磷（Phosphorus），是第15號(hào)化學(xué)元素，符號(hào)P。處于元素周期表的第三周期、第ⅤA族。磷存在于人體所有細(xì)胞中，是維持骨骼和牙齒的必要物質(zhì)，幾乎參與所有生理上的化學(xué)反應(yīng)。磷還是使心臟有規(guī)律地跳動(dòng)、維持腎臟正常機(jī)能和傳達(dá)神經(jīng)刺激的重要物質(zhì)。沒(méi)有磷時(shí)，煙酸（又稱(chēng)為維生素B3）不能被吸收；磷的正常機(jī)能需要維生素D（維生素食品）和鈣（鈣食品）來(lái)維持。

磷被首次發(fā)現(xiàn)存在于恒星爆炸后的宇宙殘余物里。對(duì)超新星殘余物仙后座A的最新觀測(cè)揭示了磷存在的最新證據(jù)。它是在深空發(fā)現(xiàn)的兩大元素之一，或可能給科學(xué)家提供有關(guān)生命在宇宙里的可能性的線(xiàn)索。

元素在太陽(yáng)中的含量：7ppm

元素在海水中的含量：0.0015ppm

地殼中含量：1000ppm

磷在生物圈內(nèi)的分布很廣泛，地殼含量豐富列前10位，在海水中濃度屬第2類(lèi)。廣泛存在于動(dòng)植物組織中，也是人體含量較多的元素之一，稍次于鈣排列為第六位。約占人體重的1%，成人體內(nèi)約含有600-900g的磷。體內(nèi)磷的85.7%集中于骨和牙，其余散在分布于全身各組織及體液中，其中一半存在于肌肉組織。它不但構(gòu)成人體成分，且參與生命活動(dòng)中非常重要的代謝過(guò)程，作為人體細(xì)胞DNA和RNA的重要組成元素，是機(jī)體很重要的一種元素。

單質(zhì)磷有幾種同素異形體。其中，白磷或黃磷是無(wú)色或淡黃色的透明結(jié)晶固體。密度1.82g/㎝3。熔點(diǎn)44.1℃，沸點(diǎn)280℃，著火點(diǎn)是40℃。放于暗處有磷光發(fā)出。有惡臭。劇毒。白磷幾乎不溶于水，易溶解于二硫化碳溶劑中．在高壓下加熱會(huì)變?yōu)楹诹?，其密?.70g/㎝3，略顯金屬性。電離能為10.486eV。一般不溶于普通溶劑中。白磷經(jīng)放置或在250℃隔絕空氣加熱數(shù)小時(shí)或暴露于光照下可轉(zhuǎn)化為紅磷。紅磷是紅棕色粉末，無(wú)毒，密度2.34g/㎝3，熔點(diǎn)590℃（在43atm下，熔點(diǎn)是590℃，升華溫度416℃），沸點(diǎn)280℃，著火點(diǎn)240℃。不溶于水。在自然界中，磷以磷酸鹽的形式存在，是生命體的重要元素。存在于細(xì)胞、蛋白質(zhì)、骨骼和牙齒中。在含磷化合物中，磷原子通過(guò)氧原子而和別的原子或基團(tuán)相聯(lián)結(jié)。?[1-2]??

同位素

已發(fā)現(xiàn)的共有23種：包括從磷-24到磷-46。其中只有磷-31最為穩(wěn)定。其它同位素都具有放射性，其中磷-32、磷-33的半衰期在10d內(nèi)，其余的都為極不穩(wěn)定的放射性同位素。

同素異形體

• 黑磷（金屬磷）

黑色有金屬光澤的晶體，在磷的同素異形體中反應(yīng)活性最弱，在空氣中不會(huì)點(diǎn)燃?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)類(lèi)似石墨，因此可導(dǎo)電。

化學(xué)式一般寫(xiě)為P。

深黑色粉末

• 白磷（黃磷）

化學(xué)式：P4

淡黃蠟似半透明可結(jié)晶的固體，于黑暗中能發(fā)光。有特臭，劇毒。密度1.83g/cm3，熔點(diǎn)44.4℃，沸點(diǎn)287℃。

• 紅磷（赤磷）

化學(xué)結(jié)構(gòu)為巨型共價(jià)分子。

化學(xué)式一般寫(xiě)為P。

鮮紅色粉末，無(wú)毒，密度2.296g/cm3，熔點(diǎn)300℃，沸點(diǎn)725℃，是黃磷于壓力下稀有氣體中加熱8-10日而成。

• 紫磷

把黑磷加熱到125℃則變成鋼藍(lán)色的紫磷。

紫磷的化學(xué)活動(dòng)性比白磷小，但仍能被硝酸氧化成磷酸。紫磷跟氯酸鉀一起摩擦可以劇烈燃燒。化學(xué)結(jié)構(gòu)為層狀，但與黑磷不同。

