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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。磷還是使心臟有規律地跳動(dòng)、維持腎臟正常機能和傳達神經(jīng)刺激的重要物質(zhì)。沒(méi)有磷時(shí)，煙酸（又稱(chēng)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(lái)維持。
磷被首次發(fā)現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(guān)測揭示了磷存在的最新證據。它是在深空發(fā)現的兩大元素之一，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(xiàn)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)現簡(jiǎn)史
關(guān)于磷元素的發(fā)現，
還得從歐洲中世紀的煉金術(shù)說(shuō)起。那時(shí)候，盛行著(zhù)煉金術(shù)，據說(shuō)只要找到一種聰明人的石頭──哲人石，便可以點(diǎn)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(zhù)咒語(yǔ)，在爐火里煉，在大缸中攪，朝思暮想尋覓點(diǎn)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(guò)程中，他沒(méi)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(jiàn)過(guò)的白蠟模樣的東西，雖不是布朗特夢(mèng)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)現的物質(zhì)為“磷”。磷的拉丁文名稱(chēng)Phosphorum就是“冷光”之意，它的化學(xué)符號是P，它的英文名稱(chēng)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(wú)色或淡黃色的透明結晶固體。密度1.82克/立方厘米。熔點(diǎn)44.1℃，沸點(diǎn)280℃，著(zhù)火點(diǎn)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(huì )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℃隔絕空氣加熱數小時(shí)或暴露于光照下可轉化為紅磷。紅磷是紅棕色粉末，無(wú)毒，密度2.34克/立方厘米，熔點(diǎn)59℃(在43atm下，熔點(diǎn)是590℃，升華溫度416℃)，沸點(diǎn)200℃，著(zhù)火點(diǎn)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(guò)氧原子而和別的原子或基團相聯(lián)結。
磷
同位素
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備注：畫(huà)上＃號的數據代表沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)驗的證明，只是理論推測而已，而用括號括起來(lái)的代表數據不確定性。
同素異形體
- 黑磷（金屬磷）
化學(xué)式一般寫(xiě)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(diǎn)44.4，沸點(diǎn)287度。
化學(xué)結構為巨型共價(jià)分子。
磷
化學(xué)式一般寫(xiě)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(xiě)為P。
化學(xué)性質(zhì)
單質(zhì)
- 白磷
純白磷是無(wú)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(huì )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)量都相當于分子式P4。磷蒸汽熱至1073K，P4開(kāi)始分解為P2。P2分子結構和N2相同。
白磷晶體是由P4分子組成的分子晶體，P4分子呈四面體構型，分子中P—P鍵長(cháng)是221pm，鍵角∠PPP是60°。理論上研究認為，P—P鍵是98%3p軌道形成的鍵（3s和3d僅占很少成分），純p軌道間的夾角應為90°，而實(shí)際僅有60°，因此P4分子中P—P鍵是受了很大應力而彎曲的鍵。其鍵能比正常無(wú)應力時(shí)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，部分的反應能量以光能的形式放出，故在暗處可看到白磷發(fā)光。當緩慢氧化積累的能量達到燃點(diǎn)（313K）時(shí)便發(fā)生自燃，因此白磷通常要儲存在水中以隔絕空氣。
白磷的主要反應有
1．白磷在空氣中自燃生成氧化物。
P4+6Cl2==4PCl3（化合反應）
P4+10Cl2==4PCl5（化合反應）
