Круговорот фосфора в природе
Фосфор (Р) входит число важных элементов и соединений биосферы, поскольку является составляющей частью нуклеиновых кислот и других веществ, участвующих в энергетических обменных процессах. Дефицит фосфор приводит к снижению продуктивности организма. При круговороте этого элемента в окружающей среде все вещества с его содержанием или мало растворяются, или практически не растворяются. Наиболее устойчивыми компонентами считаются ортофосфаты магния и кальция. В некоторых растворах они преобразуются в дигидрофосфаты, которые усваиваются флорой. В результат из неорганических фосфатов появляются органические фосфорсодержащие соединения.
Образование и круговорот Р
В окружающей среде фосфор содержится в некоторых горных породах, залегающих в недрах Земли. Круговорот этого элемент в природе можно разделить на два этапа:
- наземный – начинается, когда породы, содержащие Р, выходят на поверхность, где происходит их выветривание;
- водный – элемент попадает в море, часть поглощается представителями фитопланктона, который, в свою очередь, поедается морскими птицами и выводится наружу вместе с их продуктами жизнедеятельности.
Часть экскрементов птиц, в которых содержится Р, попадают на сушу, и они могут смыться обратно в море, где все дальше пойдет по тому же кругу. Также в водную среду фосфор попадает посредством разложения тел морских животных. Некоторая часть скелетов рыб оседает на дне морей, накапливается и превращается в осадочные породы.
Чрезмерное насыщение водоемов фосфором приводит к таким последствиям:
- увеличение количества растений в акваториях;
- цветение рек, морей и других водоемов;
- эвтрофикация.
Те вещества, которые содержат фосфор и находятся на суше, поступают в почву. Корни растений поглощают Р вместе с другими элементами. Когда травы, деревья и кусты отмирают, фосфор вместе с ними возвращается в грунт. Он теряется из земли, когда происходит водная эрозия. В тех почвах, где есть высокое содержание Р, под воздействием различных факторов, образуются апатиты и фосфориты. В круговорот Р отдельный вклад делают люди, которые используют фосфорные удобрения и бытовая химия с Р.
Таким образом, круговорот фосфора в среде – это довольно длительный процесс. В ходе его протекания элемент попадает в воду и землю, насыщает животных и растения, обитающих, как на земле, так и в воде, а также в некотором количестве попадает в организм человека.
Источник
Фосфор. Химия фосфора и его соединений
Фосфор расположен в главной подгруппе V группы (или в 15 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронное строение фосфора
Электронная конфигурация фосфора в основном состоянии :
Атом фосфора содержит на внешнем энергетическом уровне 3 неспаренных электрона и одну неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии. Следовательно, атом фосфора может образовывать 3 связи по обменному механизму. Однако, в отличие от азота, за счет вакантной 3d орбитали атом фосфора может переходить в возбужденное энергетическое состояние.
Электронная конфигурация фосфора в возбужденном состоянии:
При этом один электрон из неподеленной электронной пары на 3s-орбитали переходит на переходит на 3d-орбиталь. Для атома фосфора в возбужденном энергетическом состоянии характерна валентность V.
Таким образом, максимальная валентность фосфора в соединениях равна V (в отличие от азота). Также характерная валентность фосфора в соединениях — III.
Степени окисления атома фосфора – от -3 до +5. Характерные степени окисления -3, 0, +1, +3, +5.
Физические свойства и нахождение в природе
Фосфор образует различные простые вещества (аллотропные модификации).
Белый фосфор — это вещество состава P4. Мягкий, бесцветный, ядовитый, имеет характерный чесночный запах. Молекулярная кристаллическая решетка, а следовательно, невысокая температура плавления (44°С), высокая летучесть. Очень реакционно способен, самовоспламеняется на воздухе.
Покрытие бумаги раствором белого фосфора в сероуглероде. Спустя некоторое время, когда сероуглерод испаряется, фосфор воспламеняет бумагу (процесс лег в основу различных фокусов с самовозгоранием или получением огня из ничего):
Белый фосфор можно расплавить в ёмкости с тёплой водой, поскольку он имеет температуру плавления в 44,15 °C.
Красный фосфор – это модификация с атомной кристаллической решеткой . Формула красного фосфора Pn, это полимер со сложной структурой. Твердое вещество без запаха, красно-бурого цвета, не ядовитое. Это гораздо более устойчивая модификация, чем белый фосфор. В темноте не светится. Образуется из белого фосфора при t=250-300 о С без доступа воздуха.
Черный фосфор – то наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора. Чёрный фосфор — это чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и весьма похожее на графит, полностью нерастворимое в воде или органических растворителях.
Известны также такие модификации, как желтый фосфор и металлический фосфор. Желтый фосфор – это неочищенный белый фосфор. При очень высоком давлении фосфор переходит в новую модификацию – металлический фосфор , который очень хорошо проводит электрический ток.
В природе фосфор встречается только в виде соединений. В основном это апатиты (например, Ca3(PO4)2), фосфориты и др. Фосфор входит в состав важнейших биологических соединений —фосфолипидов.
Соединения фосфора
Типичные соединения фосфора:
ортофосфорная кислота H3PO4
метафосфорная кислота HPO3
Источник