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磷
第15號化學(xué)元素
第15號化學(xué)元素，符號P。處于元素周期表的第三周期、第ⅤA族。磷存在于人體所有細胞中，是維持骨骼和牙齒的必要物質(zhì)，幾乎參與所有生理上的化學(xué)反應(yīng)。磷還是使心臟有規(guī)律地跳動、維持腎臟正常機能和傳達神經(jīng)刺激的重要物質(zhì)。沒有磷時，煙酸（又稱為維生素B3）不能被吸收；磷的正常機能需要維生素D（維生素食品）和鈣（鈣食品）來維持。
磷被首次發(fā)現(xiàn)存在于恒星爆炸后的宇宙殘余物里。對超新星殘余物仙后座A的最新觀測揭示了磷存在的最新證據(jù)。它是在深空發(fā)現(xiàn)的兩大元素之一，或可能給科學(xué)家提供有關(guān)生命在宇宙里的可能性的線索。
基本信息
| 中文名 | 磷 |
| 周期 | 3 |
| 別名 | 紅磷 赤磷 白磷 |
| 分子量 | 30.973762 |
| 符號 | P |
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發(fā)現(xiàn)簡史
關(guān)于磷元素的發(fā)現(xiàn)，
還得從歐洲中世紀(jì)的煉金術(shù)說起。那時候，盛行著煉金術(shù)，據(jù)說只要找到一種聰明人的石頭──哲人石，便可以點石成金，讓普通的鉛、鐵變成貴重的黃金。煉金術(shù)家仿佛瘋子一般，采用稀奇古怪的器皿和物質(zhì)，在幽暗的小屋里，口中念著咒語，在爐火里煉，在大缸中攪，朝思暮想尋覓點石成金的哲人石。
磷礦原石
1669年，德國漢堡一位叫布朗特（Brand H）的商人在強熱蒸發(fā)人尿的過程中，他沒有制得黃金，卻意外地得到一種像白蠟一樣的物質(zhì)，在黑暗的小屋里閃閃發(fā)光。這從未見過的白蠟?zāi)拥臇|西，雖不是布朗特夢寐以求的黃金，可那神奇的藍綠色的火光卻令他興奮得手舞足蹈。他發(fā)現(xiàn)這種綠火不發(fā)熱，不引燃其它物質(zhì)，是一種冷光。于是，他就以“冷光”的意思命名這種新發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)為“磷”。磷的拉丁文名稱Phosphorum就是“冷光”之意，它的化學(xué)符號是P，它的英文名稱是Phosphorus。
元素含量
物理性質(zhì)
單質(zhì)磷有幾種同素異形體。其中
，白磷或黃磷是無色或淡黃色的透明結(jié)晶固體。密度1.82克/立方厘米。熔點44.1℃，沸點280℃，著火點是40℃。放于暗處有磷光發(fā)出。有惡臭。劇毒。白磷幾乎不溶于水，易溶解于二硫化碳溶劑中．在高壓下加熱會變?yōu)?/span>黑磷，其密度2.70克/立方厘米，略顯金屬性。電離能為10.486電子伏特。一般不溶于普通溶劑中。白磷經(jīng)放置或在250℃隔絕空氣加熱數(shù)小時或暴露于光照下可轉(zhuǎn)化為紅磷。紅磷是紅棕色粉末，無毒，密度2.34克/立方厘米，熔點59℃(在43atm下，熔點是590℃，升華溫度416℃)，沸點200℃，著火點240℃。不溶于水。在自然界中，磷以磷酸鹽的形式存在，是生命體的重要元素。存在于細胞、蛋白質(zhì)、骨骼和牙齒中。在含磷化合物中，磷原子通過氧原子而和別的原子或基團相聯(lián)結(jié)。
磷
同素異形體
- 黑磷（金屬磷）
化學(xué)式一般寫為P。
深黑色粉末
- 白磷（黃磷）
化學(xué)式：P4
淡黃蠟似半透明可結(jié)晶的固體，于黑暗中能發(fā)光。有特臭，劇毒。密度1.83克/立方厘米，熔點44.4，沸點287度。
化學(xué)結(jié)構(gòu)為巨型共價分子。
磷
化學(xué)式一般寫為P。
把黑磷加熱到125℃則變成鋼藍色的紫磷。
