qumu isə şlak əmələgətirici kimi götürülür. Fosforun alınmasını aşağıdakı kimi göstərmək olar.

Ca₃(PO₄)₂+3SiO₂→3CaSiO₃+P₂O₅

P₂O₅+5C→2P+5CO

Ca₃(PO₄)₂+3SiO₂+5C→3CaSiO₃+2P+5CO

Əmələ gələn CO və qaz halında olan fosfor reaksiya gedən peçdən çıxdıqdan sonra su ilə dolu soyuducuya daxil edilir, fosfor ağ fosfor şəklində çökdürülür. Bu üsul 1806-cı ildə Völer tərəfindən təklif olunmuşdur.

Fosforu aşağıdakı üsullarla da almaq olar.

Ca₃(PO₄)₂+14C→3CaC₂+2P+8CO

Fosforun sümükdən alınması üsulu 1771-ci ildə Şeyele tərəfindən verilmişdir.

Ca₃(PO₄)₂+2H₂SO₄→2CaSO₄+Ca(H₂PO₄)₂

3Ca(H₂PO₄)₂+10C→P₄+ Ca₃(PO₄)₂+10CO+6H₂O

Kimyəvi xassələri. Fosfor kifayət qədər aktiv qeyri-metaldır. Ağ fosfordan qara fosfora doğru getdikcə kimyəvi aktivlik azalır. Fosfor qeyri-metallardan yalnız hidrogenlə birbaşa qarşılıqlı təsirdə olmur. Oksigen və xlorla daha asan qarşılıqlı təsirdə olur.

Oksigen, xlor və kükürd ilə reaksiya zamanı maddələrin kütlə nisbətindən asılı olaraq müxtəlif maddələr alınır.

4P+5O₂→2P₂O₅

4P+3O₂→2P₂O₃

2P+3Cl₂→2PCl₃

2P+5Cl₂→2PCl₅

2P+3S→P₂S₃

2P+5S→P₂S₅

Fosfor 700  temperaturda mis katalizatorunun iştirakı ilə su ilə reaksiyaya daxil olur.

P₄+16H₂O→4H₃PO₄+10H₂

Xlor anhidridləri su ilə birləşərək hidrolizə uğrayır və iki turşu alınır.

PCl₃+3H₂O→H₃PO₃+3HCl

PCl₅+4H₂O→H₃PO₄+5HCl

Fosforun halogenli birləşmələrini almaq üçün əsasən fosforla halogenlərin bir başa reaksiyasından istifadə olunur.

Adi şəraitdə PF₃-qaz, PCl₃ və PBr₃ maye, PJ₃ asan əriyən bərk maddələrdir.

PF₃→PCl₃→PBr₃→PJ₃ sırası üzrə birləşmələrin polyarlığı və davamlılığı azalır. Fosforun halogenidləri elektron-akseptor təbiətli birləşmələrlə qarşılıqlı təsirdə olaraq kompleks birləşmələr əmələ gətirir.

PCl₃+ BCl₃→P[BCl₆]

Fosforun triftorid və trixlorid birləşmələri d-elementləri ilə reaksiyada liqand qismində ola bilər.

Qızdırdıqda fosfor əksər metallarla reaksiyaya daxil olaraq fosfidlər əmələ gətirir.

3Ca+2P→Ca₃P₂

Fosfidlər su ilə və ya xlorid turşusu ilə reaksiyaya daxil olaraq fosforun hidrogenli birləşməsi (fosfin) əmələ gəlir.

Ca₃P₂+6H₂O→3Ca(OH)₂+2PH₃

Ca₃P₂+6HCl→3CaCl₂+2PH₃

Fosfin havada alovlanan, son dərəcə zəhərli qaz olub, iylənmiş balıq iyi verir. Fosfin həmçinin fosforun əsasi mühitdə öz-özünə oksidləşmə-reduksiya reaksiyası nəticəsində də alınır.

4P+3NaOH+3H₂O→3NaH₂PO₂+PH₃

Fosfində əsaslıq xassəsi ammonyakın əsaslıq xassəsindən zəifdir. Fosfinin suda məhlulu PH₄OH əsasi xassə göstərmir. Fosfin ammonyaka nisbətən suda pis həll olur. Çox güclü turşularla fosfinin qarşılıqlı təsirindən fosfonium duzları əmələ gələ bilər.

