磷

磷

磷

磷(磷)

第15号化学元素，符号P。处于元素周期表的第三周期、第VA族。磷存在于人体所有细胞中，是维持骨骼和牙齿的必要物质，几乎参与所有生理上的化学反应。磷还是使心脏有规律地跳动、维持肾脏正常机能和传达神经刺激的重要物质。没有磷时，烟酸（又称为维生素B3）不能被吸收；磷的正常机能需要维生素（维生素食品） D 和钙（钙食品）来维持。磷被首次发现存在于恒星爆炸后的宇宙残余物里。对超新星残余物仙后座A的最新观测揭示了磷存在的最新证据。它是在深空发现的两大元素之一，或可能给科学家提供有关生命在宇宙里的可能性的线索。

目录 发现简史 元素含量 物理性质 化学性质 收缩展开 发现简史

关于磷元素的发现，还得从欧洲中世纪的炼金术说起。那时候，盛行着炼金术，据说只要找到一种聪明人的石头──哲人石，便可以点石成金，让普通的铅、铁变成贵重的黄金。炼金术家仿佛疯子一般，采用稀奇古怪的器皿和物质，在幽暗的小屋里，口中念着咒语，在炉火里炼，在大缸中搅，朝思暮想寻觅点石成金的哲人石。 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。

元素含量

元素在太阳中的含量：7 ppm 元素在海水中的含量： 0.0015ppm 地壳中含量：1000ppm 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。

物理性质

单质磷有几种同素异形体。其中，白磷或黄磷是无色或淡黄色的透明结晶固体。密度1.82克/立方厘米。熔点44.1℃，沸点280℃，着火点是40℃。放于暗处有磷光发出。有恶臭。剧毒。白磷几乎不溶于水，易溶解与二硫化碳溶剂中．在高压下加热会变为黑磷，其密度2.70克/立方厘米，略显金属性。电离能为10.486电子伏特。一般不溶于普通溶剂中。白磷经放置或在250℃隔绝空气加热数小时或暴露于光照下可转化为红磷。红磷是红棕色粉末，无毒，密度2.34克/立方厘米，熔点59℃(在43atm下，熔点是590℃，升华温度416℃)，沸点200℃，着火点240℃。不溶于水。在自然界中，磷以磷酸盐的形式存在，是生命体的重要元素。存在于细胞、蛋白质、骨骼和牙齿中。在含磷化合物中，磷原子通过氧原子而和别的原子或基团相联结。

同位素

已发现的共有23种：包括从磷24到磷46。其中只有磷31最为稳定。其它同位素都具有放射性，其中磷32、磷33的半衰期在10d内，其余的都为极不稳定的放射性同位素。 符号 质子 中子 质量(u) 半衰期 原子核自旋 相对丰度 相对丰度的变化量 24P 15 9 24.03435(54)# 　　(1+)# 　　　　25P 15 10 25.02026(26)#<30 ns (1/2+)# 　　　　26P 15 11 26.01178(21)# 43.7(6) ms (3+) 　　　　27P 15 12 26.999230(28) 260(80) ms 1/2+ 　　　　28P 15 13 27.992315(4) 270.3(5) ms 3+ 　　　　29P 15 14 28.9818006(6) 4.142(15) s 1/2+ 　　　　30P 15 15 29.9783138(3) 2.498(4) min 1+ 　　　　31P 15 16 30.97376163(20) 稳定 1/2+ 1.0000 　　32P 15 17 31.97390727(20) 14.263(3) d 1+ 　　　　33P 15 18 32.9717255(12) 25.34(12) d 1/2+ 　　　　34P 15 19 33.973636(5) 12.43(8) s 1+ 　　　　35P 15 20 34.9733141(20) 47.3(7) s 1/2+ 　　　　36P 15 21 35.978260(14) 5.6(3) s 4-# 　　　　37P 15 22 36.97961(4) 2.31(13) s 1/2+# 　　　　38P 15 23 37.98416(11) 0.64(14) s 　　　　　　39P 15 24 38.98618(11) 190(50) ms 1/2+# 　　　　40P 15 25 39.99130(15) 153(8) ms (2-,3-) 　　　　41P 15 26 40.99434(23) 100(5) ms 1/2+# 　　　　42P 15 27 42.00101(48) 48.5(15) ms 　　　　　　43P 15 28 43.00619(104) 36.5(15) ms 1/2+# 　　　　44P 15 29 44.01299(75)# 18.5(25) ms 　　　　　　45P 15 30 45.01922(86)# 8# ms [>200 ns] 1/2+# 　　　　46P 15 31 46.02738(97)# 4# ms [>200 ns] 　　　　　　备注：画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已，而用括号括起来的代表数据不确定性。

同素异形体

黑磷（金属磷） 黑色有金属光泽的晶体，在磷的同素异形体中反应活性最弱，在空气中不会点燃。化学结构类似石墨，因此可导电。 化学式一般写为P。 深黑色粉末 白磷（黄磷） 化学式：P4 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。密度1.83克/立方厘米，熔点44.4，沸点287度。 红磷（赤磷） 化学结构为巨型共价分子。 化学式一般写为P。 鲜红色粉末，无毒，密度2.296克/立方厘米，熔点725度，是黄磷于压力下稀有气体中加热8-10日而成。 紫磷 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。化学结构为层状，但与黑磷不同。 化学式一般写为P。

化学性质

白磷

纯白磷是无色而透明的晶体，遇光逐渐变黄，因而又叫黄磷。黄磷剧毒，误食0.1g就能致死。皮肤若经常接触到单质磷也会引起吸收中毒。白磷不溶于水，易溶于CS2中。经测定，不论在溶液中或在蒸汽状态，磷的分子质量都相当于分子式P4。磷蒸汽热至10