化學(xué)式一般寫為P。
化學(xué)性質(zhì)
單質(zhì)
- 白磷
純白磷是無色而透明的晶體，遇光逐漸變黃，因而又叫黃磷。黃磷劇毒，誤食0.1g就能致死。皮膚若經(jīng)常接觸到單質(zhì)磷也會引起吸收中毒。白磷不溶于水，易溶于CS2中。經(jīng)測定，不論在溶液中或在蒸汽狀態(tài)，磷的分子質(zhì)量都相當(dāng)于分子式P4。磷蒸汽熱至1073K，P4開始分解為P2。P2分子結(jié)構(gòu)和N2相同。
白磷晶體是由P4分子組成的分子晶體，P4分子呈四面體構(gòu)型，分子中P—P鍵長是221pm，鍵角∠PPP是60°。理論上研究認(rèn)為，P—P鍵是98%3p軌道形成的鍵（3s和3d僅占很少成分），純p軌道間的夾角應(yīng)為90°，而實際僅有60°，因此P4分子中P—P鍵是受了很大應(yīng)力而彎曲的鍵。其鍵能比正常無應(yīng)力時的P—P鍵要弱，易于斷裂，使白磷在常溫下就有很高的化學(xué)活性。
白磷在潮濕的空氣中發(fā)生緩慢氧化，部分的反應(yīng)能量以光能的形式放出，故在暗處可看到白磷發(fā)光。當(dāng)緩慢氧化積累的能量達到燃點（313K）時便發(fā)生自燃，因此白磷通常要儲存在水中以隔絕空氣。
白磷和氧化劑反應(yīng)猛烈，它在氯氣中可自燃；遇液氯或溴會發(fā)生爆炸，與冷濃硝酸反應(yīng)激烈生成磷酸；在熱的濃堿液中發(fā)生歧化反應(yīng)生成磷化氫（主要是PH3，還有P2H4）和次磷酸鹽。
白磷的主要反應(yīng)有
1．白磷在空氣中自燃生成氧化物。
P4+6Cl2==4PCl3（化合反應(yīng)）
P4+10Cl2==4PCl5（化合反應(yīng)）
3．白磷能被硝酸氧化成磷酸。
4．白磷溶解在熱的濃堿中，歧化生成磷化氫和次磷酸鹽。
P4 +3OH +3H2O == PH3+ 3H2PO2
P4+6H2==4PH3
- 紅磷
紅磷的著火點極高，在空氣中不發(fā)生自燃，但是只需要在紅磷中加入少量的MnO2，片刻將會發(fā)生燃燒，在這個過程中一定需要注意安全，最好在一個安全的容器內(nèi)做這個實驗，否則將可能發(fā)生意外。
主要化合物
- 三氧化二磷
磷在常溫下慢慢氧化，或在不充分的空氣中燃燒，均可生成P（Ⅲ）的氧化物P4O6，常稱做三氧化二磷。
P4O6的生成可以看成是P4分子中的P-P鍵因受到O2分子的進攻而斷開，在每個P原子間嵌入一個O原子而形成稠環(huán)分子。形成P4O6分子后，4個P原子的相對位置（正四面體的角頂）并不發(fā)生變化。
由于三氧化二磷的分子具有似球狀的結(jié)構(gòu)而容易滑動，所以三氧化二磷是有滑膩感的白色吸潮性蠟狀固體，熔點296.8K，沸點（在氮氣中）446.8K。
P4O6+6H2O(冷)==4H3PO3
②三氧化二磷在熱水中歧化生成磷酸和放出磷化氫：
P4O6+6H2O(熱)==PH3↑+3H3PO4
- 五氧化二磷
五氧化二磷是白色粉末狀固體，熔點693K，573K時升華。它有很強的吸水性，在空氣中很快就潮解，因此它是一種最強的干燥劑。
五氧化二磷與水作用激烈，放出大量熱，生成P（Ⅴ）的各種含氧酸，并不能立即轉(zhuǎn)變成磷酸，只有在HNO3存在下煮沸才能轉(zhuǎn)變成磷酸：
P4O10+6H2O==4H3PO4(在HNO3與煮沸的條件下)
- 三鹵化磷
PCl3+ AsF3 =PF3+AsCl3
- 五鹵化磷
單質(zhì)和鹵素直接反應(yīng)或三鹵化物和鹵素反應(yīng)可以得到五鹵化磷：
P4 +10Cl2 = 4PCl5
PF3+ Cl2 = PF3Cl2
第二種方法特別適用于制備混合鹵化物。
- 鹵氧化磷
如果使五鹵化磷和有限量的水作用，水解產(chǎn)物是氫鹵酸和鹵氧化磷(或鹵化磷先)POX3。：
PX5 +H2O = POX3+2HX.
