Bài 14. Photpho

I - TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Đơn chất photpho có thể tồn tại ở một số dạng thù hình, trong đó quan trọng nhất là photpho trắng và photpho đỏ.

1, Photpho trắng

* Photpho trắng là chất rắn trong suốt , màu trắng hoặc vàng nhạt, trông giống như sáp, có cấu trúc mạng tinh thể phân tử: ở các nút mạng là các phân tử hình tứ diện P₄ (hình 2.11). Các phân tử P₄ liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu. Do đó, photpho trắng mềm, dễ nóng chảy (t_nc=44,1^oC).

* Photpho trắng không tan trong nước nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như benzen, cacbon đisunfua, ete,... ; rất độc, gây bỏng nặng khi rơi vào da.

* Photpho trắng bốc cháy trong không khí ở nhiệt độ trên 40^oC, nên được bảo quản bằng cách ngâm trong nước. Ở nhiệt độ thường, photpho phát ra màu quang lục nhạt trong bóng tối. Khi đun nóng đến nhiệt độ 250^oC không có không khí, photpho trắng chuyển dần thành photpho đỏ là dạng bền hơn.

2. Photpho đỏ

* Photpho đỏ là chất bột màu đỏ có cấu trúc polime nên khó nóng chảy và khó bay hơi hơn photpho trắng.

* Photpho đỏ không tan trong các dung môi thường, dễ hút ẩm và chảy rữa, bền trong không khí ở nhiệt độ thường và không phát quang trong bóng tối. Nó chỉ bốc cháy ở nhiệt độ trên 250^oC. Khi đun nóng không có không khí, photpho đỏ chuyển thành hơi, khi làm lạnh thì hơi của nó ngưng tụ lại thành photpho trắng. Trong phòng thí nghiệm, người ta thường sử dụng photpho đỏ.

II - TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Do liên kết trong phân tử photpho kém bền hơn trong phân tử nitơ nên ở điều kiện thường photpho hoạt động hóa học mạnh hơn nitơ, mặc dù độ âm điện của photpho (2,19) nhỏ hơn của nitơ (3,04).

Trong hai dạng thù hình, photpho trắng hoạt động hơn photpho đỏ. Để đơn giản, trong các phản ứng hóa học người ta viết phân tử photpho dưới dạng một nguyên tử P. Khi tham gia phản ứng hóa học, số oxi hóa của photpho có thể tăng từ 0 đến +3 hoặc +5, có thể giảm từ 0 đến −3, nên photpho thể hiện tính khử và tính oxi hóa.

1. Tính oxi hóa

Photpho chỉ thể hiện rõ rệt tính oxi hóa khi tác dụng với một số kim loại hoạt động, tạo ra photphua kim loại.

Thí dụ:                 2P+3Ca→t^o Ca₃P₂

                                                    canxi photphua

2. Tính khử

Photpho thể hiện tính khử khi tác dụng với các phi kim hoạt động như oxi, halogen, lưu huỳnh,... cũng như với các chất oxi hóa mạnh khác.

a) Tác dụng với oxi

Khi đốt nóng, photpho cháy trong không khí tạo ra các oxit của photpho:

Thiếu oxi:            4P+3O₂→2P₂O₃

                                        điphotpho trioxit

Dư oxi:                4P+5O₂→2P₂O₅

                                         điphotpho pentaoxit

b) Tác dụng với clo

Khi cho clo đi qua photpho nóng chảy, sẽ thu được các hợp chất photpho clorua.

Thiếu oxi:            2P+3Cl₂→2PCl₃

                                         photpho triclorua

Dư oxi:                2P+5Cl₂→2PCl₅

                                         photpho pentaclorua

c) Tác dụng với các hợp chất

Photpho tác dụng dễ dàng với các hợp chất có tính oxi hóa mạnh như HNO₃ đặc, KClO₃,KNO₃,K₂Cr₂O₇,...

Thí dụ:               6P+5KClO₃−→t^o 3P₂O₅+5KCl

III - ỨNG DỤNG

Phần lớn photpho sản xuất ra được dùng để sản xuất axit photphoric, phần còn lại chủ yếu dùng trong sản xuất diêm.

Ngoài ra, photpho còn được dùng vào mục đích quân sự : sản xuất bom, đạn cháy, đạn khói,...

IV - TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN. ĐIỀU CHẾ

1. Trong tự nhiên không gặp phopho ở trạng thái tự do vì nó khá hoạt động về mặt hóa học. Phần lớn photpho trong vỏ Trái Đất nằm ở dạng muối của axit photphoric. Hai khoáng vật chính của photpho là apatit 3Ca₃(PO₄₎₂.CaF₂ và photphorit Ca₃(PO₄)₂

Nước ta có mỏ apatit lớn ở Lào Cai, một số mỏ photphoric ở Thái Nguyên, Thanh Hóa.

Ngoài ra, photpho còn có trong protein thực vật (hạt, quả,...); trong xương, răng, bắp thịt, tế bào não,... của người và động vật.

2. Trong công nghiệp, photpho được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp quặng photphorit, cát và than cốc ở 1200^oC trong lò điện:

Ca₃(PO₄)₂+3SiO₂+5C→t^o 3CaSiO₃+2P+5CO

Hơi photpho thoát ra được ngưng tụ khi làm lạnh, thu được photpho trắng ở dạng rắn.