Nung 1000gam loại quặng photphorit chứa $C{a}_3{\left(PO4\right)}_4$ hàm lượng 77,5% với C và $Si{O}_2$ đều lấy dư ở 1000^oC. Biết hiệu suất phản ứng đạt 80%. Khối lượng P thu được là

I. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử

- Photpho ở ô thứ 15, nhóm VA, chu kì 3 trong bảng tuần hoàn.

- Cấu hình electron:$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^3$

⇒ Lớp ngoài cùng có 5 electron, nên trong các hợp chất hóa trị của photpho có thể là 5.

Ngoài ra, trong một số hợp chất, photpho còn có hóa trị 3.

II. Tính chất vật lí

Photpho có thể tồn tại ở một số dạng thù hình khác nhau, quan trọng nhất là P trắng và P đỏ.

1. Photpho trắng

- Không màu hoặc vàng nhạt giống như sáp.

Hình 1: Photpho trắng

- Có cấu trúc mạnh tinh thể phân tử P4.

Hình 2: Mô hình phân tử P4.

- Photpho trắng mềm, dễ nóng chảy (tnc = 44,1ºC).

- Rất độc, gây bỏng nặng khi rơi vào da.

- Không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ: $C_6$$H_6$, C$S_2$,...

- Bốc cháy trong không khí ở nhiệt trên 40$°$C.

⇒ Bảo quản bằng cách ngâm trong nước.

Hình 3: Thí nghiệm chứng minh khả năng bốc cháy khác nhau của P trắng và P đỏ

- Ở nhiệt độ thường, photpho trắng phát quang màu lục nhạt trong bóng tối.

Lưu ý: Khi đun nóng đến 250$°$C và không có không khí, photpho trắng chuyển dần thành photpho đỏ (dạng bền hơn).

2. Photpho đỏ

- Photpho đỏ là chất bột màu đỏ, dễ hút ẩm và chảy rữa.

Hình 4: Photpho đỏ

- Photpho đỏ bền trong không khí ở nhiệt độ thường và không phát quang trong bóng tối.

- Không tan trong các dung môi thông thường.

- Chỉ bốc cháy ở nhiệt độ trên 250$°$C.

- Khi đun nóng không có không khí, photpho đỏ chuyển thành hơi, khi làm lạnh thì hơi ngưng tụ lại thành photpho trắng.

- Photpho đỏ có cấu trúc polime, nên khó nóng chảy và khó bay hơi hơn photpho trắng.

Hình 5: Cấu trúc polime của photpho đỏ

II. Tính chất hóa học

- Độ âm điện P < N nhưng P hoạt động hóa học hơn $N_2$ vì liên kết N ≡ N bền vững.

- P trắng hoạt động hóa học mạnh hơn P đỏ.

- Các mức số oxi hóa của P là: -3, 0, +3, +5.

⇒ P thể hiện tính khử hoặc tính oxi hoá khi tham gia phản ứng hóa học.

1. Tính oxi hoá

- Tác dụng với một số kim loại hoạt động, tạo ra photphua kim loại.

Thí dụ:

      $\begin{array}{l}2\stackrel{0}{P}+3Ca\stackrel{t^o}{\to }{\stackrel{}{Ca}}_3{\stackrel{-3}{P}}_2\\ canxiphotphua\end{array}$   

2. Tính khử

- Tác dụng với các phi kim hoạt động như oxi, halogen, lưu huỳnh … cũng như với các chất oxi hóa mạnh khác.

    + Tác dụng với oxi

Thiếu oxi: 4P + 3$O_2$$\stackrel{t^o}{\to }$  2$P_2$$O_3$

Dư oxi: 4P + 5$O_2$$\stackrel{t^o}{\to }$  2$P_2$$O_5$

    + Tác dụng với clo

    + Tác dụng với hợp chất: P dễ dàng tác dụng với các hợp chất có tính oxi hóa mạnh như HNO3 đặc, KCl$O_3$, KN$O_3$, $K_2$C$r_2$$O_7$, …

6P + 5KCl$O_3$ $\stackrel{t^o}{\to }$  3$P_2$$O_5$ + 5KCl

III. Trạng thái tự nhiên

- P khá hoạt động về mặt hóa học nên không gặp P ở dạng tự do trong tự nhiên.

- Phần lớn P tồn tại ở dạng muối của axit photphoric. Hai khoáng vật chính của photpho là apatit 3C$a_3$(P$O_4$)2.Ca$F_2$ và photphorit C$a_3$(P$O_4$)2.

Hình 6: Một số khoáng vật của photpho

IV. Ứng dụng và điều chế

1. Ứng dụng

- Sản xuất axit photphoric, sản xuất diêm.

Hình 7: Hộp diêm

- Ngoài ra được sử dụng vào mục đích quân sự: sản xuất bom, đạn cháy, đạn khói, ....

2. Điều chế

- Trong công nghiệp, photpho đỏ được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp quặng photphorit (hoặc đá apatit), cát và than cốc khoảng 1200ºC trong lò điện.

- Hơi photpho thoát ra được ngưng tụ khi làm lạnh, thu được photpho trắng ở dạng rắn.