3PCl+S2Cl2=PCl5+2PSCl3.
Гидролизуется водой до триоксихлорида:
PCl5+H2O=POCl3+2HCl
Находит широкое применение при получении других соединений фосфора и в органическом синтезе.
Оксид фосфора (V) (фосфорный ангидрид) Р2О5. Известно несколько полиморфных модификаций пентаоксида фосфора, наибольшее значение из них имеет так называемая Н-форма и именно она производится промышленностью при сжигании фосфора в избытке сухого воздуха. Н-форма – белый кристаллический, чрезвычайно гигроскопичный порошок, возгоняющийся при 359°С. При поглощении влаги из воздуха превращается в сложную смесь метафосфорных кислот, но при взаимодействии с избытком теплой воды превращается в фосфорную кислоту:
P4O10+6H20=4H3PO4.
Фрагмент его «алмазоподобной» структуры можно легко получить из такового для Р4О6.
Фосфорный ангидрид – наиболее сильный из известных осушающих агентов. Благодаря этому имеет широкое применение в лабораторной практике. Он дегидратирует концентрированную серную, азотную, хлорную и другие кислоты, а также многие органические соединения:
4HNO3+P4O10=2N2O5+4HPO3
2H2SO4+P4O10=2SO3+4HPO3.
На практике дегидратирующая способность Р4О10 осложняется образованием на его поверхности плотной пленки фосфорных кислот. Частично этого можно избежать, используя смесь фосфорного ангидрида со стекловатой.
Оксид фосфора (V) – конденсирующий и дегидратирующий агент в органическом и неорганическом синтезе. Катализатор (нанесенный на кизельгур) полимеризации изобутилена.
Ортофосфорная кислота, часто называемая просто фосфорной, Н2РО4. Бесцветные кристаллы, расплывающиеся на воздухе. Тпл 38,5°С. Впервые фосфорная кислота была описана в 1680 Робертом Бойлем, который установил, что водный раствор продукта сгорания фосфора обладает кислыми свойствами. В промышленности фосфорную кислоту получают двумя способами: растворением фосфорного ангидрида в воде («сухой» процесс) и обработкой апатитового концентрата 85-90%-ой серной кислотой («мокрый» процесс):
Ca10(PO4)6F2+10H2SO4+20H2O=6H3PO4+2HF+10CaSO4·2H2O
Второй способ более экономичен, и большая часть кислоты (для получения удобрений) производится именно так, но чистую Н3РО4 получают первым способом.
Фосфорная кислота трехосновна, однако константа диссоциации по третьей очень мала (К3=4,4·10-13), поэтому в водном растворе она титруется только до гидрофосфата, т.е. как двухосновная. Образует одно-, двух- и трехзамещенные неорганические фосфаты.
Фосфорная кислота находит широкое применение в металлургии – для чистки, травления и электрополировки поверхностей металлов. Разбавленная кислота используется в качестве «преобразователя ржавчины», так как образует на поверхности железа и стали нерастворимую пленку кислого фосфата железа, предохраняющую металл от коррозии. Используется и как связующий агент во многих строительных материалах. Пищевая кислота применяется при изготовлении безалкогольных напитков и многих других продуктов.
Фосфаты аммония придают огнестойкость древесине. Фосфаты кальция и натрия широко используются в пищевой промышленности (разрыхлители теста, стабилизаторы молочных продуктов), являются компонентами зубных паст и чистящих средств. Кроме того, одна из самых важных областей применения фосфатов щелочных металлов – приготовление буферных систем, самой известной из которых является смесь KH2PO4 и Na2HPO4.
Фосфор – биогенный элемент
В атмосфере Земли фосфор отсутствует полностью.
Биохимия фосфора и его значение в питании человека. Жизнь не может существовать без фосфора, этот элемент необходим как субмикроскопическим частицам – вирусам, так и высокоорганизованным живым системам животным и человеку. Фосфор – шестой по содержанию элемент в организме человека после кислорода, водорода, углерода, азота и кальция. Количество фосфора составляет 1-1,5% от массы тела.
Можно выделить несколько важнейших функций, выполняемых соединениями фосфора в организме человека:
Рост и поддержание целостности костной ткани и зубов. В костях содержится примерно 85% от общего количества фосфора (в виде гидроксиапатита) в организме.
Участие в катаболических и анаболических реакциях. Особенно важны содержащие фосфор коферменты – низкомолекулярные вещества небелковой природы, действующие в составе ферментов и необходимые при специфических превращениях. Некоторые коферменты многим хорошо известны – это аденозитрифосфат (АТФ), никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАТФ), флавинмононуклеод (ФМН), пиридоксальфосфат, тиаминпирофосфат, кофермент А и другие. Каждый кофермент выполняет определенную функцию в клетке. Например, гидролиз АТФ до АДФ – реакция, при сопряжении с которой потенциально эндергонические реакции (с поглощением энергии) превращаются в экзергонические (с выделением энергии) что необходимо при осуществлении важнейших биохимических процессов.
