ישנן שלוש מחלקות של תרכובות אנאורגניות מורכבות: תחמוצות, הידרוקסידים (הכוללים חומצות ובסיסים), ומלחים. מתכות רבות ולא מתכות יכולות ליצור תחמוצות, הידרוקסידים, וגם להיות חלק משאריות חומציות. אז, זרחן כלול בשארית החומצה PO4. ישנם מספר זנים של תחמוצת זרחן. בהתאם לכך, ישנם הידרוקסידים שונים ממנו, הנוצרים מתחמוצות אלו. הידרוקסיד הזרחן הגבוה ביותר הוא חומצה זרחתית. במאמר זה נשקול את התכונות הפיזיקליות והכימיות של יסוד זה והתרכובות שלו, וכן נדבר על שכיחותו בטבע ועובדות מעניינות אחרות.
מאפיינים פיזיים של זרחן
זה יכול להתקיים בווריאציות שונות. זרחן הוא חומר המורכב מיסוד כימי אחד. האטומים שלו אינם מתחברים למולקולות. הנוסחה לזרחן היא P. עם זאת, בהתאם למבנה של סריג הגביש, יסוד זה יכול להתקיים בצורה של שלושה חומרים.
הנפוץ ביותר הוא זרחן לבן - יש לו מבנה שעווה ורעילות גבוהה. נקודת ההיתוך של החומר הזה היא ארבעים וארבע מעלות צלזיוס, ונקודת הרתיחה היא מאתיים ושמונים מעלות. עם חיכוך נתוןחומר, הוא מתלקח מהר מאוד, אז הם חותכים אותו רק על ידי הנחתו בסביבה מימית. אם מחממים אותו במשך זמן רב בטמפרטורה של מאתיים וחמישים מעלות צלזיוס, הוא הופך לזרחן אדום. חומר זה מוצג בצורה של אבקה חומה-אדום. זרחן אדום, בניגוד ללבן, אינו רעיל.
צורת הקיום היציבה ביותר של יסוד זה יכולה להיקרא זרחן שחור, אשר לפי מאפיינים חיצוניים מסוימים דומה למתכת: יש לו ברק מיוחד, בעל קשיות גבוהה, מוליכות חשמלית ותרמית.
מנקודת מבט של כימיה
זרחן הוא יסוד כימי שנמצא בקבוצה החמישית ובתקופה השלישית בטבלה המחזורית. מכאן נוכל להסיק שהערך שלו הוא חמש. בנוסף, מהטבלה המחזורית ניתן לראות שליסוד זרחן יש מסה אטומית של שלושים ואחד גרם לשומה. המשמעות היא שמול 1 של חומר תשקול 31 גרם אחד. בהתחשב בתכונות הכימיות של זרחן, נדבר על התגובות שלו עם תרכובות פשוטות כמו גם מורכבות.
אינטראקציה עם חומרים פשוטים
הדבר הראשון שאתה צריך לשים לב אליו הוא חמצון של זרחן. זו התגובה שלו עם חמצן. כתוצאה מכך, יכולים להיווצר שני חומרים שונים - הכל יהיה תלוי בפרופורציות של רכיבים אלו.
האפשרות הראשונה - ארבע שומות זרחן ושלוש שומות חמצן יוצרות שתי שומות של זרחן טריאוקסיד. ניתן לכתוב אינטראקציה כימית כזו באמצעות הדברים הבאיםמשוואה: 4P + 3O2=2P2O3.
האפשרות השנייה היא היווצרות של ארבע מולים של זרחן וחמש מולים של חמצן, שתי מולות של זרחן פנטאוקסיד. ניתן לבטא תגובה זו באמצעות המשוואה הבאה:
בשתי התגובות הכימיות, יש שחרור משמעותי של אור. בנוסף, זרחן יכול לקיים אינטראקציה עם חומרים פשוטים כמו מתכות, הלוגנים (פלואור, יוד, ברום, כלור), גופרית. יסוד כימי זה מסוגל להפגין גם תכונות מצמצמות וגם מחמצנות. דוגמה לאינטראקציה עם הלוגנים היא הכלרה. זה מתרחש בשני שלבים. הראשון הוא היווצרות של שתי שומות של זרחן טריכלורט משתי שומות של הלא-מתכת המדוברת ושלוש שומות של כלור. ניתן לבטא אינטראקציה זו באמצעות המשוואה הבאה: 2P +3Cl2=2PCl3.
