磷元素

3s2 3p32, 8, 5蒸气压（(白磷)）第一：1011.8 kJ·mol−1 第二：1907 kJ·mol−1 第三：2914.1 kJ·mol−1 （主条目：磷的同位素磷（拉丁语：Phosphorum，化学符号：P）是一种化学元素，它的原子序数是15。磷是一种易起化学反应的、有毒的氮族非金属元素。它的化学反应活性和毒性取决于形态不同而有所区别。磷化氢燃烧的火叫鬼火。磷可以在空气中燃烧，生成大量五氧化二磷白烟：4 P + 5 O 2 ⟶ 2 P 2 O 5 {displaystyle {ce {4P + 5O2 -> 2P2O5}}}在有催化剂存在的情况下，白磷、红磷和水经过几步反应生成H3PO4、H2及很少量的H3PO3和PH3：P 4 + 16 H 2 O = 4 H 3 PO 4 + 10 H 2 {displaystyle {ce {P4 + 16H2O = 4H3PO4 + 10H2}}}在化学史上第一个发现磷元素的人，当推十七世纪的一个德国汉堡商人波兰特（Henning Brand，约1630年~约1710年）。他是一个相信炼金术的人，在三十年战争时他担任初级军官，战争结束后成为玻璃工匠的学徒。后来他娶了一位有钱人的女儿。丰饶的嫁妆让他从此不愁吃穿，所以他开始追求他真正的兴趣，也就是寻找贤者之石，而当时的社会相信贤者之石要透过炼金术才能制成。当时社会相信，贤者之石可以把所有东西变成黄金，甚至可以让人长生不老。然而，反复的实验失败终究还是花光了他的所有积蓄。更不幸的是他妻子也过世了。之后他又娶了另一位女人，这位后来娶的妻子不只带给他财富让他可以继续实验，也给他一个儿子可以在实验室帮他的忙。由于他相信人体本身就是一种炼金术，因为从嘴吧吃进去的跟排泄出来的物质完全不一样。所以他使用尿作了大量实验。1669年，他在一次实验中，将砂、木炭、石灰等和尿混合，加热蒸馏，虽没有得到黄金，而竟意外地得到一种十分美丽的物质，它色白质软，能在黑暗的地方放出闪烁的亮光，于是波兰特给它取了个名字，叫“冷光”，这就是今日称之为白磷的物质。波兰特对制磷之法，起初极守秘密，不过，他发现这种新物质的消息立刻传遍了德国。德国化学家孔克尔曾用尽种种方法想打听出这一秘密的制法，终于探知这种所谓发光的物质，是由尿里提取出来的，于是他也开始用尿做试验，经过苦心摸索，终于在1678年也告成功。他是把新鲜的尿蒸馏，待蒸到水分快干时，取出黑色残渣，放置在地窑里，使它腐烂，经过数日后，他将黑色残渣取出，与两倍于“尿渣”重的细砂混合。一起放置在曲颈瓶中，加热蒸馏，瓶颈则接连盛水的收容器。起初用微火加热，继用大火干馏，及至尿中的挥发性物质完全蒸发后，磷就在收容器中凝结成为白色蜡状的固体。后来，他为介绍磷，曾写过一本书，名叫《论奇异的磷质及其发光丸》。在磷元素的发现上，英国化学家罗伯特·波义耳差不多与孔克尔同时，用与他相近的方法也制得了磷。波义耳的学生汉克维茨（Codfrey Hanckwitz）曾用这种方法在英国制得较大量的磷，作为商品运到欧洲其他国家出售。他在1733年曾发表论文，介绍制磷的方法，不过说得十分含糊，以后，又有人从动物骨质中发现了磷。由于单质磷在空气中会自燃或缓慢氧化而放热发光，因此磷的拉丁文名称Phosphorum来源于希腊文Φωσφόρος的拉丁化，原指“启明星”，意为“光亮”。而在中文里，磷的本字为粦，根据晋代《博物志》记载，“战鬬死亡之处，有人马血，积中为粦，着地入艸木，如霜露不可见。有触者，着人体后有光，拂拭即散无数，又有吒声如鬻豆。舛者，人足也。言光行着人。”可见上部"米"字乃代表鬼火之"炎"字转写，下部"舛"字则指人足部。