73K，P4开始分解为P2。P2分子结构和N2相同。 白磷晶体是由P4分子组成的分子晶体，P4分子呈四面体构型，分子中P—P键长是221pm，键角∠PPP是60°。理论上研究认为，P—P键是98%3p轨道形成的键（3s和3d仅占很少成分），纯p轨道间的夹角应为90°，而实际仅有60°，因此P4分子中P—P键是受了很大应力而弯曲的键。其键能比正常无应力时的P—P键要弱，易于断裂，是白磷在常温下就有很高的化学活性。 白磷在潮湿的空气中发生缓慢氧化作用，部分的反应能量以光能的形式放出，故在暗处可看到白磷发光。当缓慢氧化积累的能量达到燃点（313K）时便发生自燃，因此白磷通常要储存在水中以隔绝空气。 白磷和氧化剂反应猛烈，它在氯气中可自燃；遇液氯或溴会发生爆炸，与冷浓硝酸反应激烈生成磷酸；在热的浓碱液中发生歧化反应生成磷化氢（主要是PH3，还有P2H4）和次磷酸盐。 白磷的主要反应有 1．白磷在空气中自燃生成氧化物。 P4+3O2==P4O6 2．白磷与卤素单质剧烈反应，在氯气中也能自燃生成三氯化磷和五氯化磷。 P4+6Cl2==4PCl3 P4+10Cl2==4PCl5 3．白磷能被硝酸氧化成磷酸。 3P+5HNO3+2H2O==3H3PO4+5NO↑ 4．白磷溶解在热的浓碱中，歧化生成磷化氢和次磷酸盐。 P4+3OH- +3H2O==PH3+3H2PO2- 5．白磷还可以把金、银、铜和铅从它们的盐中取代出来，例如白磷与热的铜盐反应生成磷化亚铜，在冷溶液中则析出铜。 11P+15CuSO4+24H2O=△=5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4 2P+5CuSO4+8H2O==5Cu+2H3PO4+5H2SO4 硫酸铜是白磷中毒的解毒剂，如不慎白磷沾到皮肤上，可用CuSO4溶液冲洗，用磷的还原性来解毒。 6．白磷可以被氢气还原生成磷化氢。 P4+6H2==4PH3 红磷 红磷的着火点极高，在空气中不发生自燃，但是只需要在红磷中加入少量的MnO2，片刻将会发生燃烧，在这个过程中一定需要注意安全，最好在一个安全的容器内做这个实验，否则将可能发生意外。

主要化合物

磷的氧化物有三氧化二磷和五氧化二磷。 三氧化二磷 磷在常温下慢慢氧化，或在不充分的空气中燃烧，均可生成P（III）的氧化物P4O6，常称做三氧化二磷。 P4O6的生成可以看成是P4分子中的P-P键因受到O2分子的进攻而断开，在每个P原子间嵌入一个O原子而形成稠环分子。形成P4O6分子后，4个P原子的相对位置（正四面体的角顶）并不发生变化。 由于三氧化二磷的分子具有似球状的结构而容易滑动，所以三氧化二磷是有滑腻感的白色吸潮性蜡状固体，熔点296.8K，沸点（在氮气中）446.8K。 ①三氧化二磷有很强的毒性，溶于冷水中缓慢地生成亚磷酸，它是亚磷酸酐。 P4O6+6H2O(冷)==4H3PO3 ②三氧化二磷在热水中歧化生成磷酸和放出磷化氢： P4O6+6H2O(热)==PH3↑+3H3PO4 ③三氧化二磷易溶于有机溶剂中。

五氧化二磷

磷在充分的氧气中燃烧，可以生成P2O5，这个化合物常简称为五氧化二磷。其中P的氧化数为+5。 在P4O6的球状分子中，每个P原子上还有一对孤电子对，会受到O2分子的进攻，生成四个P=O双键，而形成P4O10的分子。 五氧化二磷是白色粉末状固体，熔点693K，573K时升华。它有很强的吸水性，在空气中很快就潮解，因此它是一种最强的干燥剂。 五氧化二磷与水作用激烈，放出大量热，生成P（Ⅴ）的各种含氧酸，并不能立即转变成磷酸，只有在HNO3存在下煮沸才能转变成磷酸： P4O10+6H2O==4H3P04(在HNO3与煮沸的条件下) 五氧化二磷是磷酸的酸酐。 三卤化磷 用气态的氯和溴与白磷作用可以得到PCl3和PBr3,根据理论比值混合白磷和碘在CS2中反应可以得到PI3。三氟化磷可用三氟化砷与三氯化磷的反应制备： PCl3+ AsF3 =PF3+AsCl3 磷也生成一些混合卤化物如PF2Cl和PFBr2。 五卤化磷 单质和卤素直接反应或三卤化物和卤素反应可以得到五卤化磷： P4 +10Cl2 = 4PCl5 PF3+ Cl2 = PF3Cl2 第二种方法特别适用于制备混合卤化物。 卤氧化磷 五卤化磷和过量的水直接接触时会迅速发生水解作用，产生磷酸和氢卤酸： PX5+4H2O= H3PO4 +5HX 如果使五卤化磷和有限量的水作用，水解产物是氢卤酸和卤氧化磷(或卤化磷先)POX3。： PX5 +H2O = POX3+2HX. 卤化氧磷是许多金属卤化物的非水溶剂，它们也能和许多金属卤化物形成配合物，如ZrCl4.2POCl3，这种配合物应用于分离Zr和Hf。