磷的化性 The Chemistry of phosphorous

化學原理啟迪455

Kenzo | Spring Summer 2014 Full Fashion Show | Exclusive

1.     雖然在元素符週期表，同樣是5A族元素的磷，就位於氮之下，但磷的化性與氮完全不同。

2.     有四個主要因素造成磷與氮的性質差異：(1)氮有能力生成較強的π鍵。(2)氮的陰電性較強。(3)磷原子的體積較大。(4)磷能夠提供空的d殼層價電軌域。

3.     在元素態下，氮與磷的化性差異顯著。氮的元素態是2個「氮原子」鍵結的分子，2個「氮原子」組成的分子，因為有強的π鍵連接，因此十分穩定。

4.     磷的元素態則有許多不同的連結形式，形成不同的磷固體。白磷white phosphorus，由四面體P4分子組成。

5.     白磷非常容易起反應，白磷一接觸到空氣就起火燃燒，稱為自燃pyrophoric；因此，白磷必須儲存在水中。白磷有毒性，P4分子對身體組織傷害非常大，特別是對鼻子和顎的軟骨和骨頭。

6.     比較不容易起反應的是黑磷black phosphorus和紅磷red phosphorus，黑磷和紅磷是網狀固體。黑磷是規則晶體結構，但紅磷是非晶體。一般認為，紅磷由P4單元連接而成鏈組成。下圖為紅磷：

7.     在1大氣壓、無空氣的條件下，白磷加熱即可得到紅磷。白磷和紅磷在高壓下加熱，即變成黑磷。下圖為黑磷：

8.     雖然「磷」的陰電性低於「氮」，磷仍能形成一些磷化物（含有P^3－陰離子的物質），例如Na3P和Ca3P2。磷化物鹽類，與水激烈反應，產生「膦phosphine(PH3) 」，這是無色的氣體。

2Na3P(s)＋6H2O(l)→2PH3(g)＋6Na⁺(aq)＋6OH^－(aq)

9.     「膦」的構造與「氨」類似，不過，「膦」是弱鹼，並且比較不溶於水，因為膦吸引質子的能力較弱，膦鹽（PH4⁺）並不常見。目前已知的膦鹽只有PH4I、PH4Cl和PH4Br。

10.  膦的路易士結構：

11.  依據價殼電子對互斥模型VSEPR，膦分子是四面體結構，不過，膦化學鍵的夾角是94°，非氨的107°；這其中的原因很複雜，所以我們簡單地將膦看成是一種例外。

n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》；圖片來源／wpscms.pearsoncmg.com、chemeddl.org、chemwiki.ucdavis.edu、answers.com