制備方法
- 白磷
把生成的磷蒸氣P4通過水面下冷卻，就得到凝固的白色固體──白磷。
該反應(yīng)的本質(zhì)是碳把高氧化態(tài)的磷還原成單質(zhì)磷，單純的碳還原磷酸鈣的反應(yīng)需要很高的溫度，加入石英砂后可大大降低反應(yīng)溫度。
- 紅磷
將白磷隔絕空氣加熱到533K就轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形紅磷。它是一種暗紅色的粉末，不溶于水、堿和CS2中，基本無毒，其化學(xué)性質(zhì)也比較穩(wěn)定，雖然可與各種氧化劑反應(yīng)，但不如白磷那樣猛烈，在空氣中也不自燃，加熱到673K以上才著火。若與空氣長期接觸也會極其緩慢的氧化，形成易吸水的氧化物，所以紅磷保存在未密閉的容器中會逐漸潮解，使用前應(yīng)小心用水洗滌、過濾和烘干。
- 黑磷
黑磷是磷的一種最穩(wěn)定的變體，但因形成它所需的活化能很高，故在一般條件下，其他變體不容易轉(zhuǎn)變?yōu)楹诹祝挥性?200MPa（12000atm的壓力下，將白磷加熱到473K方能轉(zhuǎn)化類似石墨片狀結(jié)構(gòu)的黑磷。黑磷能導(dǎo)電。在磷的主要三種同素異形體中，黑磷的密度最大（2.7克每立方厘米），不溶于有機溶劑，一般不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
工業(yè)上用白磷來制備高純度的磷酸，生產(chǎn)有機磷殺蟲劑、煙幕彈等。含有少量磷青銅叫做磷青銅，它富有彈性、耐磨、抗腐蝕，用于制作軸承、閥門等。大量紅磷用于火柴生產(chǎn)，火柴盒側(cè)面所涂物質(zhì)就是紅磷與三硫化二銻等的混合物。磷還用于制備發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料如GaASxP1-x等。
毒理性質(zhì)
急救措施
皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動清水沖洗20～30 分鐘。如有不適感，就醫(yī)。
吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。呼吸、心跳停止，立即進行心肺復(fù)蘇術(shù)。就醫(yī)。
食入：飲水，禁止催吐。如有不適感，就醫(yī)。
消防措施
危險特性：遇明火、高熱、摩擦、撞擊有引起燃燒的危險。與溴混合能發(fā)生燃燒。與大多數(shù)氧化劑如氯酸鹽、硝酸鹽、高氯酸鹽或高錳酸鹽等組成爆炸性能十分敏感的化合物。燃燒時放出有毒的刺激性煙霧。
滅火注意事項及措施：小火可用干燥砂土悶熄。大火用水滅火。待火熄滅后，須用濕沙土覆蓋，以防復(fù)燃。清理時須注意防范，以免灼傷。
泄漏應(yīng)急措施
應(yīng)急處理：消除所有點火源。隔離泄漏污染區(qū)，限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴防塵口罩，穿防毒、防靜電服。禁止接觸或跨越泄漏物。小量泄漏：用潔凈的鏟子收集泄漏物，置于干凈、干燥、蓋子較松的容器中，將容器移離泄漏區(qū)。大量泄漏：用水潤濕，并筑堤收容。防止泄漏物進入水體、下水道、地下室或密閉性空間。
接觸控制/個體防護
工程控制：密閉操作，局部排風(fēng)。
呼吸系統(tǒng)防護：可能接觸其粉塵時，應(yīng)該佩戴過濾式防塵呼吸器。
眼睛防護：戴化學(xué)安全防護眼鏡。
身體防護：穿一般作業(yè)工作服。
手防護：戴一般作業(yè)防護手套。
其他防護：工作現(xiàn)場禁止吸煙、進食和飲水。工作完畢，淋浴更衣。及時換洗工作服。
穩(wěn)定性和反應(yīng)性
穩(wěn)定性：穩(wěn)定
禁忌物：強氧化劑、酸類、酰基氯、酸酐。
避免接觸條件：光照。