化學(xué)式一般寫(xiě)為P。

單質(zhì)

• 白磷

純白磷是無(wú)色而透明的晶體，遇光逐漸變黃，因而又叫黃磷。黃磷劇毒，誤食0.1g就能致死。皮膚若經(jīng)常接觸到單質(zhì)磷也會(huì)引起吸收中毒。白磷不溶于水，易溶于CS2中。經(jīng)測(cè)定，不論在溶液中或在蒸汽狀態(tài)，磷的分子質(zhì)量都相當(dāng)于分子式P4。磷蒸汽熱至1073K，P4開(kāi)始分解為P2。P2分子結(jié)構(gòu)和N2相同。

白磷晶體是由P4分子組成的分子晶體，P4分子呈四面體構(gòu)型，分子中P—P鍵長(zhǎng)是221pm，鍵角∠PPP是60°。理論上研究認(rèn)為，P—P鍵是98%3p軌道形成的鍵（3s和3d僅占很少成分），純p軌道間的夾角應(yīng)為90°，而實(shí)際僅有60°，因此P4分子中P—P鍵是受了很大應(yīng)力而彎曲的鍵。其鍵能比正常無(wú)應(yīng)力時(shí)的P—P鍵要弱，易于斷裂，使白磷在常溫下就有很高的化學(xué)活性。

白磷在潮濕的空氣中發(fā)生緩慢氧化，部分的反應(yīng)能量以光能的形式放出，故在暗處可看到白磷發(fā)光。當(dāng)緩慢氧化積累的能量達(dá)到燃點(diǎn)（313K）時(shí)便發(fā)生自燃，因此白磷通常要儲(chǔ)存在水中以隔絕空氣。

白磷和氧化劑反應(yīng)猛烈，它在氯氣中可自燃；遇液氯或溴會(huì)發(fā)生爆炸，與冷濃硝酸反應(yīng)激烈生成磷酸；在熱的濃堿液中發(fā)生歧化反應(yīng)生成磷化氫和次磷酸鹽。

白磷的主要反應(yīng)有

1．白磷在空氣中自燃生成氧化物。

P4+3O2=P4O6（化合反應(yīng)）

2．白磷與鹵素單質(zhì)劇烈反應(yīng)，在氯氣中也能自燃生成三氯化磷和五氯化磷。

P4+6Cl2=4PCl3（化合反應(yīng)）

P4+10Cl2=4PCl5（化合反應(yīng)）

3．白磷能被硝酸氧化成磷酸。

3P+5HNO3+2H2O=3H3PO4+5NO↑（氧化還原反應(yīng)）

4．白磷溶解在熱的濃堿中，歧化生成磷化氫和次磷酸鹽。

P4?+3OH-?+3H2O = PH3+ 3H2PO2-

5．白磷還可以把金、銀、銅和鉛從它們的鹽中取代出來(lái)，例如白磷與熱的銅鹽反應(yīng)生成磷化亞銅，在冷溶液中則析出銅。

（氧化還原反應(yīng)）

2P+5CuSO4+8H2O=5Cu+2H3PO4+5H2SO4（氧化還原反應(yīng)）

硫酸銅是白磷中毒的解毒劑，如不慎白磷沾到皮膚上，可用CuSO4溶液沖洗，用磷的還原性來(lái)解毒。

6．白磷可以被氫氣還原生成磷化氫。

P4+6H2=4PH3

• 紅磷

紅磷的著火點(diǎn)極高，在空氣中不發(fā)生自燃，但是只需要在紅磷中加入少量的MnO2，片刻將會(huì)發(fā)生燃燒，在這個(gè)過(guò)程中一定需要注意安全，最好在一個(gè)安全的容器內(nèi)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，否則將可能發(fā)生意外。

主要化合物

磷的氧化物有三氧化二磷和五氧化二磷。

• 三氧化二磷

磷在常溫下慢慢氧化，或在不充分的空氣中燃燒，均可生成P(Ⅲ)氧化物P4O6，常稱(chēng)做三氧化二磷。

P4O6的生成可以看成是P4分子中的P-P鍵因受到O2分子的進(jìn)攻而斷開(kāi)，在每個(gè)P原子間嵌入一個(gè)O原子而形成稠環(huán)分子。形成P4O6分子后，4個(gè)P原子的相對(duì)位置（正四面體的角頂）并不發(fā)生變化。

由于三氧化二磷的分子具有似球狀的結(jié)構(gòu)而容易滑動(dòng)，所以三氧化二磷是有滑膩感的白色吸潮性蠟狀固體，熔點(diǎn)296.8K，沸點(diǎn)（在氮?dú)庵校?46.8K。