PH₃+HJ→ PH₄J-fosfonium yodid

PH₃+HClO₄→ PH₄ClO₄-fosfonium perxlorat

Bu duzlar su və qələvilərlə qarşılıqlı təsir nəticəsində yenidən parçalanıb PH₃ əmələ gətirir.

[PH₄]J+H₂O→PH₃+J^-+H₃O⁺

[PH₄]J+NaOH→PH₃+H₂O+NaJ

FOSFORUN OKSİDLƏRİ

Fosfor oksigenlə birləşərək P₂O₃ və P₂O₅ formullu iki oksid əmələ gətirir. Bu onların empirik formullarıdır. Buxar halında dimer (P₄O₆, P₄O₁₀) şəklində olurlar. Adi şəraitdə bu oksidlər bərk halda olurlar. P₂O₃ və P₄O₆-nın qrafiki formulları aşağıdakı kimidir.

                                                  

P₄O₁₀ molekulu dörd ədəd PO₄ tetraedrindən əmələ gəlib, hər fosfor atomu üç qonşu fosfor atomları ilə ümumi oksigen vasitəsilə birləşir.

P₂O₃ fosforun oksigen az olan mühitdə oksidləşməsindən alınır.

4P+3O₂→2P₂O₃

P₂O₃ ağ rəngli kristallik maddədir. Çox zəhərlidir, havada öz-özünə oksidləşərək P₂O₅-ə çevrilir.

P₂O₃+O₂→P₂O₅

Turşu və qələvilərlə qarşılıqlı təsirdə olur.

P₂O₃ suda həll olaraq fosfit turşusu əmələ gəlir.

P₂O₃+3H₂O→2H₃PO₃

Fosfit turşusu rəngsiz, kristallik maddədir, suda yaxşı həll olur. Orta qüvvətli iki əsaslı turşudur.

Onun duzları fosforitlər adlanır.

2NaOH+H₃PO₃→Na₂HPO₃+2H₂O

Güclü reduksiyaedici xassə göstərir.

Hg⁺²Cl₂+H₃P⁺³O₃+H₂O→H₃P⁺⁵O₄+Hg⁰+2HCl

Fosfit turşusunu qaynama temperaturuna qədər qızdırdıqda fosfat turşusu və fosfin əmələ gətirməklə parçalanır.

4H₃PO₃ 3H₃PO₄+PH₃

PCl₃-ün su ilə reaksiyasından fosfit turşusunu almaq olar.

PCl₃+3H₂O→H₃PO₃+3HCl

H₃PO₃-dən başqa fosforun oksidləşmə dərəcəsi +3-ə uyğun gələn H₄P₂O₅-pirofosfit turşusu da əmələ gətirir.

Pirofosfit turşusunu aşağıdakı sxem üzrə alırlar.  

5H₃PO₃+ PCl₃→3H₄P₂O₅+3HCl

İki əsaslı turşu olub, az davamlı maddədir.

Fosfor hipofosfat turşusu da əmələ gətirir.

 Hipofosfat turşusu və hipofosfatlar aşağıdakı reaksiyalar üzrə alınır.

2P+Ba(OH)₂+3H₂O₂→BaH₂P₂O₅+3H₂O

BaH₂P₂O₅+H₂SO₄→H₄P₂O₅+BaSO₄

Hipofosfat turşusunun qrafiki formulu aşağıdakı kimidir.

Hipofosfat turşusu dörd əsaslı turşudur. Özü və duzları az davamlıdır.

Fosfor oksidləşmə dərəcəsi +1 olan hipofosfit turşusunu da əmələ gətirir. Hipofosfit turşusunun anhidridi yoxdur və aşağıdakı reaksiyalar üzrə alınır.

2P₄(ağ)+3Ba(OH)₂+6H₂O→3Ba(H₂PO₂)₂+2PH₃

Ba(H₂PO₂)₂+H₂SO₄→ BaSO₄↓+2H₃PO₂

Orta qüvvətli bir əsaslı turşudur. Quruluş formulu aşağıdakı kimidir.

