Фосфор в окружающей среде

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Средняя школа №15 им. сержанта И.А. Василенко"  

Индивидуальный проект

по химии на тему:

"Фосфор в окружающей среде"

Автор: Каспрук Олег Анатольевич,

ученик 9 Б класса Руководитель: Габидуллина Екатерина Викторовна,

учитель химии

Актуальность

• Прочитав известное высказывание академика А.Е. Ферсмана о фосфоре, которое гласило, что фосфор является « элементом мысли» , я заинтересовался его ролью в быту человека, в окружающей среде. Почему он так назван? И чем он привлёк на себя такое внимание? Эти и ряд других вопросов, ответы на которые интересуют меня с научных позиций, легли в основу моего исследования, актуальность которой обусловлена необходимостью рассмотрения свойств фосфора и его роли в окружающей среде.

Цель работы: 

• Изучить происхождение, историю открытия, свойства , какую роль играет фосфор в окружающей среде .

Задачи:

• изучить литературные источники по данной теме;
• выяснить особенности свойств фосфора;
• обобщить материал в исследовательской работе

Физические свойства фосфора

• Элементарный фосфор при нормальных условиях существует в виде нескольких устойчивых аллотропических модификаций. Традиционно различают четыре его модификации: зеленовато-белый, красный, чёрный и металлический фосфор. Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные описываемые модификации являются смесью этих четырёх.

История фосфора

• Фосфор открыт гамбургским алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 году. Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать философский камень, а получил светящееся вещество.  
• Бранд назвал это вещество phosphorusmirabilis (лат. «чудотворный носитель света»). Открытие фосфора Брандом стало первым открытием нового элемента со времён античности.
•   Независимо от Бранда и Кункеля фосфор был получен Р. Бойлем. Существуют данные, что фосфор умели получать ещё арабские алхимики в XII в. То, что фосфор — простое вещество, доказал Лавуазье.

Происхождение названия

• В 1669 году Хеннинг Бранд при нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи получил светящееся в темноте вещество, названное сначала « холодным огнём ». Вторичное название « фосфор » происходит от греческих слов « φώς » — свет и « φέρω » — несу. В древнегреческой мифологии имя Фосфор (или Эосфор, др.-греч. Φωσφόρος) носил страж Утренней звезды.

Получение фосфора

• Фосфор получают из апатитов или фосфоритов в результате взаимодействия с коксом и кремнезёмом при температуре 1600°С:
• 2Ca 3 (PO 4 ) 2  +10C+6SiO 2  →P 4 +10CO+6CaSiO 3 . Образующиеся пары белого фосфора конденсируются в приёмнике под водой. Вместо фосфоритов восстановлению можно подвергнуть и другие соединения, например, метафосфорную кислоту:
• 4HPO 3  + 12C → 4P + 2H 2  + 12CO .

Белый фосфор (P 4 )

• Белый фосфор  представляет собой белое вещество (из-за примесей может иметь желтоватый оттенок). По внешнему виду он очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий.
• Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решётку, формула молекулы белого фосфора — P 4 , причём атомы расположены в вершинах тетраэдра. Отливаемый в инертной атмосфере в виде палочек (слитков), он сохраняется в отсутствии воздуха под слоем очищенной воды или в специальных инертных средах.
• Плохо растворяется в воде, но легко растворим в органических растворителях

Красный фосфор ( Р n )

• Красный фосфор  — это более термодинамически стабильная модификация элементарного фосфора. Впервые он был получен в 1847 году в Швеции австрийским химиком А. Шрёттером при нагревании белого фосфора при 500 °С в атмосфере угарного газа (СО) в запаянной стеклянной ампуле.
• Красный фосфор имеет формулу (Р n ) и представляет собой полимер со сложной структурой. В зависимости от способа получения и степени дробления, красный фосфор имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии — тёмно-фиолетовый с медным оттенком, имеет металлический блеск.

Химические свойства фосфора

• Химические свойства фосфора во многом определяются его аллотропной модификацией.
• Белый фосфор очень активен, в процессе перехода к красному и чёрному фосфору химическая активность снижается. Белый фосфор при окислении кислородом воздуха при комнатной температуре излучает видимый свет, свечение обусловлено фотоэмиссионной реакцией окисления фосфора.

