uzluga.ru
добавить свой файл
1 2 3
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ ГОРОДА НИЖНИЙ ТАГИЛ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ МБОУ № 40


ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОБЛАСТЬ: ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ ПРЕДМЕТЫ: БИОЛОГИЯ, ЭКОЛОГИЯ, ХИМИЯ


ТЕМА: ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВ ГОРОДА НИЖНИЙ ТАГИЛ И ЕГО ОКРЕСТНОСТЕЙ НА СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНОГО ФОСФОРА


ИСПОЛНИТЕЛЬ: Новиков Роман Олегович

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: Поликарпова Татьяна Алексеевна


Н.Тагил

2012

1. Теоретическая часть

1.1.    Положение фосфора в периодической системе. Электронноестроение, атомные и химические свойства элемента фосфора. Нахождение в природе.......................................

1.2.    Физические и химические свойства простого вещества фосфора. Аллотропные модификации..............................................

1.3.    Основные соединения фосфора. Физические и химические свойства фосфина, оксидов фосфора (+3), (+5), ортофосфорной кислоты, солей ортофосфорной кислоты..................................

1.4.    Фосфор в почве. Значение для развития растений. Фосфорные удобрения.....................................................................

1.5.    Фосфор в организме человека и животных: значение, поступление ..........................................................................

2. Практическая часть

2.1.    Краткие теоретические сведения оптических методов анализа ...

2.2.    Колориметрический метод определения подвижного фосфора

в почве и удобрениях по Кирсанову....................................

2.3.    Результаты исследования почв на содержание оксида фосфора (+5)

2.4.    Анализ количественного содержания оксида фосфора (+5) в исследуемом образце удобрения суперфосфат простой....................

Заключение..............................................................................

Литература


Фосфор — один из важнейших биогенных элементов, необходимый для жизнедеятельности всех организмов. В тканях растений содержание фосфора составляет от 230 до 330 мг на 100 г сухого вещества. Это — элемент — органоген, он играет исключительно важную роль в обмене веществ. Фосфор входит в состав скелета животных, в состав зубов, содержание его в мышцах -

0.27%,    в тканях мозга - 0,38%. В форме фосфата фосфор представляет собой необходимый компонент внутриклеточной аденозитрифосфорной кислоты (АТФ). Гидролиз АТФ сообщает организму необходимый для жизнедеятельности запас энергии. Фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, нуклеотидов и других активных соединений [10]. Человек и животные обычно получают достаточное количество фосфора с пищей, растения извлекают его в виде растворимых фосфатов; почва поэтому должна содержать достаточное количество соединений фосфора. Содержание фосфора в земной коре составляет 0,08%. В природе фосфор встречается исключительно в виде соединений, которые являются нерастворимыми в воде. Поэтому для повышения плодородия почв в них вносят фосфорные и другие удобрения. Фосфорные удобрения - это кальциевые и аммонийные соли фосфорной кислоты - составляют половину всех производимых минеральных удобрений.

Актуальность. Выбранная тема не является случайной. Наш город Нижний Тагил находится в черте промышленных предприятий, что влияет на экологическую обстановку. Почва является одним из важнейших объектов окружающей среды, дающей более 90% продуктов питания и сырья для производства самой разнообразной продукции. Почвы сложны и разнообразны по составу. В них содержатся минералы, органические вещества, вода, воздух, различные микроорганизмы, грибки, бактерии и др. В почве происходят сложные физико-химические, биологические и другие процессы. В отличие от других объектов окружающей среды (воздух, вода), где протекают и процессы самоочищения, почва обладает этим свойством в незначительной мере. А для некоторых веществ, в частности для тяжелых металлов, она является ёмким акцептором. Тяжелые металлы прочно сорбируются и взаимодействуют с почвенным гумусом, образуя труднорастворимые соединения. То же может происходить и при внесении фосфорных удобрений в почву. Простой, двойной суперфосфаты будут взаимодействовать с ионами тяжелых металлов и оседать в виде их нерастворимых фосфатов (происходит засоление почв).

