Фосфор
Продукты частичного замещения водородов РН3 на металл плохо изучены. В частности NaPH2 может быть получен взаимодействием РН3 с раствором металлического натрия в жидком аммиаке и представляют собой белое твёрдое вещество с ионной структурой. На воздухе NaPH2 самовоспламеняется, при нагревании в вакууме до 100 °С он переходит в Na2PH по реакции:
2 NaPH2 = PH3 + Na2PH,
а водой тотчас разлагается на PH3 и NaOH. Интересна протекающая в водном растворе реакция по уравнению:
РН3 + 3 HgCl2 = P(HgCl)3¯ + 3 HCl,
которая может быть использована для количественного определения фосфина.
В качестве продуктов полного замещения водородов РН3 на металлы можно рассматривать их фосфиды, хотя состав последних, как и у нитридов далеко не всегда отвечает валентным соотношениям. Например, для уже рассмотренных металлов описаны соединения следующих составов: Э3Р (Mn, Re, Cr, Mo), Э2Р (Mn, Re, Cr, W), ЭР (Mn, Re, Cr, Mo, W), ЭР2 (Mn, Re). Подобно нитридам, многие весьма устойчивые по отношению не только к воде, но и к кислотам.
Наряду с РН3, при разложении водой фосфидов всегда образуется небольшое количество дифосфина — Р2Н4. Это бесцветная жидкость (т. пл. -99, т. кип. 63 °С). По строению молекула подобна гидрозину. При взаимодействии белого фосфора с щелочными металлами в жидком аммиаке образуются солеобразные продукты звмещения водорода, имеющие оранжевую окраску. С кислотами дифосфин (“жидкий фосфористый водород”) не реагирует, а на воздухе самовоспламеняется.
При хранении Р2Н4 постепенно распадается на РН3 и аморфное твёрдое вещество жёлтого цвета, которому приписывались формулы Р12Н6 или Р5Н2. Описан также оранжевый гидрид состава Р9Н2. Эти “твёрдые фосфористые водороды” представляют собой не определённые химические соединения, а растворы РН3 в белом фосфоре.
Вместе с тем может быть получен (например, взаимодействием LiH c эфирным раствором PСl3) жёлтый твёрдый полимер (РН)х. Он нерастворим во всех обычных растворителях, устойчив по отношению к щелочам и кислотам, а при нагревании выше 400 °С (в вакууме) разлагается по схеме:
6 РН = Р4 + 2 РН3.
Существует указание на возможность получения смеси высших фосфинов — цепеобразных РnНn+2 и циклических РnНn.
Одним из применяемых для получения РН3 методов является нагревание белого фосфора с крепким водным раствором щелочи. Реакция идёт, например, по уравнению:
8 Р + 3 Ва(ОН)2 + 6 Н2О = 2 РН3 + 3 Ва(Н2РО2)2.
Вторым продуктом этой реакции является бариевая соль фосфорноватистой кислоты.
Действием на эту соль серной кислотой может быть получена свободная фосфорноватистая кислота (Н3РО2). Несмотря на наличие в её молекуле трёх атомов водорода, она только одноосновна (и является довольно сильной), что согласуется со структурной формулой:
Н
½
Н—О—Р—Н
||
О
Соли фосфорноватистой кислоты (гипофосфиты) хорошо растворимы в воде.
Гипофосфит бария легко очищается перекристаллизацией. После его обменного разложения с Н2SO4 из сгущённого и охлаждённого фильтрата (от ВаSO4) фосфорноватистая кислота выделяется в виде больших кристаллов, плавящихся при 27 °С (и при дальнейшем нагревании разлагающихся). Она может быть получена взаимодействием РН3 с водной суспензией иода по схеме:
2 I2 + 2 Н2О + РН3 = 4 НI + H3PO2.
В растворе Н3PO2 проявляет тенденцию к распаду с выделением водорода и образованием Н3PO3 и H3PO4, но распад этот без катализаторов (Pd и т. п.) становится практически заметным лишь при высоких температурах или в сильнощелочной среде. При нагревании возможна также дисмутация по схеме:
2 Н3РО2 = Н3РО4 + РН3.
Водородом в момент выделения фосфорноватистая кислота (К = 9·10-2) восстанавливается до РН3. В сильнокислой среде (особенно при нагревании) она является очень энергичным восстановителем. Например, соли ртути восстанавливаются ею до металла:
HgCl2 + H3PO2 + H2O = H3PO3 + Hg + 2 HСl.
Напротив, в разбавленных растворах на холоду Н3РО2 не окисляется ни кислородом воздуха, ни свободным иодом.
Взаимодействие фосфора с кислородом в зависимости от условий ведёт к образованию различных продуктов. При сгорании фосфора в избытке кислорода (или воздуха) получается его высшей оксид — фосфорный ангидрид (Р2О5). Напротив, горение при недостатке воздуха или медленное окисление даёт главным образом фосфористый ангидрид (Р2О3).
Реакция медленного окисления фосфора кислородом воздуха интересна с различных сторон. Прежде всего, она сопровождается свечением, которое хорошо видно в темноте. Параллельно с окислением фосфора всегда происходит образование озона. Обусловлено это промежуточным возникновением радикала фосфорила (РО) по схеме: Р + О2 = РО + О и последующей побочной реакцией О + О2 = О3. Наконец, с окислением фосфора связана ионизация окружающего воздуха, что резко сказывается на его электропроводности. Этот эффект наблюдается и при некоторых других химических процессах, например при окислении на воздухе натрия или калия.