Применение фосфора

• Красный фосфор применяют в производстве спичек. Его вместе с тонко измельчённым стеклом и клеем наносят на боковую поверхность коробки.
• Пожалуй, первое свойство фосфора, которое человек поставил себе на службу, — это горючесть. Горючесть фосфора очень велика и зависит от аллотропической модификации. Наиболее активен химически, токсичен и горюч белый («жёлтый») фосфор, потому он очень часто применяется(в зажигательных бомбах.

Соединения фосфора в сельском хозяйстве

• Фосфор (в виде фосфатов) — один из трёх важнейших биогенных элементов, участвует в синтезе АТФ. Большая часть производимой фосфорной кислоты идёт на получение фосфорных удобрений — суперфосфата, преципитата, аммофоски.

• Фосфаты широко используются:

• в качестве комплексообразователей (средства для умягчения воды),
• в составе пассиваторов поверхности металлов (защита от коррозии)

• Фосфатные связующие. Способность фосфатов формировать прочную трёхмерную полимерную сетку используется для изготовления фосфатных и алюмофосфатных связок в строительстве и художественном литье.

Биологическая роль соединений фосфора  

• Фосфор присутствует в живых клетках в виде орто- и пирофосфорной кислот
• В состав зубной эмали входит фторапатит. Основную роль в превращениях соединений фосфора в организме человека и животных играет печень.
• Обмен фосфорных соединений регулируется гормонами и витамином D. При недостатке фосфора в организме развиваются различные заболевания костей. Суточная потребность в фосфоре составляет:

• для взрослых 1,0—2,0 г
• для беременных и кормящих женщин 3—3,8 г
• для детей и подростков 1,5—2,5 г

  Токсикология элементарного фосфора  

• Красный фосфор практически нетоксичен (токсичность ему придают примеси белого фосфора). Пыль красного фосфора, попадая в легкие, вызывает пневмонию при хроническом действии. Белый фосфор очень ядовит, растворим в липидах. Попадая на кожу, тлеющий белый фосфор даёт тяжелые ожоги.
• Острые отравления фосфором проявляются жжением во рту и желудке, головной болью, слабостью, рвотой. Через 2—3 суток развивается желтуха. Для хронических форм характерны нарушение кальциевого обмена, поражение сердечно-сосудистой и нервной систем. Первая помощь при остром отравлении — промывание желудка, слабительное, очистительные клизмы, внутривенно растворы глюкозы.

Соединения фосфора в окружающей среде

• Наряду с углеродом, кислородом, водородом, азотом и серой фосфор является элементом, необходимым для существования живого вещества. Характерная особенность глобального цикла фосфора – отсутствие постоянно действующего геохимического потока, возвращающего крупные массы элемента на сушу. Единственный источник поступления элемента в глобальный цикл – выветривающиеся горные породы суши. Фосфор присутствует в почвообразующих породах, главным образом, в виде нерастворимого в воде минерала апатита

• Несмотря на общую тенденцию фосфатизации суши, запасы фосфора в почвах остаются малыми – в среднем 0,1-0,2%, из них от 20 до 40% практически недоступные растениям.
• Поэтому фосфора для земледелия не хватает и потребление его будет расти. Только одна химическая промышленность производит ежегодно 18-20 млн т фосфорных удобрений.
• В связи с ростом масштабов применения фосфорсодержащих удобрений возникает проблема загрязнения окружающей среды фтором, входящим в состав фосфатного сырья.

• Фосфорное сырье содержит еще несколько сопутствующих элементов, среди которых есть вещества, обладающие высокой токсичностью и опасным накоплением в организме человека и животных. К ним относятся свинец и кадмий. Хотя непосредственной опасности широкого загрязнения среды кадмием и свинцом из фосфорного сырья пока нет, но потенциальная все же существует.

Заключение

• Я провел планируемое исследование и узнал много нового. Над своим исследованием я трудился очень увлеченно, мне было интересно узнать, каковы состав и строение фосфора и его соединений, что придает ему такие полезные свойств., какую роль он играет в окружающейсреде.
• В перспективе мне хотелось бы обратиться к медицинскому аспекту данной темы, узнать, как именно влияет фосфор на органы и ткани человеческого организма
• Используя различные источники
• информации, мы изучили
• литературу по теме исследования.

Список литературы

• Лидин Р.А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ: Учеб.пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2012.
• Радиационная химия // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика,2008.
• Редкол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 2011
• В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др. Химия = Chemie. — М.: Химия, 2009.
• https://tvorcheskie-proekty.ru/node/3536
• https://foxford.ru/wiki/himiya/fosfor

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!