Hóa vô cơ ( phần 3) Phốt pho 1. Cấu tạo nguyên tử Photpho có điện tích hạt nhân +15 Cấu hình e: Photpho ở phân nhóm chính nhóm V, chu kỳ 3. Nguyên tử P có 3 electron ở phân lớp 3p và phân lớp 3d còn trống (chưa có electron) nên 1e ở phân lớp 3s có thể nhảy lên 3d làm cho P có 5e độc thân và như vậy có thể có hoá trị V (khác N) 2. Tính chất vật lý và các dạng thù hình. Đơn chất photpho có thể tồn tại dưới nhiều dạng thù hình khác nhau. Hai dạng thù hình quan trọng là photpho trắng và photpho đỏ. - Photpho trắng: là chất rắn màu trắng hoặc hơi vàng, rất độc. ở 280 o C, photpho trắng chuyển thành photpho đỏ. Photpho trắng tự bốc cháy trong không khí, phát sáng trong bóng tối (lân tinh). Người ta bảo quản nó bằng cách ngâm trong nước, tránh ánh sáng. - Photpho đỏ: là chất rắn có màu đỏ, không độc. ở nhiệt độ cao, P đỏ thăng hoa. Gặp lạnh, hơi P đỏ ngưng tụ thành P trắng. P đỏ khá bền, khó nóng chảy, không tan trong bất kỳ dung môi nào. 3. Tính chất hoá học: Lớp ngoài cùng của nguyên tử P có 5e. Trong các hợp chất, P có số oxi hoá là -3, +3 và +5. So với nitơ, photpho hoạt động hơn, đặc biệt là P trắng. - Tác dụng với oxi: Photpho cháy trong không khí tạo ra điphotpho pentaoxit P 2 O 5 . P trắng bị oxi hoá chậm trong không khí thành P 2 O 3 , khi đó phản ứng không phát nhiệt mà phát quang. - Tác dụng với axit nitric: - Tác dụng với halogen: P bốc cháy trong clo và nổ trong flo. - Tác dụng với muối : P có thể gây nổ khi tác dụng với những muối có tính oxi hoá mạnh như KNO 3 , KClO 3 , … - Tác dụng với hiđro và kim loại (P thể hiện tính oxi hoá). Ví dụ: PH 3 (photphin) Ca 3 P 2 (canxi photphua) PH 3 là chất khí, rất độc. Trên 150 o C bị bốc cháy trong không khí: PH 3 sinh ra do sự thối rữa xác động thực vật, nếu có lẫn điphotphin P 2 H 4 thì tự bốc cháy phát ra ánh sáng xanh (đó là hiện tượng "ma trơi") 4. Điều chế và ứng dụng - P khá hoạt động, trong tự nhiên nó tồn tại ở dạng hợp chất như các quặng photphorit Ca 3 (PO 4 ) 2 , apatit 3Ca 3 (PO 4 ) 2 .CaF 2 . - P được dùng để chế tạo diêm: Thuốc gắn ở đầu que diêm gồm một chất oxi hoá như KClO 3 , KNO 3 , một chất dễ cháy như S… và keo dính. Thuốc quét bên cạnh hộp diêm là bột P đỏ và keo dính. Để tăng độ cọ sát còn trộn thêm bột thuỷ tinh mịn vào cả 2 loại thuốc trên. - P đỏ dùng để sản xuất axit photphoric: - Trong công nghiệp, người ta điều chế P bằng cách nung hỗn hợp canxi photphat, SiO 2 (cát) và than: 5. Hợp chất của photpho a) Điphotpho pentaoxit P 2 O 5 . P 2 O 5 là chất rắn, màu trắng, rất háo nước, tác dụng mãnh liệt với nước tạo thành axit photphoric: Chính vì vậy người ta dùng P 2 O 5 để làm khô nhiều chất. b) Axit photphoric H 3 PO 4 . - H 3 PO 4 là chất rắn, không màu, nóng chảy ở 42,5 o C, tan vô hạn trong nước. Trong P 2 O 5 và H 3 PO 4 , photpho có số oxi hoá +5. Khác với nitơ, photpho có độ âm điện nhỏ nên bền hơn ở mức +5. Do vậy H 3 PO 4 và P 2 O 5 khó bị khử và không có tính oxi hoá như HNO 3 . - H 3 PO 4 là axit trung bình, trong dung dịch điện li theo 3 nấc: trung bình ở nấc thứ nhất, yếu và rất yếu ở các nấc thứ hai, thứ ba. Dung dịch axit H 3 PO 4 có những tính chất chung của axit: làm đỏ quỳ tím, tác dụng với bazơ, oxit bazơ tạo thành muối axit hoặc muối trung hoà như NaH 2 PO 4 , Na 2 HPO 4 , Na 3 PO 4 . - H 3 PO 4 có thể tác dụng với những kim loại đứng trước H trong dãy Bêkêtôp cho H 2 thoát ra. Ví dụ: c) Muối photphat Ứng dụng với 3 mức điện li của axit H 3 PO 4 có dãy muối photphat: - Muối photphat trung hoà: - Muối đihiđro photphat - Muối hiđro photphat: Các muối trung hoà và muối axit của kim loại Na, K và amoni đều tan trong nước. Với các kim loại khác chỉ muối đihiđro photphat là tan được, ngoài ra đều không tan hoặc tan ít trong H 2 O. d) Điều chế và ứng dụng - Trong công nghiệp, điều chế H 3 PO 4 từ quặng Ca 3 (PO 4 ) 2 và axit H 2 SO 4 : - Trong phòng thí nghiệm, H 3 PO 4 được điều chế từ P 2 O 5 (hoà tan vào H 2 O) hay từ P (hoà tan bằng HNO 3 đặc). Axit photphoric chủ yếu được dùng để sản xuất phân bón. 6. Phân bón hoá học Phân bón hoá học là những hoá chất có chứa nguyên tố dinh dưỡng, dùng để bón cho cây trồng nhằm nâng cao năng suất. Những hoá chất dùng làm phân bón phải là những hợp chất tan được trong dung dịch thấm trong đất để rễ cây hấp thụ được. Ngoài ra, hợp chất đó phải không độc hại gây ô nhiễm môi trường. Có ba loại phân bón hoá học cơ bản: phân đạm, phân lân và phân kali. a) Phân đạm là phân chứa nguyên tố nitơ. Cây chỉ hấp thụ đạm dưới dạng ion và ion . Các loại phân đạm quan trọng: - Muối amoni: NH 4 Cl (25% N), (NH 4 ) 2 SO 4 (21% N), NH 4 NO 3 (35% N, thường được gọi là "đạm hai lá") - Ure: CO(NH 2 ) 2 (46% N) giàu nitơ nhất. Trong đất ure bị biến đổi dần thành amoni cacbonat. Các muối amoni và ure bị kiềm phân huỷ, do đó không nên bảo quản phân đạm gần vôi, không bón cho các loại đất kiềm. - Muối nitrat: NaNO 3 , Ca(NO 3 ) 2 ,…thường bón cho các vùng đất chua mặn. b) Phân lân là phân chứa nguyên tố photpho. Cây hấp thụ lân dưới dạng ion . Các loại phân lân chính. - Phân lân tự nhiên: Quặng photphat Ca 3 (PO 4 ) 2 thích hợp với đất chua ; phân nung chảy (nung quặng photphat với đolomit). - Supephotphat đơn: Hỗn hợp canxi đihiđro photphat và thạch cao, được điều chế theo phản ứng: - Supe photphat kép: là muối canxi đihiđro photphat, được điều chế theo phản ứng: - Amophot: chứa cả đạm và lân, được điều chế bằng cách cho NH 3 tác dụng với axit photphoric thu được hỗn hợp trong mono và điamophot NH 4 H 2 PO 4 và (NH 4 ) 2 HPO 4 c) Phân kali: chứa nguyên tố kali, cây hấp thụ kali dưới dạng ion K + . Phân kali chủ yếu là KCl lấy từ quặng muối cacnalit (KCl.MgCl 2 .6H 2 O), sinvinit (KCl.NaCl). Ngoài ra người ta cũng dùng KNO 3 .K 2 SO 4 . d) Phân vi lượng: là loại phân chứa một số lượng rất nhỏ các nguyên tố như đồng, kẽm, molipđen, mangan, coban, bo, iot… Chỉ cần bón một lượng rất nhỏ các nguyên tố này cũng làm cho cây phát triển tốt. Ở nước ta có một số nhà máy lớn sản xuất supephotphat (Lâm Thao - Phú Thọ), sản xuất phân đạm (Hà Bắc) và có một số địa phương sản xuất phân lân nung chảy… Cacbon, silic thuộc phân nhóm chính nhóm IV. Nguyên tử của những nguyên tố này có 4 electron ở lớp ngoài cùng, chúng là những phi kim. Cacbon - Silic Cacbon 1. Cấu tạo nguyên tử - Cacbon thiên nhiên là hỗn hợp hai đồng vị bền: (98,982%) và (0,108%). NTK = 12,0115. - Cấu hình e ứng với trạng thái cơ bản: Do đó cacbon có thể có hoá trị II (liên kết cộng hoá trị) - Ở trạng thái kích thích, có 1e ở phân lớp 2s nhảy lên phân lớp 2p tạo thành 4e độc thân đồng nhất, vì thế cacbon có hoá trị IV trong hầu hết các hợp chất. - Ở trạng thái rắn, các nguyên tử cacbon liên kết với nhau theo kiểu kim cương hoặc graphit. 2. Các dạng thù hình và tính chất vật lý. Cacbon có 3 dạng thù hình: kim cương, than chì (graphit) và cacbon vô định hình. a) Kim cương Kim cương có cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử, mỗi nguyên tử C liên kết cộng hoá trị bền vững với 4 nguyên tử C xung quanh, tạo hình tứ diện đều. Sự đồng nhất và bền vững của liên kết này khiến kim cương có tính rất cứng, không bay hơi và trơ với nhiều chất hoá học. b) Than chì Tinh thể than chì (graphit) có cấu trúc lớp. Trên mỗi lớp, mỗi nguyên tử C liên kết với 3 nguyên tử C khác bằng liên kết cộng hoá trị. Liên kết giữa những nguyên tử C trong 1 lớp rất bền vững, liên kết giữa các lớp rất yếu, do vậy các lớp trong tinh thể có thể trượt lên nhau. Cấu trúc này làm than chì mềm, trơn, dùng làm bút chì, bôi trơn các ổ bi. c) Cacbon vô định hình Cacbon vô định hình (than cốc, than gỗ, bồ hóng,…) gồm những tinh thể rất nhỏ, có cấu trúc không trật tự. Tính chất của cacbon vô định hình tuỳ thuộc vào nguyên liệu và phương pháp điều chế chúng. Than gỗ và than xương có cấu tạo xốp nên chúng có khả năng hấp thụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch. 3. Tính chất hoá học Các dạng thù hình của cacbon tuy có tính chất vật lý rất khác nhau nhưng tính chất hoá học của chúng căn bản giống nhau: cháy trong oxi, cả kim cương và than chì đều tạo thành khí CO 2 . a) Phản ứng với oxi Khi cháy trong oxi, phản ứng toả nhiều nhiệt: Vì vậy cacbon được dùng chủ yế để làm nhiên liệu trong đời sống, trong công nghiệp. b) Phản ứng với các oxit kim loại. Cacbon khử được nhiều oxit kim loại. Ví dụ: c) Phản ứng với oxit phi kim Cacbon phản ứng với oxit của một số phi kim tạo thành các cacbon có liên kết cộng hoá trị và rất rắn. Ví dụ: Đốt nóng cacbon trong khí CO 2 , tạo ra CO d) Phản ứng với hơi nước. Cacbon tác dụng với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo ra khí thanh (một hỗn hợp gồm CO và H 2 ) Khí than là nhiên liệu quan trọng trong công nghiệp. e) Hợp chất với các halogen. Cacbon tạo nhiều hợp chất với halogen: CF 4 , CCl 4 , CF 2 Cl 2 ,… Trong đó CCl 4 được dùng làm dung môi, CF 2 Cl 2 (freon) là chất làm lạnh trong các máy lạnh và nó là một trong các chất gây "thủng" tầng ozon. f) Trong các hợp chất với hiđro và kim loại, cacbon có số oxi hoá âm. Ví dụ: 4. Các hợp chất quan trọng của cacbon a) Cacbon monooxit CO - Công thức cấu tạo: C º O - CO là khí không màu, không mùi, rất độc (gây chết người), CO hoá lỏng ở -191,5 o C và hoá rắn ở -205 o C. - Ở t o thường, CO rất trơ. ở t o cao, CO bị cháy thành CO 2 cho ngọn lửa màu xanh: - Với clo tạo thành photgen là một chất độc hoá học: - CO có tính khử mạnh, nó khử được các oxit kim loại hoạt động vừa và yếu. Ví dụ: CO được dùng làm chất khử trong công nghiệp luyện kim. b) Cacbon đioxit CO 2 . - Công thức cấu tạo: O = C = O. Phân tử đối xứng, nguyên tử C và hai nguyên tử O nằm trên một đường thẳng, do đó phân tử không phân cực. - CO 2 là khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí 1,5 lần. CO 2 ít tan trong nước (ở 20 o C, một thể tích nước hoà tan được 0,88 thể tích CO 2 ). Dưới áp suất thường, ở -78 o C, khí CO 2 hoá rắn, gọi là nước đá khô. - CO 2 có tính chất của oxit axit và có tính oxi hoá yếu. + Tác dụng với H 2 O: H 2 CO 3 là axit yếu, kém bền, khi bị đun nóng nó phân huỷ cho CO 2 bay ra. + Tác dụng với kiềm: + Tác dụng với kim loại: CO 2 có thể oxi hoá một số kim loại có tính khử mạnh ở nhiệt độ cao: + Tác dụng với NH 3 : Tạo thành ure. - Điều chế CO 2 : + Nung đá vôi: + Trong phòng thí nghiệm: - Ứng dụng của CO 2 : Chữa cháy. Trong công nghiệp thực phẩm, sản xuất xôđa, ure,… c) Muối cacbonat. Tồn tại 2 loại muối cacbonat. - Muối cacbonat trung hoà : Na 2 CO 3 , CaCO 3 , … - Muối hiđrocacbonat (muối axit): Muối cacbonat của kim loại kiềm, amoni và hiđrocacbonat của kim loại kiềm, kiềm thổ (trừ NaHCO 3 ) tan được trong nước, các muối cacbonat còn lại không tan. - Ở t o cao : muối cacbonat kim loại kiềm không bị phân huỷ, cacbonat của các kim loại khác phân huỷ, tạo ra oxit kim loại. - Muối hiđrocacbonat kém bền, bị phân huỷ ở > 100 o C. Một vài muối (ví dụ Ca(HCO 3 ) 2 ) chỉ tồn tại trong dung dịch. - Muối cacbonat tác dụng với nhiều axit, giải phóng CO 2 : . Hóa vô cơ ( phần 3) Phốt pho 1. Cấu tạo nguyên tử Photpho có điện tích hạt nhân +15 Cấu hình e:. trọng: - Muối amoni: NH 4 Cl (2 5% N), (NH 4 ) 2 SO 4 (2 1% N), NH 4 NO 3 (3 5% N, thường được gọi là "đạm hai lá") - Ure: CO(NH 2 ) 2 (4 6% N) giàu nitơ nhất. Trong đất ure bị biến đổi. thiên nhiên là hỗn hợp hai đồng vị bền: (9 8,982%) và (0 ,108%). NTK = 12,0115. - Cấu hình e ứng với trạng thái cơ bản: Do đó cacbon có thể có hoá trị II (liên kết cộng hoá trị) - Ở trạng thái