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(zhù)火點(diǎn)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(huì )發(fā)生燃燒，在這個(gè)過(guò)程中一定需要注意安全，最好在一個(gè)安全的容器內做這個(gè)實(shí)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(chēng)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(jìn)攻而斷開(kāi)，在每個(gè)P原子間嵌入一個(gè)O原子而形成稠環(huán)分子。形成P4O6分子后，4個(gè)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構而容易滑動(dòng)，所以三氧化二磷是有滑膩感的白色吸潮性蠟狀固體，熔點(diǎn)296.8K，沸點(diǎn)（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(diǎn)693K，573K時(shí)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，并不能立即轉變成磷酸，只有在HNO3存在下煮沸才能轉變成磷酸：
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)和鹵素直接反應或三鹵化物和鹵素反應可以得到五鹵化磷：
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(guò)水面下冷卻，就得到凝固的白色固體──白磷。
該反應的本質(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需要很高的溫度，加入石英砂后可大大降低反應溫度。
- 紅磷
將白磷隔絕空氣加熱到533K就轉變?yōu)闊o(wú)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(wú)毒，其化學(xué)性質(zhì)也比較穩定，雖然可與各種氧化劑反應，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(zhù)火。若與空氣長(cháng)期接觸也會(huì )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(huì )逐漸潮解，使用前應小心用水洗滌、過(guò)濾和烘干。
- 黑磷
黑磷是磷的一種最穩定的變體，但因形成它所需的活化能很高，故在一般條件下，其他變體不容易轉變?yōu)楹诹祝挥性?200MPa（12000atm的壓力下，將白磷加熱到473K方能轉化類(lèi)似石墨片狀結構的黑磷。黑磷能導電。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。
毒理性質(zhì)
急救措施
皮膚接觸：立即脫去污染的衣著(zhù)，用大量流動(dòng)清水沖洗20～30 分鐘。如有不適感，就醫。
吸入：迅速脫離現場(chǎng)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(jìn)行心肺復蘇術(shù)。就醫。
食入：飲水，禁止催吐。如有不適感，就醫。
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(shí)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，以防復燃。清理時(shí)須注意防范，以免灼傷。
泄漏應急措施
應急處理：消除所有點(diǎn)火源。隔離泄漏污染區，限制出入。建議應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。大量泄漏：用水潤濕，并筑堤收容。防止泄漏物進(jìn)入水體、下水道、地下室或密閉性空間。
接觸控制/個(gè)體防護
工程控制：密閉操作，局部排風(fēng)。
呼吸系統防護：可能接觸其粉塵時(shí)，應該佩戴過(guò)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：工作現場(chǎng)禁止吸煙、進(jìn)食和飲水。工作完畢，淋浴更衣。及時(shí)換洗工作服。
穩定性和反應性
穩定性：穩定
禁忌物：強氧化劑、酸類(lèi)、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(chǎng)商或在規定場(chǎng)所掩埋。
運輸信息
危規號：41001
UN 編號：1338
包裝標志：易燃固體
包裝類(lèi)別：Ⅲ類(lèi)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(shí)運輸車(chē)輛應配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。裝運本品的車(chē)輛排氣管須有阻火裝置。運輸過(guò)程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴禁與氧化劑、鹵素、鹵化物、等混裝混運。運輸途中應防曝曬、雨淋，防高溫。中途停留時(shí)應遠離火種、熱源。車(chē)輛運輸完畢應進(jìn)行徹底清掃。鐵路運輸時(shí)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(guò)專(zhuān)門(mén)培訓，嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴自吸過(guò)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(chǎng)所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統和設備。避免產(chǎn)生粉塵。避免與氧化劑、鹵素、鹵化物接觸。搬運時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。禁止震動(dòng)、撞擊和摩擦。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。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(guò)35℃，相對濕度低于80%。遠離火種、熱源。應與氧化劑、鹵素、鹵化物等分開(kāi)存放，切忌混儲。采用防爆型照明、通風(fēng)設施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設備和工具。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。禁止震動(dòng)、撞擊和摩擦。
