リン(15族)とその化合物(十酸化四リン、リン酸、過リン酸石灰)

phosphorus
リンの同素体 黄リン {P4赤リン {P_x 淡黄色・ろう状固体赤褐色}・粉末(マッチの横) 猛毒} 無毒 自然発火\ →\ 水中保存} 然発火しない {CS2に溶ける}{CS2に溶けない} 正四面体}構造 網目状高分子 黄リン}の製法}   リン鉱石(主成分{Ca3(PO₄)2})にケイ砂{SiO₂}とコークス{C}を混ぜて電気炉内で加熱する. {2Ca3(PO₄)2 + 6SiO₂ + 10C 6CaSiO3 + 10CO} + {P4   黄リンを窒素中で約250℃で数時間熱すると赤リンが得られる. {CS2}は,\ CO₂と同じく直線型の分子である({S}も{O}も16族).\ よって,\ {無極性の溶媒}である. それゆえ,\ {無極性分子}である黄リンは{CS2}に溶ける.\ 赤リンは高分子なので不溶である. 黄リンの製法は,\ 次の3つの反応式が合体したものと考えると理解しやすい.  {2Ca3(PO₄)2 P4O10 + 6CaO} (高温で,\ 酸性酸化物+塩基性酸化物→塩の逆反応)  {SiO₂ + CaO -CaSiO3} (酸性酸化物+塩基性酸化物→塩)  {P4O10 + 10C 10CO + P4} ({C}による{P4O10}の還元) 十酸化四リン {P₄O_{10({P}の酸化数\ $+5$)   製法} リンを空気中で燃焼させる.  {4P + 5O₂ -}{P4O_{10 (酸化})   性質} 吸湿性・脱水性の強い白色結晶で,\ 強力な酸性の乾燥剤となる.  リン酸 {H₃PO₄}({P}の酸化数\ $+5$)   製法} 十酸化四リンを水に溶かして加熱する.       $P4O_{10} + 6H₂O加熱}] 4}{H₃PO₄}$ (酸性酸化物+水}オキソ酸})   性質} 潮解性をもつ無色結晶.}   \ 水に溶けてやや強い酸性を示す(弱酸). 過リン酸石灰   製法} リン酸カルシウムに\硫酸を加える.        $Ca3(PO₄)2 + 2H₂SO₄ } {Ca(H₂PO₄)2 + 2CaSO₄}$ (弱酸の遊離})   性質} リン酸二水素カルシウムと硫酸カルシウムの混合物}を過リン酸石灰という.      リン肥料に用いられる. 強酸{H₂SO₄}から弱酸{PO₄³-}に{H+}が受け渡される. しかし,\ リン酸{H₃PO₄}もそこそこ強い酸であるため,\ {H+}とはそこそこ相性が悪い. そこで,\ {PO₄³- + 3H+ H₃PO₄}までは進行せず,\ {PO₄³- + 2H+ H₂PO₄-}\ まで進行する. これに{Ca²+}と{SO₄²-}を加えると,\ 過リン酸石灰の化学反応式が得られる. リンは,\ {肥料の三要素}である{窒素{N}・リン{P}・カリウム{K\ の1つである. 植物は,\ 水に溶けた{H₂PO₄-}や{PO₄³-}の形でリンを根から吸収する. しかし,\ {Ca3(PO₄)2}は,\ {Ca²+}と{PO₄³-}の間に働くクーロン力が大きいため,\ 水に不溶である. そこで,\ 強酸{H₂SO₄}を加えて,\ {PO₄³-}\ →\ {HPO₄²-}\ →\ {H₂PO₄^-}\ のように陰イオンの電荷を小さくする. すると,\ クーロン力が弱くなり,\ 水に可溶になるのである. 過リン酸石灰に含まれる{CaSO₄}は,\ 肥料効果がなく無駄である. {H₂SO₄}の代わりに{H₃PO₄}を反応させると,\ {Ca(H₂PO₄)2}\ のみが得られて効果的である.  {Ca3(PO₄)2 + 4H₃PO₄ 3Ca(H₂PO₄)2} ({重過リン酸石灰}) %{Ca3(PO₄)2}はイオン結合が強く,\ 水に不溶で骨や歯に含まれる. %窒素肥料 硝安{NH₄NO₃} 硫安 {(NH₄)2SO₄} 尿素 {CO(NH₂)2} %カリ肥料 塩化カリウム{KCl} 硫酸カリウム{K2SO₄}
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