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磷

磷(Phosphorus),元素周期表第三周期第15族非金属元素,元素符号P,原子序数15,相对原子质量30.973762。磷有多种同素异形体,如白磷(或黄磷)、红磷等。白磷有两种形态,在通常状态下,白磷是一种蜡状白色固体,纯化后的白磷是无色透明的。白磷不溶于水,但可溶于二硫化碳。白磷在空气中会发生自燃,生成P₄O₁₀;当暴露在阳光照射下或在隔绝空气加热到250℃的情况下时,白磷会转化为红磷。红磷不会发生自燃,危险性也比白磷要低一些。红磷相当稳定,并可在1个标准大气压、417℃时升华。磷是一种生命必需的元素,存在于神经组织、骨骼和细胞质中。磷用于制造磷肥、磷酸、烟火、火柴、杀虫剂、磷青铜等。

研究简史

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白磷白磷

关于磷元素的发现,还得从欧洲中世纪的炼金术说起。那时候,盛行着炼金术,据说只要找到一种聪明人的石头──哲人石,便可以点石成金,让普通的铅、铁变成贵重的黄金。炼金术家仿佛疯子一般,采用稀奇古怪的器皿和物质,在幽暗的小屋里,口中念着咒语,在炉火里炼,在大缸中搅,朝思暮想寻觅点石成金的哲人石。

1669年,德国汉堡一位叫布兰德(Brand H)的商人在尿液中发现了磷,其每个实验室用了至少50—60桶尿液,并且花费了至少两个星期才完成。

2022年6月26日,中国林学会发布了“十三五”期间林草科技十大进展。其中包括,创制典型森林、湿地生态系统功能提升理论与技术。揭示湿地关键脱氮微生物类群及其作用机制、低温反应及“基质—水”界面磷的吸附解析过程。

2023年6月,在土卫二的海洋中检测到生命的关键组成元素磷,这些磷以磷酸盐的形式存在。

理化性质

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物理性质

红磷红磷

单质磷有几种同素异形体:黑磷,黑色晶体,不能燃烧,相对密度为2.7g/cm³,不溶于二硫化碳和浓硫酸;红磷,红褐色立方晶体或无定形粉末,无毒,相对密度为2.34g/cm³,熔点590℃(4.356MPa),200—280℃自燃,极微溶于冷水,不溶于热水、二硫化碳、乙醚和液氨,溶于无水乙醇;紫磷,紫色晶体,相对密度为2.36g/cm³,熔点590℃,不溶于有机溶剂;黄磷,又称白磷,黄色或白色晶体或蜡状固体,有毒,相对密度为1.82g/cm³(20℃),熔点44.1℃,沸点280℃,不溶于冷水,微溶于热水和乙醇,溶于二硫化碳、苯、液氨、碱、乙醚、氯仿和甲苯。

化学性质

  • 磷与空气的反应

    暴露在潮湿空气中的白磷会在暗处发光,是一种化学发光(燃烧)过程。操作白磷时必须要非常小心。白磷在室温下就可以自燃,形成五氧化二磷——实际上是十氧化四磷(P₄O₁₀)。

    在精心控制的条件(75%O₂,25%N₂,50℃,90mmHg)下,会生成混合物,其中的部分产物是三氧化二磷——实际上则是六氧化四磷(P₄O₆)。%20

  • 磷与卤素单质的反应

    白磷(P₄)在室温下同所有的卤素单质的反应都很迅速,其反应产物是三卤化磷。磷与氟气(F₂)、氯气(Cl₂)、溴单质(Br₂)、碘单质(I₂)分别反应生成氟化磷(Ⅲ)(PF₃)、氯化磷(Ⅲ)(PCl₃)、溴化磷(Ⅲ)(PBr₃)和碘化磷(Ⅲ)(PI₃)与过量的氟气和氯气与磷反应可以生成五卤化物五氟化磷(PF₅)和五氯化磷(PCl₅):