“磷”字本与“粦”无关，如司马相如在作赋时将其与"嶙"、"粼"混用，指光亮。南朝时期的字典《玉篇》中记载为云母之意。本作为鬼火之源的"粦"后加石字偏旁以作为其元素性质之辨，指鬼火之源所含的元素。此与"磷"之原来诸义皆有所不同。磷在地壳中的含量为0.09%。磷不以单质存在，通常在磷酸盐中天然存在，尤其是磷灰石。磷也存在于生物体当中，是原生质的基本成分。磷的现代制法是将磷酸钙与砂（主要成分为二氧化硅）及焦炭一起放在电炉中加热。为使反应式易于理解，可写成两步如下：已发现磷的同位素共有13种，包括磷27至磷39，其中只有磷31是稳定的，其他同位素都带有放射性。磷的含氧酸非常丰富，结构较为复杂，且大多具有商业价值。这些含氧酸都有和氧相连的氢原子，可以体现酸性，也有些有不体现酸性的直接连在磷上的氢原子。纵然许多磷的含氧酸已经被合成，但仅有以下几种是较常见的。其中的三种——次磷酸、亚磷酸和磷酸尤为重要。最常见的磷化合物是磷酸盐（ PO 4 3 − {displaystyle {ce {PO4^3-}}} ），它是一个呈四面体的阴离子。其一个很重要的作用是用作化肥。磷酸根离子是（正）磷酸的共轭碱。磷酸是一个三元酸，所以它可以逐步转变为以下三种共轭碱：磷酸及其衍生物有聚合成链或环而形成 P − O − P {displaystyle {ce {P-O-P}}} 键的倾向。目前已知的聚磷酸衍生物已经有很多，比如ATP。它们通过磷酸氢盐（例如 HPO 4 2 − {displaystyle {ce {{HPO4}^{2-}}}} 和 H 2 PO 4 2 − {displaystyle {ce {{H2PO4}^{2-}}}} ）脱水得到。例如，下列缩合反应在工业上非常广泛地用于生产三磷酸钠（俗称五钠）：十氧化四磷（P4O10）是磷酸的酸酐。它是白色的固体，与水反应非常剧烈。PCl 5 {displaystyle {ce {PCl5}}} 和 PF 5 {displaystyle {ce {PF5}}} 两种化合物具有共同点：它们都较不稳定，且都是白色或浅色的。 PCl 5 {displaystyle {ce {PCl5}}} 和 PF 5 {displaystyle {ce {PF5}}} 的空间构型都是五角双锥，并且它们都是路易斯酸。后者可以形成 PF 6 − {displaystyle {ce {{PF6}^{-}}}} 离子，它和 SF 6 {displaystyle {ce {SF6}}} 互为等电子体。至于另外两种磷的卤化物 PBr 5 {displaystyle {ce {PBr5}}} 和 PI 5 {displaystyle {ce {PI5}}} 都是极不稳定的。而磷最主要的卤氧化物是三氯氧磷（ POCl 3 {displaystyle {ce {POCl3}}} ），它的空间构型是四面体型的。以往一直认为磷（V）化合物中磷的d轨道参与了杂化。然而经过计算机大量计算，事实并非如此：磷只用了s和p轨道杂化。这可用分子轨道理论来解释。磷酸根中的氧可以被硫取代，如硫代磷酸。多种硫化磷也是已知的。磷可用于安全火柴、烟花、燃烧弹和化肥，还可以保护金属表面免于腐蚀。磷酸的用途也十分广泛。磷是骨骼和牙齿的构成材料之一。正常成年人骨中的含磷总量约为600～900克，人体每100毫升全血中含磷35-45毫克。磷能保持人体内代谢平衡，在调节能量代谢过程中发挥重要作用。它是生命物质核苷酸的基本成分。它参与体内的酸碱平衡的调节，参与体内脂肪的代谢。磷缺乏可以出现低磷血症，引起红细胞、白细胞、血小板的异常，软骨病。磷过多将导致高磷血症，使血液中血钙降低导致骨质疏松。短时间内摄取一定分量的白磷单质，可造成急性白磷中毒。