Jak se vyrábí fosfor?

Fosfor je jedním z nejdůležitějších prvků pro správnou výživu a vývoj rostlinného organismu. V přírodě se však fosfor nenachází v čisté formě (okamžitě se oxiduje na vzduchu), takže rostliny musí „extrahovat“ živiny z minerálních a organických sloučenin. Moderní zemědělské půdy obsahují velmi málo takových sloučenin, takže agroprůmyslové podniky jsou nuceny samostatně aplikovat chemická hnojiva do půdy. Pro uspokojení potřeb domácího (i celosvětového) zemědělství ruský chemický komplex aktivně vyrábí fosfátová hnojiva.

Potenciál tohoto segmentu tuzemského trhu je velmi velký – chemické podniky u nás ročně vyrobí základní minerální hnojiva (fosfor, dusík, draslík) v objemu přesahujícím 13 milionů tun. Takové produkční sazby plně pokrývají potřeby ruských farmářů a umožňují exportovat hnojiva do jiných zemí světa.

Hlavní těžba surovin se provádí za polárním kruhem – v oblasti Murmansk. Výroba fosfátových hnojiv je soustředěna v centrálních oblastech země – Čerepovec, Nižnij Novgorod, Voskresensk. Také hnojiva se vyrábějí z výrobního odpadu v některých hutních podnicích na Uralu.

Suroviny pro získávání fosforečných hnojiv

Výroba fosfátových hnojiv se provádí z rud obsahujících fosfor (apatity, fosfority), které neobsahují více než 40 % oxidu fosforečného. K obohacení surovin se používají různé metody, sledující jeden cíl – získat soli kyseliny ortofosforečné. Z těchto solí se pak vyrábějí fosforečná minerální hnojiva, která jsou rostlinami snadno vstřebatelné.

Hlavní skupiny hnojiv na bázi fosforu

Fosfátová hnojiva rozpustná ve vodě (granulované a práškové) se vlivem půdní vlhkosti rozkládají na živiny, které vstupují do těla rostliny kořenovým systémem. V této kategorii jsou nejoblíbenější jednoduché, dvojité a trojité superfosfáty – vynikající hnojiva pro brambory, rutabagu, zelí a další plodiny.

Fosforová hnojiva rozpustná v citrátech a citronech se zavádějí před začátkem setí. Nejúčinnějšími hnojivy této skupiny jsou kostní moučka, získaná mletím zvířecích kostí, termofosfáty a sraženina. Tyto látky jsou vhodné pro krmení jakýchkoli kulturních rostlin a všech typů půd, ale největší účinek mají v kyselých půdách.

Těžce rozpustná fosfátová hnojiva Působí pomalu, ale dobře nasycují půdu živinami. Zpravidla se taková hnojiva (fosforitová mouka, vivianit) používají ke zvýšení výnosu ozimých plodin.

Úloha fosforečných hnojiv v životě rostlin

Fosfor se aktivně podílí na fotosyntéze a dýchání, reguluje propustnost buněčných membrán a stimuluje procesy výměny energie mezi všemi částmi rostlinného těla.

Optimální doba pro hnojení fosforem je počáteční fáze vývoje rostlin, protože tento prvek pomáhá posilovat kořenový systém. Nedostatek fosforu v raném vegetačním období má nevratné následky, které nelze napravit následným intenzivním krmením. Výsledkem hladovění fosforem bude výrazné zpoždění kvetení a dozrávání plodů. Nedostatek fosforu navíc snižuje celkový výnos a zralé plody mají nízký obsah cukrů a bílkovin.

Včasná aplikace hnojiv obsahujících fosfor pomůže vyhnout se negativním důsledkům. Pokud jde o typ výživy, čisté tovární přípravky jsou nejlepší volbou pro velké zemědělské podniky. Komplexní hnojiva dusík-fosfor-draslík jsou nejvhodnější pro malé farmy a pozemky pro domácnost. Komplexní chemické složení poskytuje rostlinám celou řadu užitečných prvků a pomáhá bojovat proti negativním povětrnostním vlivům a nemocem. Správné používání takových hnojiv je jistý způsob, jak vypěstovat zdravou a bohatou úrodu.

Už jste se rozhodli pro styl? Objednejte si od Landu projekt na klíč a splňte si svůj sen

Fosfor – jeden z nejběžnějších prvků zemské kůry, jeho obsah je 0,08-0,09% jeho hmotnosti. Nenachází se ve volném stavu kvůli své vysoké chemické aktivitě. Tvoří asi 190 minerálů, z nichž nejvýznamnější jsou Ca apatit₅(PO₄)₃(F,Cl,OH) fosforit Ca₃(PO₄)₂ a další. Fosfor se nachází ve všech částech zelených rostlin, ještě více v ovoci a semenech (viz fosfolipidy). Je obsažen v živočišných tkáních a je součástí bílkovin a dalších esenciálních organických sloučenin (ATP) a je součástí života.

