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极道磷酸I:第二变态无机含氧酸家族

2023-04-07 20:23 作者:真-尼古拉斯翠花  | 我要投稿

磷酸:埃及王世一般的家谱

磷酸家族第一个小伙子是次磷酸,此时磷的化合价为I价,比较低,具有较强的还原性。

纯净的次磷酸是白色晶体但并不稳定(毕竟I价嘛,可以理解)。次磷酸分子里虽然有3个氢,但是只有一个可以电离出去,剩下俩直接连着磷,所以只是一元酸。难得的是,它的酸性是比较强的那种(砷:退!退!退!),可以和活泼金属置换出氢气,但是如果金属过于活泼,在强烈的放热时I价的磷也会矜持地表现一点点氧化性被还原成-III价生成磷化氢(危~)。

次磷酸对热并不怎么稳定(包括溶液),加热会歧化生成高价态的磷酸和低价态的磷化氢(危~×2)。如果加热过快的话……热情的火焰冲天而起,向天花板一冲千里,好像哈利波特的坚毅,留下一串五氧化二磷的白烟作为回忆(押韵押的真尬……),次磷酸盐也同样遗传了遇热不稳定的《忧凉传统》,但分解起来仍算比较温和的。分解仍然生成磷化氢,还生成了一部分水,剩下的盐中磷还是V价,但是并不是磷酸盐,而是焦磷酸盐。

次磷酸的盐类很特殊,很多盐都是易溶的,甚至包括重金属盐,把硫酸铜溶液和次磷酸溶液混合并不会沉淀(银:哦?我有一个大胆的想法),但同时由于较强的还原性,很容易被氧化性较强的金属离子氧化生成磷酸根,然后金属离子被还原,有时可能和磷酸根沉淀下来。

次磷酸的还原性在碱性环境的呐喊助威下还可以更加强悍,还是刚才的那坨溶液,加入氢氧化钾时,氢氧根和铜离子产生蓝色沉淀,此时次磷酸在碱性条件下先把氢氧化铜还原成氧化亚铜,在进一步氧化成铜,整个过程像一串蓝色铃兰变成九转大肠,十分的……耐人寻味。

然后是亚磷酸,它里面的磷呈现III价,还原性不错,但没有次磷酸强。同样有一个氢是直接连在磷上的,只有俩氢可以电离,是个二元酸。并且由于同离子效应,酸性并没有次磷酸那么强,但也算比较不错的水平。它可以形成稳定的晶体,但会迅速潮解,也会被氧化成磷酸(毕竟有点还原性)。

和次磷酸一样,它也可以和很多活泼金属置换出氢气,但形成的盐类和次磷酸的易溶不一样,除了钾、钠、铵,几乎都难溶,所以和很多金属反应着反应着就不反应了。

和次磷酸一样,同样热不稳定,加热会歧化生成磷酸和磷化氢。但反应速度要比次磷酸更加温和(但不代表你可以随便烧着玩了),生成的磷化氢可以平稳的燃烧直到最后。

亚磷酸的和重金属离子容易发生离子反应,因为它的很多盐都是难溶的(银:我还有个大胆的想法),但即使是具有较强氧化性的重金属离子,也得先沉淀再说。铜离子对亚磷酸想动刀子就更难了,第一步仍然是离子反应,但亚磷酸的还原性并没有次磷酸那么厉害,所以这个沉淀室温下很稳定,长时间加热也很稳定,并不会分解多少(注意是分解)。即使是很客气的还原剂二氧化硫也会被亚磷酸氧化,生成黄色的硫单质沉淀,还会生成不太常见的连二亚硫酸(注意和焦亚硫酸并不一样),连二亚硫酸钠被称为保险粉,在工业上很有用(跑题了,继续……)

