磷

磷的特性

硅 - 磷 - 硫 氮 磷 砷   元素周期表
总体特性
名称, 符号, 序号	磷、P、15
系列	非金属
族, 周期, 元素分区	15族(VA), 3, p
密度、硬度	白磷： 1823 kg/m3，NA 红磷： 2340 kg/m3，NA 黑磷： 2670 kg/m3，NA
颜色和外表	无色 / 红色 / 银白色
地壳含量	0.09 %
原子属性
电子数	15
质子数	15
中子数	16
原子量	30.973762(2)原子量单位
原子半径 (计算值)	100（98）pm
共价半径	106 pm
范德华半径	180 pm
价电子排布	[氖]3s23p3
电子在每能级的排布	2，8，5
氧化价（氧化物）	±3，5，4（弱酸性）
晶体结构	单斜晶体
物理属性
物质状态	固态
熔点	317.3 K（44.2 °C）
沸点	550 K （277 °C）
摩尔体积	17.02×10-6m3/mol
汽化热	12.129 kJ/mol
熔化热	0.657 kJ/mol
蒸气压	20.8 帕（294K）
声速	无数据
其他性质
电负性	2.19（鲍林标度）
比热	1040 J/(kg·K)
电导率	1.0×10-9/(米欧姆)
热导率	0.235 W/(m·K)
第一电离能	1011.8 kJ/mol
第二电离能	1907 kJ/mol
第三电离能	2914.1 kJ/mol
第四电离能	4963.6 kJ/mol
第五电离能	6273.9 kJ/mol
最稳定的同位素
同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量 MeV 衰变产物 31P 100 % 稳定
在没有特别注明的情况下使用的是 国际标准基准单位单位和标准气温和气压

磷是一种化学元素，它的化学符号是P，它的原子序数是15。

性状

磷是一种易起化学反应的、有毒的氮族非金属元素。它的化学反应活性和毒性取决于形态不同而有所区别。 磷化氫燃烧的火叫鬼火。

单质磷的同素异形体

• 黑磷（金属磷）
  • 化學結構類似石墨，因此可導電。
  • 化學式一般寫為P。
  • 深黑色粉末

• 白磷（黃磷）
  • 化學式：P₄
  • 淡黃蠟似半透明可結晶的固體，於黑暗中能發光。放置一段時間部份表面白磷會形成紅磷，使白磷變成淡黃色。不溶於水，但可溶於苯、乙醚，需保存於水中。有特臭，劇毒。比重1.83，熔點44.4，沸點287度。可作武器，吸入人體會燃燒形成磷酸酐，造成呼吸道及肺部灼傷，磷酸酐溶於水形成磷酸，具強脫水性，使呼吸道及肺部脫水。

• 红磷（赤磷）
  • 化學結構為巨型共價分子。
  • 化學式一般寫為P。
  • 鮮紅色粉末，無毒，比重2.296，熔點725度，是黃磷於壓力下稀有气体中加熱8-10日而成，白磷隔除空氣加熱至250度可得紅磷。

• 紫磷
  • 化學結構為層狀，但與黑磷不同。
  • 化學式一般寫為P。

化学性质

磷可以在空气中燃烧，生成大量五氧化二磷白烟：4P+5O₂→2P₂O₅。

在有催化剂存在的情况下，白磷、红磷和水经过几步反应生成H₃PO₄、H₂及很少量的H₃PO₃和PH₃： P_4(l)+16H₂O_(l)=4H₃PO_4(85%)+10H_2(g)

发现

在化学史上第一个发现磷元素的人，当推十七世纪的一个德国汉堡商人波兰特（Henning·Brand，约1630年~约1710年）。他是一个相信炼金术的人，由于他曾听传说从尿里可以制得“金属之王”黄金，于是抱着图谋发财的目的，便用尿作了大量实验。1669年，他在一次实验中，将砂、木炭、石灰等和尿混合，加热蒸馏，虽没有得到黄金，而竟意外地得到一种十分美丽的物质，它色白质软，能在黑暗的地方放出闪烁的亮光，于是波兰特给它取了个名字，叫“冷光”，这就是今日称之为白磷的物质。波兰特对制磷之法，起初极守秘密，不过，他发现这种新物质的消息立刻传遍了德国。

德国化学家孔克尔曾用尽种种方法想打听出这一秘密的制法，终于探知这种所谓发光的物质，是由尿里提取出来的，于是他也开始用尿做试验，经过苦心摸索，终于在1678年也告成功。他是把新鲜的尿蒸馏，待蒸到水分快干时，取出黑色残渣，放置在地窑里，使它腐烂，经过数日后，他将黑色残渣取出，与两倍于“尿渣”重的细砂混合。一起放置在曲颈瓶中，加热蒸馏，瓶颈则接连盛水的收容器。起初用微火加热，继用大火干馏，及至尿中的挥发性物质完全蒸发后，磷就在收容器中凝结成为白色蜡状的固体。后来，他为介绍磷，曾写过一本书，名叫《论奇异的磷质及其发光丸》。

在磷元素的发现上，英国化学家罗伯特·波义耳差不多与孔克尔同时，用与他相近的方法也制得了磷。波义耳的学生汉克维茨（Codfrey·Hanckwitz）曾用这种方法在英国制得较大量的磷，作为商品运到欧洲其他国家出售。他在1733年曾发表论文，介绍制磷的方法，不过说得十分含糊，以后，又有人从动物骨质中发现了磷。

名称由来

由于单质磷在空气中会自燃而发光，因此在英语中，磷来源于希腊语中的Phosphoros，原指“启明星”，意为“光亮”。而在中文裡，磷的本义是薄石。

分布

磷在地壳中的含量为0.09%。磷不以单质存在，通常在磷酸盐中天然存在，尤其是磷灰石。磷也存在于生物体当中，是原生质的基本成分。

制备

磷的现代制法是将磷酸钙与砂（主要成分为二氧化硅）及焦炭一起放在电炉中加热。为使反应式易于理解，可写成两步如下：

• Ca₃(PO₄)₂+3SiO₂→3CaSiO₃+P₂O₅
• P₂O₅+5C→2P+5CO

同位素

已发现磷的同位素共有13种，包括磷27至磷39，其中只有磷31是稳定的，其他同位素都带有放射性。

含氧酸

磷有5种比较重要的含氧酸:

名称	化学式	磷的氧化数（化合价）	结构式	N元酸
磷酸(正磷酸)	H3PO4	+５		３
焦磷酸	H4P2O7	+5	OH OH | | O = P - O - P = O | | OH OH	4
偏磷酸	HPO3	+5	O \\ P - OH // O	1
亚磷酸	H3PO3	+3	OH | H - P = O | OH	2
次磷酸	H3PO2	+1	OH | H - P = O | H	1

用途

磷可用于安全火柴、烟花、燃烧弹和化肥，还可以保护金属表面免于腐蚀。

磷酸的用途也十分广泛。

对人体的影响

磷是骨骼和牙齿的构成材料之一。正常成年人骨中的含磷总量约为600～900克，人体每100毫升全血中含磷35-45毫克。磷能保持人体内代谢平衡，在调节能量代谢过程中发挥重要作用。它是生命物质核苷酸的基本成分。它参与体内的酸碱平衡的调节，参与体内脂肪的代谢。

磷缺乏可以出现低磷血症，引起红细胞、白细胞、血小板的异常，软骨病。磷过多将导致高磷血症，使血液中血钙降低导致骨质疏松。

外部链接

• 洛斯阿拉莫斯国家实验室
• EnvironmentalChemistry.com —— 磷（英文）