Příběh

Schéma atomu fosforu

Fosfor objevil hamburský alchymista Hennig Brand v roce 1669. Stejně jako ostatní alchymisté se Brand pokusil najít elixír života nebo kámen mudrců a dostal svítící látku.

O něco později fosfor získal další německý chemik Johann Kunkel.

Bez ohledu na Branda a Kunkela fosfor získal R. Boyle, který jej popsal v článku „Metoda přípravy fosforu z lidské moči“ ze 14. října 1680 a publikovaném v roce 1693.

Zlepšenou metodu výroby fosforu publikoval v roce 1743 Andreas Marggraf.

Existují důkazy, že arabští alchymisté dokázali získat fosfor ve 12. století.

Původ názvu

V roce 1669 Henning Brand zahřátím směsi bílého písku a odpařené moči získal látku, která ve tmě svítila, nejprve nazvanou „studený oheň“. Sekundární název “fosfor” pochází z řeckých slov “phos” – světlo a “phero” – nést. Ve starověké řecké mytologii nesl jméno Phosphorus (nebo Eosphorus, řecky Φώσφορος) strážce Jitřenky.

Příjem

Fosfor se získává z apatitů nebo fosforitů v důsledku interakce s koksem a oxidem křemičitým při teplotě 1600 °C:

Vzniklé páry bílého fosforu kondenzují v nádobě pod vodou. Místo fosforitů lze redukovat jiné sloučeniny, například kyselinu metafosforečnou:

Fyzikální vlastnosti

Elementární fosfor za normálních podmínek představuje několik stabilních alotropních modifikací; Otázka alotropie fosforu je složitá a ne zcela vyřešená. Obvykle existují čtyři modifikace jednoduché látky – bílý, červený, černý a kovový fosfor. Někdy se jim také říká hlavní alotropní modifikace, což znamená, že všechny ostatní jsou variací těchto čtyř. Za normálních podmínek existují pouze tři alotropní modifikace fosforu a za podmínek ultravysokého tlaku existuje i kovová forma. Všechny modifikace se liší barvou, hustotou a dalšími fyzikálními vlastnostmi; Je patrná tendence k prudkému poklesu chemické aktivity při přechodu z bílého na kovový fosfor a ke zvýšení kovových vlastností.

Alotropní modifikace fosforu

Bílý fosfor

Bílý fosfor je bílá látka (vlivem nečistot může mít nažloutlý odstín) s bodem tání 44,1 °C. Vzhledově je velmi podobný rafinovanému vosku nebo parafínu, lze jej snadno řezat nožem a s malou námahou se deformuje. Odlévá se v inertní atmosféře ve formě tyčinek (ingotů), konzervuje se za nepřítomnosti vzduchu pod vrstvou čištěné vody nebo ve speciálních inertních prostředích. Chemicky je bílý fosfor extrémně aktivní. Například bílý fosfor se pomalu oxiduje vzdušným kyslíkem již při pokojové teplotě a svítí (bledě zelená záře). Jev tohoto druhu záře v důsledku chemických oxidačních reakcí se nazývá chemiluminiscence (někdy mylně fosforescence). Bílý fosfor je nejen chemicky aktivní, ale také velmi toxický (způsobuje poškození kostí, kostní dřeně, nekrózy čelistí) a je snadno rozpustný v organických rozpouštědlech. Smrtelná dávka bílého fosforu pro dospělého muže je 0,05-0,1 g. Rozpustnost bílého fosforu v sirouhlíku se používá k průmyslovému čištění od nečistot. Hustota bílého fosforu je nejnižší ze všech jeho modifikací a je asi 1823 kg/m³.

žlutý fosfor

Nečištěný bílý fosfor se běžně nazývá „žlutý fosfor“. Vysoce toxická (MPC 0,03 mg/m³), hořlavá krystalická látka světle žluté až tmavě hnědé barvy. Měrná hmotnost 1,83 g/cm³, taje při +34 °C, vře při +280 °C. Je nerozpustný ve vodě, na vzduchu snadno oxiduje a samovolně se vznítí. Hoří oslnivým jasně zeleným plamenem vydávajícím hustý bílý kouř – malé částice tetrafosfor dekaoxidu P₄O₁₀ [2]. Navzdory skutečnosti, že v důsledku reakce mezi fosforem a vodou (4P + 6H₂O → RN₃ + 3H₃RO₂) uvolňuje se jedovatý plyn fosfin (PH).₃), k uhašení fosforu použijte vodu ve větším množství (pro snížení teploty ohně a přeměnu fosforu na pevné skupenství) nebo roztok síranu měďnatého (síran měďnatý), po uhašení fosforu zasypte mokrým pískem. K ochraně před samovznícením se žlutý fosfor skladuje a přepravuje pod vrstvou vody (roztok chloridu vápenatého).

