18.9: Ocorrência, preparação e propriedades do fósforo

Last updated
Save as PDF

Page ID: 198682

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $ $ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

Descreva as propriedades, a preparação e os usos do fósforo

A preparação industrial do fósforo é pelo aquecimento do fosfato de cálcio, obtido da rocha fosfática, com areia e coque:

{2 Ca}_{3} {({PO}_{4})}_{2} (s) + {6 SiO}_{2} (s) + 10C (s) \overset{Δ}{\to} {6 Casio}_{3} (l) + 10 CO (g) + P_{4} (g)

O fósforo é destilado do forno e condensado em um sólido ou queimado para formar P ₄ O ₁₀. A preparação de muitos outros compostos de fósforo começa com P ₄ O ₁₀. Os ácidos e fosfatos são úteis como fertilizantes e na indústria química. Outros usos são na fabricação de ligas especiais, como ferrofósforo e bronze fosforoso. O fósforo é importante na fabricação de pesticidas, fósforos e alguns plásticos. O fósforo é um não metal ativo. Em compostos, o fósforo geralmente ocorre em estados de oxidação de 3−, 3+ e 5+. O fósforo exibe números de oxidação que são incomuns para um elemento do grupo 15 em compostos que contêm ligações fósforo-fósforo; exemplos incluem tetraidreto de difósforo, H ₂ P-PH ₂ e trissulfeto de tetrafosforo, P ₄ S ₃, ilustrado na Figura 18 3.9.

Um modelo de bola e bastão é mostrado. Três átomos de laranja rotulados com “P” estão unidos de uma só vez em forma de triângulo. Cada “P” está ligado de forma simples a átomos amarelos rotulados com “S”, cada um deles ligado a um outro átomo laranja rotulado como “P.”

A Figura 18.39 P ₄ S ₃ é um componente das cabeças dos fósforos de ataque em qualquer lugar.

Compostos de fósforo e oxigênio

O fósforo forma dois óxidos comuns, óxido de fósforo (III) (ou hexaóxido de tetrafosforo), P ₄ O ₆ e óxido de fósforo (V) (ou decaóxido de tetrafosforo), P ₄ O ₁₀, ambos mostrados na Figura 18.40. O óxido de fósforo (III) é um sólido cristalino branco com odor semelhante ao alho. Seu vapor é muito venenoso. Ele oxida lentamente no ar e inflama quando aquecido a 70 °C, formando P ₄ O ₁₀. O óxido de fósforo (III) se dissolve lentamente em água fria para formar ácido fosforoso, H ₃ PO ₃.

Dois modelos de bola e bastão são mostrados. No modelo à esquerda, três átomos alaranjados com “P” estão unidos de forma simples aos átomos vermelhos rotulados com “O”, em uma estrutura de anel alternada de seis lados. Cada um dos átomos de laranja também está unido a outro átomo vermelho, que por sua vez está ligado a um único átomo laranja. O modelo à direita mostra três átomos de laranja rotulados com “P”, unidos de forma simples a átomos vermelhos rotulados com “O”, em uma estrutura de anel alternada de seis lados. Cada um dos átomos de laranja também está unido a mais dois átomos vermelhos, um na posição ascendente e outro voltado para a parte externa da molécula. Os átomos vermelhos ascendentes estão unidos de forma simples a um único átomo laranja que está unido a um átomo vermelho final.

Figura 18.40 Esta imagem mostra as estruturas moleculares de P ₄ O ₆ (esquerda) e P ₄ O ₁₀ (direita).

O óxido de fósforo (V), P ₄ O ₁₀, é um pó branco que é preparado pela queima de fósforo em excesso de oxigênio. Sua entalpia de formação é muito alta (−2984 kJ) e é bastante estável e um agente oxidante muito pobre. Jogar P ₄ O ₁₀ na água produz um som sibilante, calor e ácido ortofosfórico:

P_{4} O_{10} (s) + {6H}_{2} O (l) ⟶ {4H}_{3} {PO}_{4} (uma q)

Devido à sua grande afinidade com a água, o óxido de fósforo (V) é um excelente agente de secagem para gases e solventes e para remover água de muitos compostos.

Compostos de halogênio de fósforo

O fósforo reagirá diretamente com os halogênios, formando trihaletos, PX ₃ e pentahaletos, PX ₅. Os trihaletos são muito mais estáveis do que os trihaletos de nitrogênio correspondentes; os pentahaletos de nitrogênio não se formam devido à incapacidade do nitrogênio de formar mais de quatro ligações.

Os cloretos pCl ₃ e pCl ₅, ambos mostrados na Figura 18.41, são os haletos de fósforo mais importantes. O tricloreto de fósforo é um líquido incolor que é preparado pela passagem do cloro sobre o fósforo fundido. O pentacloreto de fósforo é um sólido esbranquiçado que é preparado pela oxidação do tricloreto com excesso de cloro. O pentacloreto sublima quando aquecido e forma um equilíbrio com o tricloreto e o cloro quando aquecido.

Dois modelos de bola e bastão são mostrados. No modelo à esquerda, um átomo laranja rotulado “P” está unido de forma simples a três átomos verdes rotulados como “C l”. O modelo à direita mostra um átomo laranja rotulado como “P”, ligado de forma simples a cinco átomos verdes rotulados como “C l”.

Figura 18.41 Esta imagem mostra a estrutura molecular de PCl ₃ (esquerda) e PCl ₅ (direita) na fase gasosa.

Como a maioria dos outros haletos não metálicos, ambos os cloretos de fósforo reagem com o excesso de água e produzem cloreto de hidrogênio e um oxiácido: pCl ₃ produz ácido fosforoso H ₃ _{PO 3} e pCl ₅ produz ácido fosfórico, H ₃ PO ₄.

Os pentahaletos do fósforo são ácidos de Lewis devido aos orbitais vazios de valência d do fósforo. Esses compostos reagem prontamente com íons halogenetos (bases de Lewis) para dar o ânion ${PX}_{6}^{−} .$ Considerando que o pentafluoreto de fósforo é um composto molecular em todos os estados, estudos de raios-X mostram que o pentacloreto de fósforo sólido é um composto iônico, ${[PCl}_{4}^{+}] [{PCl}_{6}^{−}],$ assim como o pentabrometo de fósforo, ${[PBr}_{4}^{+}]$ [Br ⁻] e pentaiodeto de fósforo, ${[PI}_{4}^{+}]$ [I ⁻].