①三氧化二磷有很強(qiáng)的毒性，溶于冷水中緩慢地生成亞磷酸，它是亞磷酸酐。

P4O6+6H2O(冷)=4H3PO3

②三氧化二磷在熱水中歧化生成磷酸和放出磷化氫：

P4O6+6H2O(熱)=PH3↑+3H3PO4

③三氧化二磷易溶于有機(jī)溶劑中。

• 五氧化二磷

磷在充分的氧氣中燃燒，可以生成P2O5，這個(gè)化合物常簡(jiǎn)稱(chēng)為五氧化二磷。其中P的氧化數(shù)為+5。

在P4O6的球狀分子中，每個(gè)P原子上還有一對(duì)孤電子對(duì)，會(huì)受到O2分子的進(jìn)攻，生成四個(gè)P=O雙鍵，而形成P4O10的分子。

五氧化二磷是白色粉末狀固體，熔點(diǎn)693K，573K時(shí)升華。它有很強(qiáng)的吸水性，在空氣中很快就潮解，因此它是一種最強(qiáng)的干燥劑。

五氧化二磷與水作用激烈，放出大量熱，生成P(Ⅴ)的各種含氧酸，并不能立即轉(zhuǎn)變成磷酸，只有在HNO3存在下煮沸才能轉(zhuǎn)變成磷酸：

P4O10+6H2O=4H3PO4（在HNO3與煮沸的條件下）

五氧化二磷是磷酸的酸酐。

• 三鹵化磷

用氣態(tài)的氯和溴與白磷作用可以得到PCl3和PBr3，根據(jù)理論比值混合白磷和碘在CS2中反應(yīng)可以得到PI3。三氟化磷可用三氟化砷與三氯化磷的反應(yīng)制備：

PCl3+AsF3=PF3+AsCl3

磷也生成一些混合鹵化物如PF2Cl和PFBr2。

• 五鹵化磷

單質(zhì)和鹵素直接反應(yīng)或三鹵化物和鹵素反應(yīng)可以得到五鹵化磷：

P4?+10Cl2?= 4PCl5

PF3+ Cl2?= PF3Cl2

第二種方法特別適用于制備混合鹵化物。

• 鹵氧化磷

五鹵化磷和過(guò)量的水直接接觸時(shí)會(huì)迅速發(fā)生水解作用，產(chǎn)生磷酸和氫鹵酸：

PX5+4H2O= H3PO4?+5HX

如果使五鹵化磷和有限量的水作用，水解產(chǎn)物是氫鹵酸和鹵氧化磷(或鹵化磷先)POX3。：

PX5?+H2O = POX3+2HX.

鹵化氧磷是許多金屬鹵化物的非水溶劑，它們也能和許多金屬鹵化物形成配合物，如ZrCl4··2POCl3，這種配合物應(yīng)用于分離Zr和Hf。

• 白磷

將磷酸鈣、石英砂（SiO2）和炭粉的混合物放在電弧爐中熔燒還原：

把生成的磷蒸氣P4通過(guò)水面下冷卻，就得到凝固的白色固體——白磷。

該反應(yīng)的本質(zhì)是碳把高氧化態(tài)的磷還原成單質(zhì)磷，單純的碳還原磷酸鈣的反應(yīng)需要很高的溫度，加入石英砂后可大大降低反應(yīng)溫度。

• 紅磷

將白磷隔絕空氣加熱到533K就轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形紅磷。它是一種暗紅色的粉末，不溶于水、堿和CS2中，基本無(wú)毒，其化學(xué)性質(zhì)也比較穩(wěn)定，雖然可與各種氧化劑反應(yīng)，但不如白磷那樣猛烈，在空氣中也不自燃，加熱到673K以上才著火。若與空氣長(zhǎng)期接觸也會(huì)極其緩慢的氧化，形成易吸水的氧化物，所以紅磷保存在未密閉的容器中會(huì)逐漸潮解，使用前應(yīng)小心用水洗滌、過(guò)濾和烘干。

• 黑磷

黑磷是磷的一種最穩(wěn)定的變體，但因形成它所需的活化能很高，故在一般條件下，其他變體不容易轉(zhuǎn)變?yōu)楹诹?，只有?200MPa，將白磷加熱到473K方能轉(zhuǎn)化類(lèi)似石墨片狀結(jié)構(gòu)的黑磷。黑磷能導(dǎo)電。在磷的主要三種同素異形體中，黑磷的密度最大（2.7g/cm3），不溶于有機(jī)溶劑，一般不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

工業(yè)上用白磷來(lái)制備高純度的磷酸，生產(chǎn)有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑、煙幕彈等。含有少量磷青銅叫做磷青銅，它富有彈性、耐磨、抗腐蝕，用于制作軸承、閥門(mén)等。大量紅磷用于火柴生產(chǎn)，火柴盒側(cè)面所涂物質(zhì)就是紅磷與三硫化二銻等的混合物。磷還用于制備發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料如GaASxP1-x等。