Hipofosfit turşusunun duzları suda yaxşı həll olur. Hipofosfit turşusu və onun duzları qüvvətli reduksiyaedicidirlər.

2Ni²⁺+ H₂PO₂^-+2H₂O→2Ni+PO₄^-3+6H⁺

NaH₂PO₂+NiCl₂+H₂O→NaH₂PO₃+Ni+2HCl

Suda məhlulda HgCl₂ ilə qarşılıqlı təsirindən fosfit turşusuna çevrilir.

Difosfor penta oksid  (fosfor 5-oksid), fosforun havada və oksigendə yanmasından alınır.

P₄+5O₂→P₄O₁₀

4P+5O₂→2P₂O₅

Fosfor (V) oksid P₂O₅ ağ rəngli tozdur. P₂O₅ güclü hiqroskopik maddədir. Bu xassəsinə görə ondan qazların və mayelərin qurudulmasında istifadə edilir. Məsələn, o bir sıra turşularla reaksiyaya girərək onları oksidlərinə çevirir.

P₂O₅+6HClO₄→2H₃PO₄+3Cl₂+3Cl₂O₇

P₂O₅+6HNO₃→2H₃PO₄+3N₂O₅

P₂O₅+3H₂SO₄→2H₃PO₄+3SO₃

P₂O₅ su ilə reaksiyaya girdikdə suyun miqdarından və temperaturdan asılı olaraq meta-, piro və ortofosfat turşuları əmələ gətirir.

P₂O₅+H₂O→2HPO₃ metafosfat turşusu

P₂O₅+2H₂O→H₄P₂O₇ pirofosfat turşusu

P₂O₅+3H₂O→2H₃PO₄ ortofosfat turşusu

Bu turşuların əksəriyyəti polimer formada olur.

P₂O₅→( HPO₃)_n→(H₄P₂O₇)_n→(H₃PO₄)_n

P₂O₅ və onun əmələ gətirdiyi turşuların qrafiki formulu aşağıdakı kimidir.

Bu turşulardan ən əhəmiyyətlisi fosfat turşusudur. Fosfat turşusu zəhərli deyil, ona görə də ondan yeyinti sənayesində siropların hazırlanmasında istifadə olunur.

H₃PO₄ şəffaf kristallik maddədir. Su ilə istənilən nisbətdə qarışır. Fosfat turşusu orta qüvvətli turşudur.

Sənayedə ortofosfat turşusu fosforit mineralından alınır.

1. Hidrolitik üsul. Fosforit və apatit mineralına qatı sulfat turşusu ilə təsir etməklə

Ca₃(PO₄)₂+3H₂SO₄→3CaSO₄+2H₃PO₄

3Ca₃(PO₄)₂∙CaF₂+10H₂SO₄→10CaSO₄+6H₃PO₄+2HF

Bu üsulla alınan turşu aşağı keyfiyyətli olur və ondan gübrə istehsalında istifadə olunur.

2. Pirolitik üsul. Bu üsulda fosforit mineralını mərhələlərlə işləyirlər.

Ca₃(PO₄)₂ P P₂O₅ H₃PO₄

Bu üsulla qatılığı 80%-ə qədər olan təmiz turşu alırlar.

Fosfat turşusunu laboratoriyada almaq üçün fosforu qatı və ya duru nitrat turşusu ilə oksidləşdirirlər.

3P+5HNO₃(duru)+2H₂O→3H₃PO₄+5NO

P+5HNO₃(qatı)→H₃PO₄+5NO₂+H₂O

Kimyəvi xassələri. Ortofosfat turşusu orta qüvvətli, üç əsaslı turşudur. Turşular üçün xarakterik olan bütün xassələri göstərir. Aktivlik sırasında hidrogenə qədər olan metallarla, oksidlərlə, əsaslarla reaksiyaya girir, özündən zəif olan turşuları onların duzlarından sıxışdırıb çıxarır.