Červený fosfor

Červený fosfor, nazývaný také fialový fosfor, je termodynamicky stabilnější modifikací elementárního fosforu. Poprvé ho získal v roce 1847 ve Švédsku rakouský chemik A. Schrötter zahříváním bílého fosforu na 500 °C v atmosféře oxidu uhelnatého (CO) v zatavené skleněné ampuli.

Červený fosfor má vzorec (P₄)_n a je to polymer se složitou strukturou. Podle způsobu výroby a stupně rozdrcení červeného fosforu má odstíny od purpurově červené po fialovou, v litém stavu má tmavě fialový kovový lesk s měděným odstínem. Chemická aktivita červeného fosforu je výrazně nižší než u bílého fosforu; vyznačuje se výjimečně nízkou rozpustností. Červený fosfor je možné rozpustit pouze v určitých roztavených kovech (olovo a vizmut), což se někdy používá k získání velkých krystalů. Například německý fyzikální chemik I.V Hittorf v roce 1865 jako první získal dokonale konstruované, ale malé krystaly (Hittorfův fosfor). Na vzduchu se červený fosfor vznítí při vysokých teplotách (kdy se při sublimaci přemění na bílou formu) a zcela postrádá fenomén chemiluminiscence. Jeho toxicita je tisíckrát menší než u bílého, proto se používá mnohem šířeji např. při výrobě zápalek (třecí plocha krabiček je potažena kompozicí na bázi červeného fosforu). Hustota červeného fosforu je také vyšší a dosahuje 2400 kg/m³ v lité formě. Při skladování na vzduchu červený fosfor v přítomnosti vlhkosti postupně oxiduje, tvoří hygroskopický oxid, absorbuje vodu a zvlhne („nasákne“) za vzniku viskózní kyseliny fosforečné; proto se skladuje ve vzduchotěsné nádobě. Při „namáčení“ se promyjí vodou, aby se odstranily zbytkové kyseliny fosforečné, vysuší se a použijí k určenému účelu.

Černý fosfor

Černý fosfor je termodynamicky nejstabilnější a chemicky nejméně aktivní forma elementárního fosforu. Černý fosfor byl poprvé získán v roce 1914 americkým fyzikem P. W. Bridgmanem z bílého fosforu ve formě černých lesklých krystalů s vysokou (2690 kg/m³) hustotou. K provedení syntézy černého fosforu použil Bridgman tlak 2 10 9 Pa (20 tisíc atmosfér) a teplotu asi 200 ° C. Počátek rychlého přechodu leží v oblasti 13 000 atmosfér a teplotě asi 230 °C.

Černý fosfor je černá látka s kovovým leskem, mastná na dotek a velmi podobná grafitu a absolutně nerozpustná ve vodě nebo organických rozpouštědlech. Černý fosfor lze zapálit pouze jeho silným zahřátím v atmosféře čistého kyslíku na 400 °C. Úžasnou vlastností černého fosforu je jeho schopnost vést elektrický proud a vlastnosti polovodičů. Teplota tání černého fosforu je 1000 °C při tlaku 18·10 5 Pa.

Kovový fosfor

Při tlaku 8,3 10 10 Pa se černý fosfor přeměňuje na novou, ještě hustší a inertní kovovou fázi s hustotou 3,56 g/cm³ a ​​s dalším zvýšením tlaku na 1,25 10 11 Pa se stává ještě hustším a stává se krychlovým krystalem. mřížka, přičemž její hustota se zvýší na 3,83 g/cm³. Kovový fosfor velmi dobře vede elektřinu.

Chemické vlastnosti

Chemická aktivita fosforu je mnohem vyšší než u dusíku. Chemické vlastnosti fosforu jsou do značné míry určeny jeho alotropní modifikací. Bílý fosfor je velmi aktivní v procesu přechodu na červený a černý fosfor, chemická aktivita prudce klesá. Bílý fosfor svítí ve tmě na vzduchu;

V kapalném a rozpuštěném stavu, stejně jako v parách do 800 ° C, se fosfor skládá z molekul P₄. Při zahřátí nad 800 °C se molekuly disociují: P₄ = 2Р₂. Při teplotách nad 2000 °C se molekuly rozpadají na atomy.

Interakce s jednoduchými látkami

Fosfor se snadno oxiduje kyslíkem:

• 4P+5O₂ → 2P₂O₅ (s přebytkem kyslíku)
• 4P+3O₂ → 2P₂O₃ (s pomalou oxidací nebo nedostatkem kyslíku).

Interaguje s mnoha jednoduchými látkami – halogeny, sírou, některými kovy, které vykazují oxidační a redukční vlastnosti:

s nekovy – redukční činidlo:

Neinteraguje s vodíkem.

Interakce s vodou

Interakce s vodou a disproporce:

Interakce s alkáliemi

V alkalických roztocích dochází k disproporcionaci ve větší míře:

Regenerační vlastnosti

Silná oxidační činidla přeměňují fosfor na kyselinu fosforečnou:

K oxidační reakci dochází také při zapálení zápalek Bertholletova sůl působí jako oxidační činidlo:

přihláška

Fosfor je nejdůležitější biogenní prvek a zároveň nachází velmi široké uplatnění v průmyslu. Při výrobě zápalek se používá červený fosfor. Ten se spolu s jemně broušeným sklem a lepidlem nanese na boční plochu krabičky. Když se hlavička zápalky, která obsahuje chlorečnan draselný a síru, tře, dojde ke vznícení.

Elementární fosfor

Snad první vlastností fosforu, kterou mu člověk dal do služeb, je hořlavost. Hořlavost fosforu je velmi vysoká a závisí na alotropní modifikaci.

Chemicky nejaktivnější, nejjedovatější a nejhořlavější je bílý („žlutý“) fosfor, proto se velmi často používá (v zápalných bombách apod.).

Červený fosfor je hlavní modifikací vyráběnou a spotřebovávanou průmyslem. Používá se při výrobě zápalek, výbušnin, zápalných směsí, paliv, ale i vysokotlakých maziv a jako pohlcovač plynů při výrobě žárovek.

Sloučeniny fosforu v zemědělství

Fosfor (ve formě fosfátů) je jednou ze tří základních živin (NPK) a podílí se na syntéze ATP. Většina vyrobené kyseliny fosforečné se používá k výrobě fosforečných hnojiv – superfosfát, sraženina, amofosfát atd.

Sloučeniny fosforu v průmyslu

Fosfáty jsou široce používány:

jako komplexotvorná činidla (změkčovače vody),
jako součást pasivátorů kovových povrchů (ochrana proti korozi, např. tzv. majef composition),

Fosfátová pojiva

Schopnost fosfátů tvořit silnou trojrozměrnou polymerní síť se využívá k výrobě fosfátových a aluminofosfátových pojiv

Biologická úloha sloučenin fosforu

Fosfor je přítomen v živých buňkách ve formě orto- a pyrofosforečné kyseliny a je součástí nukleotidů, nukleových kyselin, fosfoproteinů, fosfolipidů, koenzymů a enzymů. Lidské kosti se skládají z hydroxylapatitu 3Ca₃(RO₄)₃CaF₂. Složení zubní skloviny zahrnuje fluorapatit. Játra hrají hlavní roli v přeměně sloučenin fosforu v lidském a zvířecím těle. Metabolismus sloučenin fosforu je regulován hormony a vitaminem D. Denní potřeba fosforu u člověka je 800-1500 mg. S nedostatkem fosforu v těle vznikají různá onemocnění kostí.

Toxikologie elementárního fosforu

Červený fosfor prakticky netoxický. Červený fosforový prach při vdechnutí do plic způsobuje chronický zápal plic.
Bílý fosfor velmi toxický, rozpustný v lipidech. Smrtelná dávka bílého fosforu je 50-150 mg. Když se bílý fosfor dostane na kůži, způsobuje těžké popáleniny.

Akutní otrava fosforem se projevuje pálením v ústech a žaludku, bolestí hlavy, slabostí a zvracením. Po 2-3 dnech se rozvine žloutenka. Chronické formy jsou charakterizovány poruchami metabolismu vápníku a poškozením kardiovaskulárního a nervového systému. První pomocí při akutní otravě je výplach žaludku, laxativa, čistící klystýry, nitrožilní roztoky glukózy. Při popáleninách kůže ošetřete postižená místa roztoky síranu měďnatého nebo sody. Maximální přípustná koncentrace pro páry fosforu ve vzduchu je 0,03 mg/m³.

Toxikologie sloučenin fosforu

Některé sloučeniny fosforu (fosfin) jsou velmi toxické. Chemické bojové látky sarin, soman a tabun jsou sloučeniny fosforu.