连二磷酸是磷酸家族里出现的第一个老实人,它的氢都是羟基上的,都可以电离。但由于磷处于IV这个并不怎么稳定的价态,导致这个老实人并不怎么好运,控制好温度,在混有红磷和次氯酸钠的溶液里缓慢加酸,赶走生成的二氧化氯防止爆炸,反应完成后中和掉多余的酸,连二磷酸根可以在强碱性环境下稳定存在,甚至被加热到沸腾都没事。这个连二磷酸是比较和谐的,两个磷之间直接形成共价键,但还有一种“连二磷酸”是诡异一点的,两个磷中间夹了一个氧,剩下的氧在两边分布并不均衡,一边三个,另一边五个,也就是一个磷III价,另一个V价。磷的III价和V价可以无限地排列组合,《然后》都不怎么稳定。

磷酸真正磨人的地方还是V价。虽是V价,却并没有V价的架子,氧化性并不出众,但排列组合才是重点。偏磷酸(一个磷酸脱一个水)、焦磷酸(两个磷酸脱一个水),三磷酸(三个磷酸脱两个水,以此类推……),聚磷酸(四个磷酸脱三个水!即答!)过磷酸(这是啥?),硫代硫酸(一个双键硫代替掉一个双键氧),各种卤代磷酸(收!停止报菜名)这次先只看磷酸,本来是无色晶体,但融化难以结晶(氯化铍:这我熟)。磷酸的制备,是很容易的,它的酸酐是五氧化二磷,直接溶解在水中就可以,但很危险,剧烈放热,并且副反应很多。更好用的方法是复分解反应,用硫酸浸泡磷矿粉,得到磷酸溶液,除杂后就可以卖了,磷肥的制法同理。尽管地壳里不缺磷,但因为多数盐都难溶,并不能用,所以要变成易溶性磷酸盐才可以当做化肥用。磷酸钙和硫酸反应生成磷酸二氢钙和硫酸钙,磷酸二氢钙由于难溶于水,和硫酸生成的硫酸钙混合在一起,这就是过磷酸钙。钼和磷还可以在一起恶心人,在硝酸酸化的钼酸铵溶液中加入过磷酸钙的水合物,便可以生成明黄色的磷钼酸铵沉淀(《钾钠铵硝皆可溶》)。为了避免过磷酸钙中有硫酸钙碍事,可以将硫酸换成磷酸得到重过磷酸钙(可以劣迹,两个磷酸二氢根和一个钙)。磷酸由于成本更贵所以这玩意价格也更贵,但肥力也更强。

磷酸是个很重要的试剂,虽然是中强酸,但浓热情况下仍然可以查克拉爆发腐蚀除了铱意外的很多金属,玻璃甚至都可以被融掉(这个不是腐蚀性的问题,这个是生成的杂多酸),盐酸此时默默地面壁思过……磷酸的强腐蚀力,使得它可以在矿物分析中可以溶解很多矿物。所以熔融磷酸用的东西不可以是玻璃,而是贵的要死的铱坩埚(千万别手欠,偷一个就够警察蜀黍立案调查了)。磷酸有着和硫酸一样的高沸点难挥发的好习惯且并没有很强的氧化性,所以在制备某些易溶于水的、强还原性的气体时可以完美代替浓硫酸(浓硫酸:你倒好,强氧化性倒是我的不是了),磷酸还有一个神奇特性就是很强的络合能力,可以用它来屏蔽铁离子的干扰,他可以络合铁离子形成无色络合物。生物上(Oh,no!)也有很重要的用途,牙齿和骨骼就是磷的矿物(牙齿是羟基磷酸钙,骨头是既有磷酸钙又有碳酸钙),缓冲血液pH的也是磷酸盐(你应该不知道血液pH变化会有多严重的后果吧,那就别知道)。细胞膜的主要结构就是双磷脂分子(我曾经还天真的以为是蛋白质😅),细胞的能量传递是靠ATP和ADP相互转化负责的,这个过程能量密度很高。在遗传学方面,带有基因的DNA(麻花样的),合成蛋白的RNA(梯子形状的),全靠磷酸二酯键连接核苷酸,才能一只连一只变成一大串具有复杂信息的分子。

磷化氢也具有较强的还原性,可以将沾有硝酸银溶液的试纸“染”成黑色,其实是还原出的单质银(直接通入硝酸银溶液岂不更直接?)

下起预警:各种聚磷酸和有机磷化合物笑而不语

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