原子序数:15,第三周期,第15族(VA氮族)
元素符号:P
元素相对原子质量:30.97
晶体结构:晶胞为简单立方晶胞
原子体积(cm3/mol):17.0
1.物理性质 磷为软的白色蜡状固体、棕红色粉末或黑色固体,熔点为44.3℃,沸点为280℃,密度(300K)为1.82×103kg/m3,电导率为1.0×10-17μs/cm。
2.原子结构
原子半径/Å:1.23
共价半径/Å:1.06
离子半径/Å:0.38
电子构型:1s22s2p63s2p3(www.daowen.com)
3.晶体结构 白磷是分子晶体,立方晶系,分子间靠范德华力结合,分子式为P4,4个磷原子位于四面体的四个顶点。红磷的结构目前还不十分清楚,有人认为红磷是链状结构。
4.同位素和同素异形体 磷的同位素已发现的共有13种,包括从磷27到磷39,其中只有磷31最为稳定,其他同位素都具有放射性。磷的同素异形体有黑磷(紫磷、金属磷)、白磷和红磷(赤磷)。
5.来源和用途 磷主要以磷酸盐矿的形式存在于自然界,单质磷是由磷酸钙、石英砂和碳粉的混合物在电弧炉中熔烧或蒸馏尿制得的。约三分之二的磷用于制造磷肥,磷还用于制造磷酸、火柴、烟火、杀虫剂、牙膏、除垢剂、燃烧弹等。三聚磷酸盐用于合成洗涤剂。
白磷和红磷都可用于制造纯度较高的H3PO4,白磷还可用于制造烟幕弹和燃烧弹等,红磷还可用于制造农药、安全火柴等。
6.元素描述 单质磷熔沸点较高,有很高的活性,如白磷曝露于空气中很容易自燃,这与它的原子结构有很大关系。磷原子半径大,通过单键与其他三个磷原子相连,呈四面体型,键角小,张力大,P-P键能很小,在常温下有很高的化学活性。
磷的单质有三种同素异形体:白磷、红磷及黑磷,白磷和红磷是最常见的两种。其中,白磷又叫黄磷,为白色至黄色的蜡性透明结晶固体。其密度为1.82g/cm3,熔点为44.1℃,沸点为280℃,着火点为40℃。白磷活性很高,必须存放在水里,放于暗处有磷光发出;有恶臭,剧毒,人吸入0.1g白磷就会中毒死亡。白磷几乎不溶于水,易溶解于二硫化碳溶剂中,在高压下加热会变为黑磷。黑磷的密度为2.70g/cm3,略显金属性,电离能为10.486eV,不溶于普通溶剂中。白磷经放置或在400℃密闭加热数小时,或在没有空气的条件下,加热到260℃或光照就会转变成红磷。红磷是红棕色粉末,无毒,密度为2.34g/cm3,熔点为59℃,沸点为200℃,着火点为240℃,不溶于水。红磷加热到416℃变成蒸汽之后冷凝就会变成白磷。在高压下,白磷可转变为黑磷。黑磷具有层状网络结构,能导电,是磷的同素异形体中最稳定的。如果氧气不足,在潮湿情况下,白磷氧化很慢,并伴随有磷光现象。人们常说的“鬼火”是P2H4气体在空气中自燃的现象。在含磷化合物中,磷原子通过氧原子和别的原子或基团相连接。白磷可溶于热的浓碱溶液,生成磷化氢和次磷酸二氢盐;干燥的氯气与过量的磷反应生成三氯化磷,过量的氯气与磷反应生成五氯化磷。磷在充足的空气中燃烧可生成五氧化二磷,如果空气不足则生成三氧化二磷。
在自然界中,磷元素以化合态形式存在。它主要以磷酸盐的形式存在于矿石中,主要的磷矿有磷矿石、磷灰石及纤核磷灰石,其主要成分有磷酸钙。磷在生物圈内的分布很广泛,含量丰富,约占地壳总质量的0.11%,在海水中其含量也较高。
磷是生物体中不可缺少的元素,是构成蛋白质的成分之一。动物的骨骼、牙齿和神经组织,植物的果实和幼芽,以及生物的细胞、蛋白质里都含有磷。磷对于维护生物体正常的生理机能起着重要的作用,磷酸是组成生命的重要物质,促进成长及身体组织器官的修复,是生命体的重要元素,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。人体内磷的85.7%集中于骨骼和牙齿,其余分布于全身各组织及体液中,其中一半存在于肌肉组织中。它不但构成人体成分,而且参与生命活动中非常重要的代谢过程,主要用于协助脂肪和淀粉的代谢、供给能量与活力,以及参与酸碱平衡的调节。
磷在食物中分布很广,无论动物性食物或植物性食物,在其细胞中都含有丰富的磷。动物的乳汁中也含有磷,所以磷是与蛋白质并存的。瘦肉、蛋、奶,以及动物的肝、肾中磷的含量都很高,海带、紫菜、芝麻酱、花生、干豆、坚果、粗粮中的含磷也较丰富,但粮谷中的磷为植酸磷,未经过加工处理,吸收利用率较低。
人体吸收磷的部位为小肠,其中十二指肠及空肠部位吸收最快,回肠较差。磷的吸收分为通过载体需能的主动吸收和扩散被动吸收两种机制。磷的代谢过程与钙相似,体内的磷平衡取决于体内和体外环境之间磷的交换。磷的主要排泄途径是经肾脏,未经肠道吸收的磷从粪便排出,这部分平均约占机体每日摄磷量的30%,其余70%经由肾以可溶性磷酸盐的形式排出,少量的磷也可由汗液排出。成人适宜摄入量为700mg/d,甲状腺功能亢进的人需要补充磷质。磷过量表现为:骨质疏松易碎、牙齿蛀蚀、各种钙缺乏症状日益明显、精神不振甚至崩溃,破坏其他矿物质平衡,高磷血症。磷缺乏表现为:虚弱,全身疲劳,肌肉酸痛,食欲不振,导致佝偻病和牙龈溢脓等疾患。因为人类食物中含有丰富的磷,所以人类营养性的磷缺乏很少见。
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