應用領(lǐng)域
食物中有很豐富的磷，故磷缺乏是少見(jiàn)的，磷攝入或吸
收的不足可以出現低磷血癥，引起紅細胞、白細胞、血小板的異常，軟骨病；因疾病或過(guò)多的攝入磷，將導致高磷血癥，使血液中血鈣降低導致骨質(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成材料，促成骨骼和牙齒的鈣化不可缺少的營(yíng)養素。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(shí)，雖然骨骼已經(jīng)停止生長(cháng)，但其中的鈣與磷仍在不斷更新，每年約更新20%。也就是說(shuō)，每隔5年就更新一遍。可是牙齒一旦長(cháng)出后，便會(huì )失去自行修復的能力。如果兒童長(cháng)牙時(shí)缺鈣，牙齒就容易損壞。
2．保持體內ATP代謝的平衡。
4．參與體內的酸堿平衡的調節，參與體內能量的代謝。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(yíng)養素在氧化時(shí)會(huì )放出熱能，但這種能量并不是一下子放出來(lái)的，這其中磷在貯存與轉移能量的過(guò)程中扮演著(zhù)重要角色。
對植物的影響
磷肥能夠促進(jìn)番茄花芽分化，提早開(kāi)花結果，促進(jìn)幼苗
根系生長(cháng)和改善果實(shí)品質(zhì)。缺磷時(shí)，幼芽和根系生長(cháng)緩慢，植株矮小，葉色暗綠，無(wú)光澤，背面紫色。
磷酸鈣
番茄對磷的吸收以植株生長(cháng)前期為高，在第一穗果實(shí)長(cháng)到核桃大小時(shí)，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(jìn)行根外追肥。磷在植物體內促進(jìn)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(cháng)結果期，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。當磷進(jìn)入植物體后，大部分成為有機物，有一部分仍然保持無(wú)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A(yíng)TP的反應中起關(guān)鍵作用，磷在糖類(lèi)代謝、蛋白質(zhì)代謝、和脂肪代謝中起著(zhù)重要的作用。
施磷能夠促進(jìn)各種代謝正常進(jìn)行，植物生長(cháng)發(fā)育良好，同時(shí)提高植物的抗寒性和抗旱性。由于磷與糖類(lèi)、蛋白質(zhì)和脂肪的代謝和三者相互轉變都有關(guān)系，不論栽培糧食作物、豆類(lèi)作物和油類(lèi)作物都需要磷肥。
元素間的影響
軍事用途
白磷是一種無(wú)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(lèi)似于大蒜，燃點(diǎn)極低，一旦與氧氣接觸就會(huì )燃燒，發(fā)出黃色火焰的同時(shí)散發(fā)出濃烈的煙霧。可以用來(lái)燃燒普通燃燒材料難以燃燒的物質(zhì)，其特點(diǎn)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，當它接觸到人的身體后，肉皮會(huì )被穿透，然后再深入到骨頭。
磷彈
白磷燃燒彈即應用此性質(zhì)，是非常厲害的燃燒彈，沾到皮膚上的話(huà)很難及時(shí)去除，燃燒溫度又高，可以一直燒到骨頭，同時(shí)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。
白磷彈基本結構，就是在彈體內充填磷藥，遇空氣即開(kāi)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(xiāo)針、限位器、保險與解除保險裝置、延期雷管、拋射藥和機械時(shí)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，殺傷效果極佳，曾被1980年通過(guò)的《聯(lián)合國常規武器公約》列為違禁武器，不允許對平民或在平民區使用。盡管美國沒(méi)有簽署該公約，似乎可不受其制約，但作為一項被80多個(gè)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(huì )的一員，理應自覺(jué)遵守，否則就會(huì )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，二戰末期各國陸軍就開(kāi)始使用了，美軍似乎是放在化學(xué)迫擊炮連內.
煙幕彈中裝有白磷，當其引爆后，白磷會(huì )在空氣中迅速燃燒：4P+5O2 === ( 點(diǎn)燃 ) 2P2O5生成物P2O5. 后與空氣中的水分以生化學(xué)反應：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，應立即進(jìn)行外科處理（將傷處切除）。
參考資料
[1]
無(wú)色、無(wú)味、吸入致死！當心這種有毒氣體2021-02-18T19:55:07+08:00[引用日期2022-06-08 10:39:59]
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