Физические свойства простого вещества

Простое вещество фосфор

1. Прочитайте текст, приведенный ниже,  и заполните таблицы, используя изображения на холсте  https://cacoo.com/diagrams/xz8ZS6yz0e3Oe6ze$  и на слайдах  нашей презентации, работая по группам.
Обобщите представленную информацию, сравните свойства белого, красного и черного фосфора.
Дайте ответы на вопросы:

 1. Как Вы думаете, почему физические и химические свойства аллотропных модификаций фосфора отличаются?

 2. Как вы думаете превращение красного фосфора в белый, это физическое или химическое явление ? Обоснуйте свой ответ.

 3. Как Вы думаете, свечение белого фосфора - это физическое или химическое явление? Обоснуйте свой ответ.

Информация для размышления

Белый фосфор в запаянной пробирке

 Чистый белый фосфор - кристаллическое прозрачное вещество, мягкое и жирное на ощупь, с неприятным чесночным запахом, напоминающее по внешнему виду алмазы! Его кристаллы, образованные четырехатомными молекулами Р₄ совершенно бесцветны, идеально прозрачны и настолько сильно преломляют свет, что играют на солнце всеми цветами радуги. 

Кристаллы чистого белого фосфора

  Их получают путем медленной сублимации (возгонки) белого фосфора в темноте при пониженном давлении. Для получения таких кристаллов в условиях лаборатории стеклянную ампулу с техническим белым фосфором после откачивания воздуха запаивают, заворачивают в черную бумагу и помещают на 4 - 5 недель возле источника теплоты, например, батареи отопления. Ампулу фиксируют так, чтобы та ее часть, в которой находится фосфор, оказалась чуть ниже и нагревалась чуть сильнее противоположной части. В результате длительной сублимации более холодный конец ампулы заполняется крупными, прозрачными и прекрасно образованными кристаллами. Хранить их нужно в той же ампуле в темноте.

    На свету белый фосфор быстро желтеет, затем краснеет и утрачивает прозрачность.

Желтый фосфор

   Его плотность при 20°С составляет 1.823 г/см3, он плавится при 44.1°С и кипит при 280.5°С. Белый фосфор практически нерастворим в воде, но растворяется в бензоле, тетрахлорметане, в расплавленном парафине и в жидких жирах. Наилучшим его растворителем является сероуглерод CS₂. В порции этой жидкости массой 100 г при комнатной температуре можно растворить фосфор массой 1 кг.

  Белый фосфор - химически очень активное вещество. На воздухе он окисляется кислородом уже при комнатной температуре. Процесс окисления всегда сопровождается зеленоватым свечением, хорошо заметным в темноте. 

Свечение белого фосфора в темноте

  При этом компактный фосфор постепенно разогревается, начинает дымить, вскоре самовоспламеняется и горит очень ярким ослепительно-белым пламенем с выделением большого количества теплоты и образованием густого белого дыма. Растирание фосфора приводит к немедленному его воспламенению. Катализатором воспламенения является белок шерсти, волос.

Горение белого фосфора (на теплой поверхности)

Белый фосфор очень ядовит, его смертельная доза для взрослого человека составляет примерно 0.1 г. При попадании на кожу горящий белый фосфор вызывает глубокие, болезненные и долго не заживающие ожоги.

Ожоги спины подростка из Ирака,
после применения фосфорных бомб в 2016 году

 В целях безопасности его хранят, режут и переплавляют только под слоем воды.

Красный фосфор

  Способность белого фосфора окрашиваться на свету в красный цвет объяснялась по-разному. Некоторые ученые считали, что это обусловлено образованием окрашенных продуктов неполного окисления фосфора - его низших оксидов. Другой точки зрения придерживался шведский химик Йенс Якоб Берцелиус (1779 - 1848).

Йенс Якоб Берцелиус

  Еще в начале 20-х годов XIX века он высказал предположение, что указанное изменение цвета обусловлено образованием другой аллотропной модификации фосфора. Берцелиус выделил ее из белого фосфора, подвергшегося длительному освещению, в виде красного аморфного порошка и дал название - "красный фосфор".

Правильность его взглядов доказал экспериментально в 1847 г австрийский химик Антон Риттер фон Кристелли Шреттер (1802-1875).

 Он получил красный фосфор другим способом - нагреванием белого до 500°С в запаянной стеклянной ампуле в атмосфере СО и изучил свойства новой модификации. В своей работе "О новом аллотропном состоянии фосфора"  он писал: "… Когда температура достигла 226°С, фосфор скоро принял ту же красивую красную окраску, как при действии света. Он становился все более вязким, более плотным и, наконец, стал вполне непрозрачным. Это изменение происходит не внезапно, а постепенно. И я мог явственно видеть, что сначала на дно сосуда осаждались мелкие красные частицы, число которых быстро нарастало, в то время как верхний слой содержал довольно большое количество обыкновенного фосфора…".

 Шреттер детально изучил свойства полученного вещества и констатировал, что оно представляет собой новую аллотропную модификацию - красный фосфор, существование которой было предсказано Берцелиусом.

  Он представляет собой порошок со слабо выраженной кристаллической структурой и поэтому называется иногда аморфным фосфором. В зависимости от способа получения и степени дисперсности он окрашен в цвета от пурпурно-красного до фиолетового, а значения его плотности колеблются в интервале 2.0 - 2.4 г/см3.

Красный фосфор

    Красный фосфор при комнатной температуре нелетуч и поэтому, в отличие от белого, совершенно не имеет запаха. Он не растворяется ни в одном из известных неорганических и органических растворителей, но образует растворы в расплавленных свинце или висмуте. Химическая активность красного фосфора значительно ниже, чем у белого: он, например, не воспламеняется на воздухе вплоть до температуры 240 - 250°С, не светится в темноте. В отличие от белого, красный фосфор совершенно не ядовит.

    Черный фосфор

   
 В 1934 г еще одну аллотропную модификацию - черный фосфор - получил американский физик Перси Уильямс Бриджмен (1882 - 1961). Нагрев белый фосфор до 200°С под давлением 2·109 Па, он сумел приготовить новую модификацию в виде черных блестящих кристаллов с плотностью, равной 2.69 г/см3. Это вещество оказалось жирным на ощупь и, как графит, пачкает руки и оставляет серый след на бумаге, а также проводит электрический ток. Черный фосфор не растворим ни в одном из известных растворителей, неядовит и химически инертен. Он воспламеняется в кислороде только при температуре около 400°С. 

    Кристалл черного фосфора представляет собой неорганический полимер. Он состоит из гофрированных атомных слоев, в каждом из которых атомы образуют множество шестичленных циклов. Слои связаны между собой слабыми силами межмолекулярного взаимодействия вследствие чего кристалл легко расслаивается, кажется жирным на ощупь и оставляет след на бумаге подобно графиту.

Структура  черного фосфора:
 а- вид сверху, б - вид сбоку

2. Просмотрите файл, отметьте наблюдаемые изменения

Превращение красного фосфор в белый

Как вы думаете превращение красного фосфора в белый, это физическое или химическое явление ? Обоснуйте свой ответ.

3. Просмотрите файл, отметьте наблюдаемые изменения.

Свечение белого фосфора

Как Вы думаете, свечение белого фосфора - это физическое или химическое явление? Обоснуйте свой ответ.