[МУЗЫКА] [МУЗЫКА] Приветствую вас на четвертой неделе нашего курса. Мы уже перешли за середину его, а впереди еще столько всего интересного. На этой неделе мы рассмотрим элементы-неметаллы: фосфор, углерод, кремний, после чего перейдем к элементам-металлам. Итак, фосфор. Фосфор был открыт в середине XVII века монахом Хеннигом Брандом. В 1669 году он выпаривал солдатскую мочу, а полученный остаток прокаливал с углем и кремнеземом. В результате получалось белое воскоподобное вещество, которое ярко горело и светилось в темноте. То, что получилось простое вещество, доказал знаменитый француз Антуан Лоран Лавуазье, который включил фосфор в свою таблицу простых тел. Фосфор является аналогом азота по группе, он находится прямо под азотом в периодической системе. Однако химия азота и фосфора резко различаются. Так, для азота в высших степенях окисления характерны сильные окислительные свойства. Вспомните азотную кислоту. А вот для фосфора степень окисления +5, напротив, является самой устойчивой. Азот в своих соединениях проявляет максимум ковалентность, равную четырем. А вот для фосфора наиболее характерно 5-ковалентное состояние. Это, конечно же, связано с тем, что у фосфора, в отличие от азота, есть d-подуровень на третьем энергетическом уровне. Простые вещества. Для азота характерно простое вещество N2, в котором атомы азота связаны очень прочной тройной связью. А вот для фосфора характерно образование простого вещества P4, в котором атомы фосфора находятся в вершинах тетраэдра и связаны друг с другом одинарными связями. Как же получают фосфор? Как я уже отметил, для фосфора наиболее характерная степень окисления +5. В природе фосфор встречается именно в этой степени окисления в виде фосфатов, образуя апатиты и фосфориты. Фосфор получают из апатитов и фосфоритов в результате очень сильного прокаливания с коксом и кремнеземом при температурах 1500–1600 градусов Цельсия. При этом кокс, то есть углерод, выступает в роли восстановителя, а кремнезем добавляют для того, чтобы связать кальций в чрезвычайно прочный силикат кальция. В результате этой реакции получается P4, то есть белый фосфор. В целом для фосфора характерно огромное количество аллотропных модификаций — 11. Важнейшая из них — это белый фосфор. Он обладает молекулярной структурой, очень реакционноспособной, очень активной, чрезвычайно ядовитой. Растворяется в таких растворителях, как, например, сероуглерод CS2. Другая аллотропная модификация — красный фосфор. Образуется в результате полимеризации молекул P4, то есть он полимер, поэтому менее активен и уже не такой ядовитый. Также важной модификацией является черный фосфор. Это тоже полимерный фосфор, еще менее активен даже, чем красный, и также не ядовит. Какими свойствами обладает фосфор? Фосфор достаточно легко сгорает на воздухе, при этом он способен образовывать два оксида: оксид фосфора 3 и оксид фосфора 5. Их формулы — P4O6 и P4O10. Почему такие странные формулы? Посмотрите на это простое вещество. Это молекула P4. Если мы разорвем каждую из связей фосфор — фосфор и встроим сюда атом кислорода, то получится оксид фосфора 3 — P4O6. При этом у каждого из атомов фосфора остается еще неподеленная электронная пара. Учитывая, что у фосфора есть 3d-подуровень, он может распарить эту неподеленную электронную пару, это означает, что фосфор способен образовать еще две ковалентные связи, и поэтому у каждого атома фосфора может быть еще по одному атому кислорода. Тогда эта структура превратится в оксид фосфора 5 — P4O10. Фосфор реагирует и с другими простыми веществами. Так, фосфор вступает в реакцию с хлором, при этом получаются различные хлориды — PCl3 в случае недостатка хлора или PCl5 в случае избытка хлора. Любопытно, что PCl5 — это твердое вещество, тогда как PCl3 — это жидкость при обычных условиях. Фосфор реагирует и со сложными веществами. Важнейшей реакцией является взаимодействие со щелочью. В щелочи при нагревании фосфор диспропорционирует, при этом образуется фосфин PH3, в котором фосфор проявляет отрицательную степень окисления −3 и KH2PO2 в случае использования KOH, в котором фосфор проявляет степень окисления +1. Это один из способов получения соединения фосфора +1. Легко фосфор и окисляется кислотами-окислителями, например, азотной. В этом случае он окисляется до своей самой устойчивой степени окисления +5, то есть образует H3PO4, ортофосфорную кислоту. Сама же азотная кислота при этом восстанавливается до NO2, это означает, что фосфор является слабым восстановителем. Перейдем к рассмотрению соединений фосфора и по традиции начнем с отрицательных степеней окисления. Для фосфора она характерна всего лишь одна: −3. В этой степени окисления, подобно азоту, фосфор образует водородное соединение PH3, то есть фосфин. Но свойства фосфина достаточно сильно отличаются от аналога, от аммиака. Фосфор в степени окисления −3 образует и бинарные соединения, например, с элементами-металлами. Скажем, с кальцием образуется фосфид кальция. Это соединение легко получить при прямом взаимодействии простых веществ — кальция и фосфора при нагревании. Общим для фосфидов и нитридов ионного строения является их неустойчивость к гидролизу. При взаимодействии с водой фосфиды подвергаются полному гидролизу, образуется Ca(OH)2 и выделяется газообразный фосфин. Фосфин, в отличие от аммиака, обладает очень слабыми осно́вными свойствами. Он не способен вступать в реакции с кислотами в водных растворах, да он и не растворим в воде. Зато в газовой фазе можно получить соединение с HI, например. Будет получаться PH4I, это очень неустойчивый йодид фосфония. При малейшем нагревании он разлагается обратно на фосфин и йодоводородную кислоту. Но как только вы вынесли фосфин на воздух, он мгновенно воспламеняется, при этом фосфин сгорает до оксида фосфора — P4O6 или P4O10, в зависимости от недостатка или избытка кислорода. Фосфин очень часто обвиняют в возникновении блуждающих огней на кладбищах и болотах.