    溴和碘没有类似的反应。%20

    白磷(P₄)同碘(I₂)在二硫化碳(CS₂)中发生反应,可以生成碘化磷(Ⅱ)P₂I₄。在180℃时,红磷和碘(I₂)之间的反应也会生成相同的化合物。%20

  • 制备方法

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    工业制备

    工业上主要使用那些富含磷的磷酸盐矿作为生产磷的原料。生产时需要在电炉中与沙子和碳一起加热磷酸盐,这是一种高度能密集型的生产方式。%20

    这个反应会产生中间产物“五氧化二磷”——P₄O₁₀。%20

    实验室制备

    磷非常易于实现工业生产,在实验室中通常无需制备磷。一般来说,可以从尿液中萃取磷。%20

    应用领域

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    白磷弹

    白磷主要用于生产热法磷酸、三氯化磷、三氯氧磷、五硫化二磷等磷化合物及供制造敌百虫、甲胺磷、杀虫脒、杀螟松、敌敌畏等有机磷农药和灭鼠药的原料。少量用于生产赤磷和五氧化二磷。军事上用于制造燃烧弹、曳光弹、烟幕弹和信号弹。也用于生产磷铁合金以及医药,有机原料等工业。

    红磷用于制备半导体化合物及用作半导体材料掺杂剂,可用于阻燃聚烃类、聚苯乙烯、聚酯、尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、环氧树脂、不饱和树脂、橡胶、纺织品等;而对聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯以及酚醛树脂等含氧高聚物的阻燃尤为有效。与其他磷系阻燃剂相比,相同质量的红磷能产生更多的磷酸,磷酸即可覆盖于被阻燃材料表面,又可在材料表面加速脱水碳化,形成液膜和碳层可将外部的氧,挥发性可燃物和热与内部的高聚物基质隔开而使燃烧中断。由于红磷在达到同样的阻燃要求时用量较小,而且红磷的熔点高,溶解性差,因而以红磷阻燃的高聚物的某些物理性能比用一般阻燃剂制得的同类高聚物要好。红磷与卤系阻燃剂并用,可提高阻燃效率。

    分布情况

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    自然界中不存在磷的单质,磷广泛分布于多种矿物之中。磷酸盐矿(磷灰石,含有杂质的磷酸钙)是磷的重要来源。摩洛哥、俄罗斯和美国都发现了大量的沉积磷酸盐矿。

    安全措施

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    危害防治

    禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有合适的材料收容泄漏物。禁止震动、撞击和摩擦。

    安全标志

    危规号:41001

    UN编号:1338

    包装标志:易燃固体

    包装类别:Ⅲ类包装

    毒理资料

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    磷的单质有剧毒,白磷比红磷的毒性更大。缺乏保护的情况下,在白磷环境中工作的人们会慢性中毒,并导致下颚坏死(磷颚)。磷酸酯是神经毒剂,只能由有足够资质的化学家操作。相对而言,无机磷酸盐是无害的,而过度使用含磷肥料和清洁剂,会导致磷酸盐污染。

    生理作用

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    磷是包括DNA和RNA在内的许多生物分子中的关键元素,存在于骨骼、牙齿和其他很多生命所需的化合物中。

    储存运输

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    储存方法

    白磷应保存在水中,且必须浸没在水下,隔绝空气。储存于阴、通风良好的专用库房内。库温应保持在1℃以上。远离火种、热源。应与氧化剂、酸类、卤素、食用化学品分开存放,切忌混储。

    红磷储存于阴凉、通风的库房。库温不超过35℃,相对湿度低于80%。远离火种、热源。应与氧化剂、卤素、卤化物等分开存放,切忌混储。

    运输方法

    运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。装运本品的车辆排气管须有阻火装置。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与氧化剂、卤素、卤化物、等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋,防高温。中途停留时应远离火种、热源。车辆运输完毕应进行彻底清扫。铁路运输时要禁止溜放。

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