השלב השני בתהליך זה הוא הוספת אטומי כלור לטריכלור הזרחן שכבר התקבל. לפיכך, כאשר מוסיפים אותו נפח של כלור לשומה אחת של האחרון, נוצרת שומה אחת של זרחן פנטכלורט. נכתוב את המשוואה לתגובה זו באופן הבא: PCl3 + Cl2=PCl5.
ניתן לראות את הסדירות של האינטראקציה של זרחן עם מתכות בדוגמה זו. אם ניקח שלוש שומות אשלגן ושומה אחת של זרחן, נקבל שומה אחת של אשלגן פוספיד. ניתן לכתוב תהליך מסוג זה באמצעות משוואת התגובה הבאה: 3K + P=K3R.
אינטראקציה עםחומרים מורכבים
תרכובות כימיות מורכבות שאיתן זרחן יכול להגיב כוללות חומצות ומלחים. הבה נתאר לפי הסדר את תכונות המגע של היסוד הנדון עם קבוצות כימיקלים אלה.
זרחן וחומצות
בין כל השאר, בולטת האינטראקציה של זרחן וחומצה חנקתית. כדי לבצע תגובה מסוג זה, יש צורך לקחת את הרכיבים הבאים: זרחן בכמות של שלוש שומות, חמש שומות של חומצה חנקתית, וגם מים - שתי שומות. כתוצאה מאינטראקציה כימית כזו, אנו משיגים את המוצרים הבאים: חומצה זרחתית ותחמוצת חנקן. המשוואה לתגובה זו כתובה באופן הבא: 4 + 5NO.
זרחן ומלחים
ניתן להתייחס לסוג זה של אינטראקציה כימית בדוגמה של התגובה של הלא-מתכת הנחשבת עם קופרום סולפט. כדי לבצע תהליך זה, יש צורך לקחת שתי שומות של זרחן, חמש שומות של נחושת גופרתית, שמונה שומות של מים. כתוצאה מאינטראקציה של חומרים אלו, אנו מקבלים את התרכובות הכימיות הבאות: חומצה סולפטית בכמות של חמש שומות, נחושת טהורה - אותה כמות וחומצה זרחתית - שתי שומות. תהליך זה יכול להיכתב בצורה של המשוואה הבאה: SO4 + 5Cu + 2H3PO4.
משיג את זה שאינו מתכת
בתעשייה, החומר המדובר מופק מתרכובת כימית כמו סידן פוספט. לזהמתבצעת התגובה הכימית הבאה: המלח שצוין מעורבב עם חול (תחמוצת סיליקון) ופחמן בפרופורציות מולריות של 1:3:5, כתוצאה מכך מתקבל סידן סיליקט, זרחן וגז צ'אד ביחס מולרי של 3:2:5.
תרכובות זרחן ותכונותיהן
הנפוצה ביותר מבין התרכובות של הלא-מתכת הנחשבת היא זרחן הידרוקסיד. זה יכול להיות מכמה סוגים בהתאם לתחמוצת שממנה הוא נוצר. ניתן להשיג זרחן הידרוקסיד על ידי ביצוע תגובה כימית בין התחמוצת שלו למים. עקב תגובות אלו נוצרים סוגים שונים של חומרים. לפיכך, ניתן להשיג הידרוקסיד (3) מטריאוקסיד, וזרחן הידרוקסיד (5) מפנטאוקסיד. לחומרים אלו תכונות חומציות והם מסוגלים, בתורם, להגיב עם מתכות, מלחים, בסיסים וכו'.
הידרוקסיד הזרחן הגבוה ביותר הוא חומצה זרחתית. הוא מחומצן וטרי-בסיסי. הנוסחה שלו היא H3PO4.
מאפיינים כימיים בסיסיים
זרחן הידרוקסיד, שהנוסחה שלו ניתנת לעיל, מסוגל להגיב עם חומרים פשוטים ומורכבים כאחד. בואו נסתכל מקרוב על התהליכים האלה.