聚合危害：不聚合
LD50：11.5mg/kg(大鼠經(jīng)口)
廢棄處置
廢棄物性質(zhì)：危險廢物
廢棄處置方法：用控制焚燒法處置。
廢棄注意事項：把倒空的容器歸還廠商或在規(guī)定場所掩埋。
運輸信息
危規(guī)號：41001
UN 編號：1338
包裝標(biāo)志：易燃固體
包裝類別：Ⅲ類包裝
包裝方法：金屬容器外堅固木箱；螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶（罐）外普通木箱。
運輸注意事項：運輸時運輸車輛應(yīng)配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。裝運本品的車輛排氣管須有阻火裝置。運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴(yán)禁與氧化劑、鹵素、鹵化物、等混裝混運。運輸途中應(yīng)防曝曬、雨淋，防高溫。中途停留時應(yīng)遠離火種、熱源。車輛運輸完畢應(yīng)進行徹底清掃。鐵路運輸時要禁止溜放。
儲存方法
操作注意事項：密閉操作，局部排風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴化學(xué)安全防護眼鏡。遠離火種、熱源，工作場所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。避免產(chǎn)生粉塵。避免與氧化劑、鹵素、鹵化物接觸。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。禁止震動、撞擊和摩擦。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。
儲存注意事項：儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。庫溫不超過35℃，相對濕度低于80%。遠離火種、熱源。應(yīng)與氧化劑、鹵素、鹵化物等分開存放，切忌混儲。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備和工具。儲區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。禁止震動、撞擊和摩擦。
應(yīng)用領(lǐng)域
食物中有很豐富的磷，故磷缺乏是少見的，磷攝入或吸
收的不足可以出現(xiàn)低磷血癥，引起紅細胞、白細胞、血小板的異常，軟骨病；因疾病或過多的攝入磷，將導(dǎo)致高磷血癥，使血液中血鈣降低導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。
黑磷粉
對人體的影響
1．磷和鈣都是骨骼牙齒的重要構(gòu)成材料，促成骨骼和牙齒的鈣化不可缺少的營養(yǎng)素。有些嬰兒因為缺少鈣和磷，常發(fā)生軟骨病或佝僂病。骨骼和牙齒的主要成分叫做磷灰石，它就是由磷和鈣組成的。人到成年時，雖然骨骼已經(jīng)停止生長，但其中的鈣與磷仍在不斷更新，每年約更新20%。也就是說，每隔5年就更新一遍。可是牙齒一旦長出后，便會失去自行修復(fù)的能力。如果兒童長牙時缺鈣，牙齒就容易損壞。
2．保持體內(nèi)ATP代謝的平衡。
4．參與體內(nèi)的酸堿平衡的調(diào)節(jié)，參與體內(nèi)能量的代謝。人體中許多酶也都含有磷。碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)這3種含熱能的營養(yǎng)素在氧化時會放出熱能，但這種能量并不是一下子放出來的，這其中磷在貯存與轉(zhuǎn)移能量的過程中扮演著重要角色。
對植物的影響