Служит предшественником в синтезе фосфолипидов – эфиров фосфорной кислоты и липидов (содержат остатки глицерина или сфогнозина, жирных кислот и фосфорной кислоты). Фотолипиды обладают интересной особенностью – растворяются как в воде (за счет фосфата), так и масле (за счет углеводородного остатка жирной кислоты) и эта характерная черта делает их важным компонентом клеточной мембраны, так как такая структура оболочки позволяет проникать внутрь клетки (или из неё) как водо-, так и жирорастворимым питательным веществам.
Служит предшественником в синтезе ДНК и РНК. Эти носители генетической информации были впервые выделены в 1869 Мишером и названы им нуклеином. Мишер установил содержание значительного количество фосфора в нуклеине. ДНК и РНК представляют собой двухцепочечные спирализованные полимены молекулы. Остов их образован остатками пентоз (дезоксирибозы для ДНК и рибозы для РНК) и фосфора. Важность фосфора в сохранении целостности РНК и ДНК была подтверждена на опытах с фагами (вирусами, заражающими клетки бактерий), меченными радиофосфором. Их называли фагами-самоубийцами, так как по мере распада радиоактивного фосфора, структура нуклеиновой кислоты повреждалась настолько, что это становилось летальным для вируса.
Участвует (около 1% Р в организме) в создании буферной емкости жидкостей и клеток тела. И этим все сказано.
Во всех живых организмах элемент №15 находится исключительно в виде ортофосфат-аниона или органических эфиров фосфорной кислоты (фактически в виде неорганического фосфора), поэтому, наряду с термином «фосфор», при обсуждении биологической роли элемента, часто используют понятие «неорганический фосфат».
Значение фосфатов в питании человека огромно. Практически весь фосфор усваивается организмом человека в виде неорганических фосфатов, в среднем всасывается около 70% потребляемого с пищей фосфора. Суточная потребность в элементе для беременных и кормящих женщин составляет 1500 мг, для детей 2-6 лет 800 мг, детей 10-12 лет – 1200 мг, взрослого человека 800 мг.
В силу распространенности фосфатов в природе, обычный дневной рационно взрослого человека содержит фосфора в 7-10 раз больше суточной потребности в нем, поэтому встречаться со случаями недостаточного поступления этого элемента в организм приходится очень редко. Важнее правильное сочетание в рационе кальция и фосфора, ведь образование костной ткани связано с обоими этими элементами. Замечено, что если организм испытывает недостаток кальция, то, как правило, тут же обнаруживается переизбыток фосфора, и наоборот. Детальные исследования позволили установить, эквивалентна таковой для кальция, то есть пища должна содержать одинаковые количества по массе фосфора и кальция (исключение – норма для грудных детей).
Ниже приводятся некоторые примеры содержания фосфора и кальция в обычной пище:
Продукт Са, мг/100г Р, мг/г Са/Р
Жаренная говядина 12 250 0.05
Цельное молоко 118 93 1,26
Вареная фасоль 50 37 1,35
Жареная треска 31 274 0,11
Пшеничный хлеб 84 254 0,33
Картофель 7 53 0,13
Яблоки 7 10 0,70
Яйцо куриное 54 205 0,26
Известны и некоторые заболевания, связанные с избытком фосфата в пище.
Фосфор, минеральный элемент питания, соединения которого активно участвуют во многих обменных процессах. В теле взрослого человека содержится 600-900 г фосфора (в основном в костях в виде фосфата кальция). Органические фосфаты – подлинные аккумуляторы энергии, обеспечивающей протекание всех жизненных процессов в мозге, нормального функционирования нервной системы, мышц, печени и других органов. Велика пластическая роль фосфора. Он является компонентом систем поддержания кислотно-щелочного равновесия в организме.
Недостаток фосфора в организме чаще всего связан с несбалансированностью питания. В частности, этому способствует избыток кальция при дефиците белков и витамина D. Проявляется это потерей аппетита, апатией, снижением умственной и физической работоспособности, похудением. Излишнее поступление фосфора в организм вероятно при длительном преобладании в питании мясных, рыбных и зерновых продуктов.
Основными источниками фосфора для человека являются животные продукты – мясо, рыба, яичный желток, сыр, которые хорошо усваиваются. Из зерновых и бобовых соединения фосфора усваиваются плохо, так как в кишечнике человека отсутствует расщепляющий их фермент. Воздействие дрожжей в процессе выпечки хлеба, а так же замачивание круп и бобовых перед кулинарной
обработкой улучшают усвоение фосфора.
Суточной нормой фосфора для взрослого человека считается 1-1,5 г. Потребность в нем увеличивается при физической нагрузке, беременности (до 3г), кормлении грудью (до 3,8г). Обычный рацион питания, за редким исключением, полностью обеспечивает потребность организма в этом элементе.