תגובות של חומצה זרחתית עם מתכות
כמו תרכובות כימיות אחרות מהמעמד הזה, זרחן הידרוקסיד מסוגל ליצור אינטראקציה עם מתכות. בתהליך זה מתרחשת תגובת עקירה שבה אטומי מתכת עוקפים אטומי מימן, ובכך יוצרים מלח ומימן, המשתחררים לאוויר כגז בעל ריח לא נעים. על מנת לתגובה זוניתן לממש, המתכת חייבת להיות ממוקמת משמאל למימן בסדרת הפעילות האלקטרוכימית. כלומר, חומרים כמו נחושת, כסף ואחרים דומים להם אינם מסוגלים להגיב עם חומצה זרחתית, שכן בשל פעילותם הכימית הנמוכה הם לא יוכלו לעקור אטומי מימן מהתרכובות שלהם.
קח אלומיניום כדוגמה. כאשר מוסיפים שתי מולים של יסוד זה לשתי מולים של זרחן הידרוקסיד, אנו מקבלים אלומיניום פוספט ומימן בכמות של 2 ו-3 מולים, בהתאמה. המשוואה לתגובה זו כתובה באופן הבא: 2Al + 2H3PO4=2AlPO4 + 3H 2.
אינטראקציה עם בסיסים
זרחן הידרוקסיד, כמו חומצות רבות אחרות, יכול להיכנס לתגובות כימיות עם בסיסים. תהליכים כאלה נקראים תגובות חליפין. כתוצאה מכך, נוצר הידרוקסיד חדש, כמו גם חומצה חדשה. תגובות כאלה יכולות להתרחש רק אם אחד מהתוצרים המתקבלים אינו מסיס במים, כלומר, הוא משקע, מתאדה כגז, או שהוא מים או אלקטרוליט חלש מאוד.
חומצה זרחתית ומלחים
במקרה זה, מתרחשת גם תגובת החלפה. כתוצאה מכך, אתה יכול לקבל חומצה ומלח חדשים. כדי שסוג כזה של תגובה תתרחש, יש להקפיד גם על הכלל שתואר לעיל.
שימוש בזרחן ובתרכובותיו בתעשייה
קודם כל, התרכובות של יסוד כימי זה משמשותהכנת תערובת הנמרחת על פני הצד של קופסאות גפרורים. גם ראשי הגפרורים עצמם מטופלים בתערובת המכילה זרחן.
הפנטאוקסיד של הלא-מתכת הנחשבת נמצא בשימוש נרחב כמייבש גז. הוא משמש גם בתעשייה הכימית על מנת להשיג זרחן הידרוקסיד, שהנוסחה ותכונותיו נדונו לעיל. בנוסף, הוא משמש לייצור זכוכית.
זרחן הידרוקסיד משמש גם בתעשיות רבות. קודם כל, הוא משמש בייצור של דשנים. זה נובע מהעובדה שזרחן פשוט חיוני לצמחים. לכן, ישנם מספר דשנים שונים הנעשים על בסיס התרכובת של הלא מתכת המדוברת. למטרות אלו משתמשים בחומרים כמו סידן פוספט. מלח משמש כדשן בצורת טחון. בנוסף, סופר-פוספט רגיל וכפול משמשים לכך. אמופוס וניטרואמופוס יכולים לשמש גם כדשן. בנוסף לכל האמור לעיל, מלחים או זרחן הידרוקסיד משמשים כמגיב לקביעת נוכחותן של תרכובות כסף בתמיסה. אז, מוסיפים לתמיסה חומר הכולל את שארית החומצה PO4. אם האחרון מכיל מלחים או הידרוקסיד כסף, ייווצר משקע צהוב עשיר. זהו ארגנטום פוספט, בעל הנוסחה הכימית הבאה: AgNO3.
מבנה אטום הזרחן
כפי שאתה יודע, כל האטומים מורכבים מגרעין ומאלקטרונים מסתובביםסביבו. הגרעין מכיל פרוטונים וניוטרונים. לאלקטרונים יש מטען שלילי, לפרוטונים יש מטען חיובי ולנייטרונים יש מטען אפס. המספר הסידורי של זרחן בטבלה המחזורית הוא חמש עשרה. מכאן נוכל להסיק שהגרעין שלו מכיל חמישה עשר פרוטונים. אם האטום הוא ניטרלי ולא יון, אז יש כמה אלקטרונים כמו שיש פרוטונים. כלומר, במקרה של זרחן, יש חמישה עשר כאלה.