番茄對磷的吸收以植株生長前期為高，在第一穗果實長到核桃大小時，植株吸磷量約占全生育期90%。所以，番茄苗期不能缺磷，以免影響花芽分化。番茄吸收磷肥的能力較弱，尤其在低溫下的吸收率較低。磷肥一般作基肥，也可用0.5%磷酸二氫鉀溶液作葉面噴施，進行根外追肥。磷在植物體內(nèi)促進氨基酸，蛋白質(zhì)和碳水化合物的合成和運輸，對延遲植株衰老，延長結(jié)果期，增加后期產(chǎn)量有良好的作用。
磷通常成正磷酸鹽（磷酸氫根或磷酸二氫根）形式被植物吸收。當(dāng)磷進入植物體后，大部分成為有機物，有一部分仍然保持無機鹽的形式。磷以磷酸根形式存在于糖磷酸、核酸、核苷酸、輔酶、磷脂、植酸等中。磷在ATP的反應(yīng)中起關(guān)鍵作用，磷在糖類代謝、蛋白質(zhì)代謝、和脂肪代謝中起著重要的作用。
施磷能夠促進各種代謝正常進行，植物生長發(fā)育良好，同時提高植物的抗寒性和抗旱性。由于磷與糖類、蛋白質(zhì)和脂肪的代謝和三者相互轉(zhuǎn)變都有關(guān)系，不論栽培糧食作物、豆類作物和油類作物都需要磷肥。
軍事用途
白磷是一種無色或者淺黃色、半透明蠟狀物質(zhì)，
具有強烈的刺激性，其氣味類似于大蒜，燃點極低，一旦與氧氣接觸就會燃燒，發(fā)出黃色火焰的同時散發(fā)出濃烈的煙霧。可以用來燃燒普通燃燒材料難以燃燒的物質(zhì)，其特點為能夠在狹小或空氣密度不大的空間充分燃燒，一般燃燒的溫度可以達到1000度以上，足以在有效的范圍內(nèi)將所有生物體消滅。白磷彈的危害性非常大，它碰到物體后不斷地燃燒，直到熄滅，因此，當(dāng)它接觸到人的身體后，肉皮會被穿透，然后再深入到骨頭。
磷彈
白磷燃燒彈即應(yīng)用此性質(zhì)，是非常厲害的燃燒彈，沾到皮膚上的話很難及時去除，燃燒溫度又高，可以一直燒到骨頭，同時產(chǎn)生的煙霧對眼鼻刺激極大。最初美國人用它對付在太平洋諸島工事里的日本人，非常有效。技術(shù)含量不大，各國軍隊基本都有。
白磷彈基本結(jié)構(gòu)，就是在彈體內(nèi)充填磷藥，遇空氣即開始自燃直到消耗完為止。完整的白磷彈由彈底、炮彈底塞、塑料墊圈、起爆藥、起爆藥室、黃磷發(fā)煙罐、鋁質(zhì)隔片、彈體、銷針、限位器、保險與解除保險裝置、延期雷管、拋射藥和機械時間瞬發(fā)引信組成。
例如：MK·77白磷炮彈是一種攻擊型燃燒武器，功能與噴火器相似，彈體內(nèi)含有大量粘稠劑，能粘在人體和裝備上燃燒，通常用于打擊裸露或易燃目標(biāo)，殺傷效果極佳，曾被1980年通過的《聯(lián)合國常規(guī)武器公約》列為違禁武器，不允許對平民或在平民區(qū)使用。盡管美國沒有簽署該公約，似乎可不受其制約，但作為一項被80多個國家所接受的國際性公約，其普遍性和合法性已毋容置疑，而美國作為國際社會的一員，理應(yīng)自覺遵守，否則就會引起國際公憤，陷己于孤立境地。
白磷炮彈主要用作燃燒彈某些情況下也可代替照明彈，二戰(zhàn)末期各國陸軍就開始使用了，美軍似乎是放在化學(xué)迫擊炮連內(nèi).
煙幕彈中裝有白磷，當(dāng)其引爆后，白磷會在空氣中迅速燃燒：4P+5O2 === ( 點燃 ) 2P2O5生成物P2O5. 后與空氣中的水分以生化學(xué)反應(yīng)：P2O5+H2O====2HPO3（偏磷酸），P2O5+3H2O===2H3PO4（磷酸），這些酸液微滴與一部分未發(fā)生反應(yīng)的白色小顆粒狀P2O5懸浮在空氣中便形成了煙霧。
處白磷燃燒彈作用范圍，最有效方法是全身浸入水中隔絕空氣，降低溫度。對于傷處，應(yīng)立即進行外科處理（將傷處切除）。
參考資料
[1]
無色、無味、吸入致死！當(dāng)心這種有毒氣體2021-02-18T19:55:07+08:00[引用日期2022-06-08 10:39:59]
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