CẤU TẠO, TÍNH CHẤT, ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHOTPHO

 

I. Trạng thái tự nhiên và tính chất vật lí

 

1. Trạng thái tự nhiên

 - Trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Hai khoáng vật chính là apatit 3Ca₃(PO₄)₂.CaF₂ và photphorit Ca₃(PO₄)₂.

Quặng Apatit - ở Lào Cai

2. Tính chất vật lí

Thường gặp 2 dạng thù hình phổ biến là P đỏ và P trắng:

a. Photpho trắng 

 - Là chất rắn trong suốt, màu trắng hoặc vàng nhạt, giống sáp, có cấu trúc mạng tinh thể phân tử : ở các nút mạng là các phân tử hình tứ diện P4 liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu. Do đó photpho trắng mềm dễ nóng chảy (t⁰nc = 44,1⁰C)

- 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 t⁰ > 40⁰C, nên được bảo quản bằng cách ngâm trong nước.

 

- Ở nhiệt độ thường, photpho trắng phát quang màu lục nhạt trong bóng tối. Khi đun nóng đến 250⁰C không có không khí, photpho trắng chuyển dần thành photpho đỏ là dạng bền hơn.
 

b. 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 thông thường, dễ hút ẩm và chảy rữa.

- Photpho đỏ bền trong không khí ở nhiệt độ thường và không phát quang trong bóng tối. Nó chỉ bốc cháy ở t⁰  > 250⁰C.

c. Chuyển hóa qua lại giữa P trắng và P đỏ

 

 - 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.

* Lưu ý:

  - Trong phòng thí nghiệm, người ta thường sử dụng photpho đỏ.

 

II. Tính chất hóa học

 

 - Các mức oxi hóa có thể có của P: -3, 0, +3, +5.

 - P hoạt động hóa học mạnh hơn N₂ vì liên kết P - P kém bền hơn so với liên kết N ≡ N.

 - P trắng hoạt động hơn P đỏ (vì P trắng có kiểu mạng phân tử còn P đỏ có cấu trúc kiểu polime).

 

1. Tính oxi hóa

 - P có phản ứng với nhiều kim loại → muối photphua:            

2P + 3Zn → Zn₃P₂

* Lưu ý: Các muối photphua bị thủy phân mạnh giải phóng photphin (PH­₃).

Ca₃P₂ + 6H₂O → 2PH₃ + 3Ca(OH)₂

 - Photphin là một khí không màu rất độc, có mùi tỏi, bốc cháy trong không khí ở nhiệt độ gần 150⁰C.

2PH₃ + 4O₂ → P₂O₅ + 3H₂O

 

2. Tính khử (đặc trưng của photpho)

 - Phản ứng với O₂

4P + 3O₂ → 2P₂O₃

4P + 5O₂ → 2P₂O₅ (nếu O₂ dư)

(P trắng phản ứng được ở ngay nhiệt độ thường và có hiện tượng phát quang hóa học; P đỏ chỉ phản ứng khi nhiệt độ > 250⁰C).

 

- Phản ứng với halogen

 

2P + 3Cl₂ → 2PCl₃

2P + 5Cl₂ → 2PCl₅

 

- Phản ứng với các chất oxi hóa khác

6P_đ + 3KClO₃ → 3P₂O₅ + 5KCl (t⁰) (phản ứng xảy ra khi quẹt diêm)

6P_t + 5K₂Cr₂O₇ → 5K₂O + 5Cr₂O₃ + 3P₂O₅

P + 5HNO₃ → H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O

2P + 5H₂SO₄ đặc → 2H₃PO₄ + 3H₂O + 5SO₂           

 

III.  Điều chế

Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ + 5C → 3CaSiO₃ + 2P + 5CO (lò điện ở 1500⁰C)

 

IV.  Ứng dụng

 

Phốtpho có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp, đời sống và kể cả trong quân sự.

 

 - Phốtpho trắng có ứng dụng trong quân sự là phần lớn bởi tính dễ cháy, tạo màn khói, sương độc. Phốtpho trắng cháy ngay ở nhiệt độ thường khi tiếp xúc với Oxi và tạo ra ngọn lửa rất độc với con người.

 

 - Phốtpho đỏ không cháy ở nhiệt độ thường và thường được sử dụng làm hóa chất trong công nghiệp và trồng trọt.

 

Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng