一种非金属固体元素。1669年由H.布兰德发现。至少有4种:白磷(α和β)、红磷和黑磷。白磷系一种蜡状固体,遇空气自燃形成五氧化物(P2O5)。红磷是一种较稳定的同素异形体,当白磷加热至400℃时即可获得;用于火柴。黑磷也较稳定,将白磷加热至200℃—300℃即得。磷主要存在于自然界*磷灰石(apatite)(Ca3(PO4)2)矿物中,通过与碳还原作用,或与二氧化硅高温反应即可获得。磷酸盐广泛用于生产化肥(主要为“过磷酸钙”),也用于生产清洁剂、软水剂和特殊玻璃等。磷的化合物有氢化物(磷化氢,PH3)、各种磷酸盐(如Na3PO4)和磷化物(如Na3P)。磷也存在于脱氧核糖核酸和核糖核酸分子中,因此对生命来说十分重要;骨骼中也含有磷酸盐(参见“磷灰石”[apatite]),但有些有机磷化合物有剧毒,常用作神经性毒气。原子序数15,原子量30.9738,熔点(白磷)44.1℃,沸点(白磷)280℃。

元素名称
英文名称
Phosphorus
元素符号
P
原子序号
15
分子量
30.973762
水溶性
不溶于水
CAS
号:7723-14-0
EINEECS
号:231-768-7

1元素简介

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元素符号P,原子序数15,原子量30.97。外围电子排布3s23p3,位于第3周期第ⅤA族。共价半径110pm, P3-半径212pm, P+5半径为35pm,第一电离能1011.8kJ/mol,电负性2.1。单质磷有几种同素异形体,其中的白磷或黄磷是白色或淡黄色腊状晶体,是由P4分子组成的分子晶体,P4分子是四面体构型。密度1.82g/cm3,熔点44.1,沸点280 ,着火点40,有蒜臭气味,有剧毒,致死量为60100mg。难溶于水,易溶于二硫化碳,在气态和溶液中以P4形式存在。白磷在潮湿空气中缓慢氧化,部分反应的能量以光能的形式释放出来,故在暗处可看到磷光。白磷在空气中经缓慢氧化,积蓄热量使温度达到着火点,引起自燃。白磷隔绝空气加热到400℃数小时可转化为红磷。红磷是暗红色粉末,是磷的一种稳定变体,无定形体。密度2.2g/cm3,不溶于水和二硫化碳等一般溶剂,熔点590°(4355.9kPa——43大气压),沸点200,着火点240℃。无毒。在416℃时红磷升华,它的蒸气冷却后变成白磷。在1.2×109kPa(12000大气压)200℃时,白磷可转变成一种黑色同素异形体——黑磷,它有石墨状片层结构,呈铁灰色,有金属光泽,能导电,密度2.252.69g/cm3,燃点490℃。白磷化性活泼,红磷次之,黑磷化学活动性最差。磷的各种单质都能燃烧生成五氧化二磷;白磷、红磷都易与卤素化合,生成三卤化磷或五卤化磷。白磷溶于热浓碱液中生成磷化氢和次磷酸盐, 白磷可跟金、银、铜、铅盐溶液反应。白磷用于制磷酸、燃烧弹、烟雾弹、杀鼠药等。红磷用于制火柴和农药等。1669年德国的布兰特从人尿蒸馏和干馏后的物质中制得白磷。自然界中磷以磷酸盐的形式存在,主要矿石有磷灰石。磷也是构成生物体的重要元素,存在于细胞、骨骼、蛋白质中。工业上将磷酸钙、二氧化硅和焦炭混和在电炉中反应制得白磷。

2磷的单质

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磷的单质至少有十余种同素异形体,主要的有以下几种。

黑磷(金属磷)

化学结构类似石墨,因此可导电。化学式一般写为P

将白磷在1.21×109Pa下加热,就得到黑磷。黑磷呈铁灰色,具有金属光泽,能导电,密度为2.7g/cm3,着火点是490℃,外形像石墨。黑磷的化学活动性比紫磷差,通常难于发生化学反应。性质最不活跃也最缺乏经济价值。但是最近发现的单层及多层黑磷有非常好的电学性质,可制成性能很好的p型场效应管,曾为继石墨烯,二硫化钼之后的有一个新型二维材料,预示着其在半导体行业的巨大应用前途。单层黑磷的出现必将引起一次新的低维材料研究热潮。

白磷(黄磷)

白磷白磷
化学式:P4。密度1.83/立方厘米,熔点44.4,沸点287度。淡黄蜡似半透明可结晶的固体,于黑暗中能发光。有特臭,剧毒。

红磷(赤磷)

红磷红磷
化学结构为巨型共价分子,化学式一般写为P。鲜红色粉末,密度2.296/立方厘米,熔点725度。将白磷暴露在阳光下或在一定压力条件下加热到275℃而制成的,性质相当稳定,但简单的摩擦所产生的热量即足以使其转换成性质活跃的白磷。毒性小,但因其中往往含有白磷,故也可致中毒。

红磷和白磷两者均不溶于水,易溶于脂肪、二硫化碳。在爆竹、焰火、灭鼠药、火柴、杀虫剂、磷肥及军火生产和使用中,都可接触到磷,若防护、使用不当,可发生中毒。

紫磷

化学结构为层状,但与黑磷不同,化学式一般写为P。把黑磷加热到125℃则变成钢蓝色的紫磷。紫磷的化学活动性比白磷小,但仍能被硝酸氧化成磷酸。紫磷跟氯酸钾一起摩擦可以剧烈燃烧。

3发现过程

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欧洲中世纪盛行着炼金术,1669年,德国汉堡一位叫布朗特(Brand H)的商人在强热蒸发人尿的过程中,他没有制得黄金,却意外地得到一种像白蜡一样的物质,在黑暗的小屋里闪闪发光。这从未见过的白蜡模样的东西,虽不是布朗特梦寐以求的黄金,可那神奇的蓝绿色的火光却令他兴奋得手舞足蹈。他发现这种绿火不发热,不引燃其它物质,是一种冷光。于是,他就以“冷光”的意思命名这种新发现的物质为“磷”。磷的拉丁文名称Phosphorum就是“冷光”之意,它的化学符号是P,它的英文名称是Phosphorus

4物理性质

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状态:软的白色蜡状固体,棕红色粉末或黑色固体。

(): 44.1

(): 280

密度(g/cm3300K): 1.82

/J/gK : 0.77

蒸发热/KJ/mol : 12.129

熔化热/KJ/mol: 0.657

导电率/106/cm : 1.0E-17

导热系数/W/cmK: 0.00235

5元素来源

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矿物来源

磷在生物圈内的分布很广泛,地壳含量丰富列前10位,在海水中浓度属第2类。广泛存在于动植物组织中,也是人体含量较多的元素之一,稍次于钙排列为第六位。约占人体重的1%,成人体内约含有600-900g的磷。体内磷的85.7%集中于骨和牙,其余散在分布于全身各组织及体液中,其中一半存在于肌肉组织。它不但构成人体成分,且参与生命活动中非常重要的代谢过程,是机体很重要的一种元素。

食物摄取

磷在食物中分布很广,无论动物性食物或植物性食物,在其细胞中,都含有丰富的磷,动物的乳汁中也含有磷,所以磷是与蛋白质并存的,瘦肉、蛋、奶、动物的肝、肾含量都很高,海带、紫菜、芝麻酱、花生、干豆类、坚果粗粮含磷也较丰富。但粮谷中的磷为植酸磷,不经过加工处理,吸收利用率低。

代谢吸引磷的吸收部位在小肠,其中以十二指肠及空肠部位吸收最快,回肠较差。磷的吸收分为通过载体需能的主动吸收和扩散被动吸收两种机制。磷的代谢过程与钙相似,体内的磷平衡取决于体内和体外环境之间磷的交换。磷的主要排泄途径是经肾脏。未经肠道吸收的磷从粪便排出,这部分平均约占机体每日摄磷量的30%,其余70%经由肾以可溶性磷酸盐形式排出,少量也可由汗液排出。

6元素应用

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工业用途

全球磷矿山90%的产量消费于化肥生产,因此,磷肥需求增长是拉动磷矿石需求增长的决定因素。其他如黄磷、赤磷、磷酸等磷化工产品约占磷矿石消费量的6%,余则用作动物饲料添加剂。

2001年增长1.7%2002 年全球磷肥需求量再度增长3.1%,磷肥消费量达到3370t(P2O5),创下10年来的最高水平。而磷矿石市场销售量,2001年虽然增幅不高,但2002年增长率却突破4%,销售量达到14404 t(毛重)。 

北美是世界第二大磷矿石消费区,美国是世界上最大的磷矿石消费国,占该区磷矿石消费量的85%。受国内磷肥需求量、磷二铵出口量、磷酸产量全面增长的影响,2002 年美国磷矿石销售量比2001年增长6%,达到3470t。 

亚洲是世界上最大的磷矿石消费区,中国是世界上第二大磷矿石消费国,中国磷矿石消费量占亚洲的50%以上。2002年中国磷矿石视消费量1947.8t(毛重)2001年为1609.49t,增长率21.02%。磷肥施用量2002年为712.2t(P2O5),比2001年增长1%。与美国相比,中国磷肥(P2O5)消费量相当于美国的170%,居世界第一。西欧和拉丁美洲最近几年磷肥(P2O5)消费量约350万~400t

军事用途

白磷弹白磷弹
1、白磷弹。此为生化武器,是一种会将皮肤和血肉全部烧光,只剩下骨头的生化武器。磷弹投下之后,会产生云状火焰,半径150公尺内的生物都会被灼伤。它的致命方式是让受害者从外部皮肤开始延烧脱皮后,烧至肌肉、内脏、直至剩下骨头,也就是受害者必须活活被烧死。

2、烟雾弹。一般都用黄磷、四氯化锡(SnCl4)、四氯化钛(TiCl4)或三氧化硫等物质。当烟雾弹被发射到目标区域,引信引爆炸药管里的炸药,弹壳体炸开,将发烟剂的黄磷抛散到空气中,白磷一遇到空气,就立刻自行燃烧,不断的生出滚滚的浓烟雾来。多弹齐发,就会构成一道道“烟墙”,挡住敌人的视线,给自己军队创造有利的战机。

3、燃烧弹。凝固汽油和黄磷等组成,主要用于烧伤敌方有生力量,烧毁易燃的军事技术装备和设备。

生理用途

1、构成骨骼和牙齿。

2、磷酸组成生命的重要物质,促进成长及身体组织器官的修复。

3、参与代谢过程,协助脂肪和淀粉的代谢,供给能量与活力。

4、参与酸碱平衡的调节。

成人适宜摄入量为700mg/d

过量表现:骨质疏松易碎、牙齿蛀蚀、各种钙缺乏症状日益明显、精神不振甚至崩溃,破坏其他矿物质平衡。高磷血症。

缺乏症:1、磷质缺乏会导致佝偻病和牙龈溢脓等疾患。2、缺磷会使人虚弱,全身疲劳,肌肉酸痛,食欲不振。

摄取提示:因为人类食物中含有丰富的磷,故人类营养性的磷缺乏很少见,中国人不缺乏,已经过量并干扰钙的吸收。

7贮存方法

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操作注意事项:密闭操作,局部排风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩,戴化学安全防护眼镜。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。避免产生粉尘。避免与氧化剂、卤素、卤化物接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。禁止震动、撞击和摩擦。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。

储存注意事项: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。采用防爆型照明、通风设施。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。

8鬼火

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鬼火鬼火
    即磷火。尸体腐烂时由骨殖分解出来的磷化氢,在空气中会自动燃烧发光,夜间在野地里看到时,火焰呈淡绿色。旧时迷信认为是鬼所点的火,故称。

参考资料

[添加]
[1].洛克化工网:磷元素介绍
[2].中国化工制造网:磷化工业发展:求新求精求深

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  • 更新时间:2015-12-10
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