2H₃PO₄+6Na→2Na₃PO₄+3H₂

3CaO+2H₃PO₄→ Ca₃(PO₄)₂+3H₂O

3ZnO+2H₃PO₄→Zn₃(PO₄)₂+3H₂O

3Na₂CO₃+2H₃PO₄→2Na₃PO₄+3CO₂+3H₂O

Fosfat turşusu üç əsaslı turşudur və mərhələlərlə dissosiasiya edir.

H₃PO₄↔H⁺+H₂PO₄^-

H₂PO₄^-↔ H⁺+HPO₄^2-

HPO₄^2-↔ H⁺+PO₄^3-

Fosfat turşusunu ehtiyatla qızdırdıqda pirofosfat, sonra isə metafosfat turşusuna çevrilir.

2H₃PO₄→H₄P₂O₇+H₂O

H₄P₂O₇→ 2HPO₃+H₂O

Ortofosfat turşusu qələvilərlə reaksiya zamanı turşu və qələvinin mol nisbətindən asılı olaraq fosfat, hidro və ya dihidrofosfatlar əmələ gətirir.

NaOH+H₃PO₄→NaH₂PO₄+H₂O

2NaOH+H₃PO₄→Na₂HPO₄+2H₂O

3NaOH+H₃PO₄→Na₃PO₄+3H₂O

Alınan fosfat və hidrofosfat duzları H₃PO₄ ilə reaksiyaya daxil olur.  

2Na₃PO₄+H₃PO₄→3Na₂HPO₄

Na₂HPO₄+H₃PO₄→2NaH₂PO₄

NaH₂PO₄+H₃PO₄→reaksiya getmir

Ammonium və qələvi metalların fosfatları suda həll olur. Qalan bütün fosfatlar çöküntü halındadır. Bütün dihidroortofosfat duzları suda həll olur, hidroortofosfatlar isə zəif həll olur.

Suda hidroliz zamanı fosfatlar və hidrofosfatlar qələvi, dihidrofosfatlar isə turş reaksiya göstərirlər.

K₃PO₄^-↔3K⁺+PO₄^3-

PO₄^3-+HOH↔HPO₄^2-+OH^-

K₂HPO₄↔2K⁺+HPO₄^2-

HPO₄^2-+HOH↔H₂PO₄^-+OH^-

KH₂PO₄↔K⁺+H₂PO₄^-

H₂PO₄↔ HPO₄^2-+2H⁺

PO₄^3- ionu məhlulda Ag⁺ ionu ilə təyin olunur.

K₃PO₄+AgNO₃→Ag₃PO₄↓ +3KNO₃

                                                     sarı çöküntü

3Ag⁺+PO₄^3-→ Ag₃PO₄↓

Tətbiqi: Fosforun üzvi birləşmələri əsasında infektisidlər (xlorofos, tiofos) hazırlanır.

Ağ fosfordan yandırıcı maddələrin, əl qumbaralarının hazırlanmasında və bəzi dərman maddələrinin alınmasında istifadə olunur.

Kibrit qutusunun yan səthinə qırmızı fosfor, stibium 3-sulfid, dəmir (Fe₂O₃+SiO₂) və yapışqandan ibarət qarışıq çəkilir. Kibrit çöpünün yanına çəkilən qarışığın tərkibi isə oksidləşdiricidən (KClO₃ və ya MnO₂), kükürddən, narın əzilmiş şüşədən və yapışdıırıcıdan ibarət olur. Kibritin yandırılması aşağıdakı tənlik üzrə baş verir.

Qara fosforun xüsusi tətbiq sahəsi yoxdur.

Fosforun bioloji rolu. Fosfor əsas biogen elementlərdən biridir. Fosfor DNT, RNT, AMF, ADF, ATF yaranmasında sümüklərin və dişlərin, orqanizmdə lipidlərin yaranmasında mühüm rol oynayır. Fosfolipidlər adlı bu maddələr: xolinfosfatidlər, kolaminfosfatidlər, serinfosfatidlər və s. fosfatidlər zülallarla birlikdə hüceyrə membranının, hüceyrə orqanoidlərinin (nüvə, ribosom, mitoxondriya) əsasını təşkil edir. Müxtəlif maddələrin, xüsusilə yağların bir toxumadan digərinə daşınmasında mühüm rol oynayır.