אם אחד האלקטרונים יעזוב את מסלולו, האטום יהפוך ליון בעל מטען חיובי, כלומר לקטיון. אם אלקטרון אחד מצטרף, נוצר יון בעל מטען שלילי - אניון.
בטבלה המחזורית של יסודות כימיים, ניתן לראות שזרחן שייך לתקופה השלישית. מכאן ברור שיש שלושה מסלולים סביב הגרעין, שעליהם מפוזרים אלקטרונים באופן שווה. לראשון יש שניים, לשני יש שמונה, ולשלישי יש חמישה.
שכיחות בטבע
שבריר המסה של זרחן בקרום כדור הארץ הוא 0.08%. זה לא יסוד כימי נפוץ מאוד בטבע. עם זאת, ישנה קבוצה שלמה של מינרלים הכוללים זרחן. אלה הם אפטות, כמו גם זרחנים. הנפוץ ביותר בקבוצה הראשונה הוא פלואורפטיט. הנוסחה הכימית שלו היא כדלקמן: 3Ca3(PO4)2•CaF2. הוא מגיע בגוונים שקופים, ירוקים וטורקיז. מבין הפוספוריטים, סידן פוספט הוא הנפוץ ביותר, בעל הנוסחה הכימית הבאה: Ca3(PO4)2. בנוסף, תרכובות זרחןנמצאים ברקמות של אורגניזמים חיים שונים.
תפקיד הזרחן ותרכובותיו בטבע ובגוף
היסוד הכימי הזה חשוב מאוד לתפקוד תקין של כמעט כל האיברים והמערכות שלהם. קודם כל, בלי זה, תפקוד חלק של הכליות הוא בלתי אפשרי. יסוד זה לוקח חלק בתהליכים המטבוליים של הגוף. זה גם מקדם התחדשות מהירה של רקמות. בלעדיו, חלק מהוויטמינים פשוט לא ניתנים להפעלה כדי להועיל לגוף - וזו הסיבה שהרבה פעמים מוסיפים זרחן כמעט לכל תכשירי הויטמינים כמרכיב נוסף. בנוסף, זהו אחד היסודות הכימיים המבטיחים תפקוד תקין של הלב. הוא, בנוסף לכל האמור לעיל, מעורב בתהליך חלוקת התאים, כך שהחיים על פני כדור הארץ בלתי אפשריים ללא המיקרו-אלמנט הזה.
וויסות מאזן מים-מלח הוא תפקיד נוסף שמבצעות בגוף התרכובות של הלא-מתכת הנחשבת במאמר זה. בנוסף, זהו אחד המרכיבים העיקריים של רקמת העצם והשריר. אחוז גדול ממנו נמצא גם בשיניים. בין היתר, ראוי גם לציין כי זרחן מעורב בהבטחת תפקוד תקין של מערכת העצבים. התסמינים של מחסור בגוף של יסוד הקורט המדובר הם כדלקמן: עייפות מוגברת, יעילות נמוכה, הפרעות בתפקוד מערכת העצבים (נוירוזה, היסטריה וכו'), הצטננות תכופה מדי, תשישות של שריר הלב., כאבים בעצמות ובשרירים, תיאבון ירוד מאוד. כדי למנוע תופעה כמו חוסר זרחן בגוף, אתה צריך לדעתאילו מזונות מכילים את זה.
קודם כל, יש לייחד דגים בין מזונות העשירים ביסוד הכימי הנחשב. ריכוז גבוה במיוחד של זרחן נצפה במינים כמו חדקן, מקרל, מקרל סוס, טונה, סרדין, שד, פולוק, ריח. בנוסף, יסוד הקורט הנדון במאמר זה נמצא בבשר סרטנים, שרימפס, וכן במוצרי חלב כגון גבינת קוטג', גבינה מעובדת וגבינה.
מסקנות
לזרחן, למרות שאינו יסוד כימי נפוץ מאוד על פני כדור הארץ, יש חשיבות רבה הן מנקודת מבט תעשייתית והן מנקודת מבט ביולוגית. הוא והתרכובות שלו, בפרט, זרחן הידרוקסיד, משמשים לייצור סוגים שונים של מוצרים. המאמר תיאר גם את תכונותיו של זרחן הידרוקסיד (חומצה זרחתית) ואת תכונות האינטראקציה שלו עם מתכות, בסיסים ומלחים.