Как недостаток, так и избыток фосфора могут неблагоприятно влиять на жизнедеятельность живых организмов - растений, животных и человека.

Цель: проведение исследования почв различных районов города Н.Тагила и экологически чистых районов.

Задачи:

1.    По учебной литературе собрать материал по теме, систематизировать, классифицировать информацию по свойствам атомов элементов подгруппы азота, простым и основным сложным веществам, ими образованным.

2.    Выяснить роль элемента фосфора для развития растений, жизнедеятельности животных и человека, в виде каких соединений фосфор содержится в почве.

3.    Научиться работать с прибором - фотоэлектроколориметром-56 ПМ.

4.    Проколориметрировать стандартные растворы фосфатов, определить оптическую плотность, построить график зависимости D (оптической плотности ) от концентрации оксида фосфора (+5).

5.    Подготовить вытяжки почв, определить содержание оксида фосфора (+5) (мг/кг воздушно-сухого образца).

1. Теоретическая часть

1.1 Положение фосфора в периодической системе. Электронное строение, атомные и химические свойства элемента фосфора. Нахождение в природе.

Фосфор-элемент 5 группы главной подгруппы периодической системы, находящийся в 3 периоде. Основные свойства элемента фосфора приведены в таблице 1 в сравнении с другими элементами, входящими в эту подгруппу.

Таблица 1. Свойства элементов подгруппы азота [7]

Свойства

Азот

N

Фосфор

р

Мышьяк

As

Сурьма

Sb

Висмут

Bi

1. Порядковый номер

7

15

33

51

83

2. Валентные электроны

2s22p3

3s23p3

4s24p3

5s25p3

6s26p3

3. Энергия ионизации, эВ

14,5

10,5

9,8

8,6

7,3

4. Относительная Э.О.

3,07

2,1

2,2

1,82

1,67

5. Степень окисления

+5, +4, +3, +2, +1, -3, -2,-1

+5, +4, +3, +1, -3,-2

+5, +3, -3

+5, +3, -3

+5, +3, -3

6. Радиус атома, нм

0,071

0,13

0,15

0,16

0,18

7. Содержание в земной коре, массовая доля, %

0,04

0,08

0,0005

0,00005

0,00002




Выводы по таблице.

1.    Подгруппу азота составляют 5 элементов: азот, фосфор, сурьма, мышьяк, висмут. Это p-элементы, на внешнем энергетическом уровне их атомы имеют

2 3

по 5 электронов: ns пр . Это полные электронные аналоги.

2.    Сверху вниз в подгруппе радиус атомный увеличивается, т.к. увеличивается число энергетических уровней и подуровней в атомах.

3.    Закономерно без нарушений от азота к висмуту уменьшается энергия ионизации, т.к. увеличивается атомный радиус. Это означает, что неметаллические свойства ослабевают, а металлические увеличиваются.

4.    Закономерно уменьшается электроотрицательность-способность атомов в соединении притягивать к себе связывающую пару электронов.

5.    Высшая степень окисления для всех элементов равна +5, низшая -3, характерна и +3. Сверху вниз увеличивается устойчивость низшей положительной степени окисления.

6.    Характерные валентности: 3; 4; 5. Подробнее рассмотрим валентные возможности фосфора.

c:\docume~1\admin\locals~1\temp\finereader11\tmp4805_files\tmp4805-1.jpg

8. Общее содержание фосфора в земной коре составляет 0,08 %. В природе фосфор встречается только в виде соединений, важнейшее из них-фосфат кальция-минерал апатит. Известно много разновидностей апатита, из которых более известен фторапатит. Разновидности апатита составляют осадочные горные породы - фосфориты. Фосфориты так же входят в состав белковых веществ в виде различных соединений. Содержание фосфора в тканях мозга-0,38 %, в мышцах- 0,27 %.

Самые богатые в мире залежи апатитов находятся близ города Кировска на Кольском полуострове. Фосфориты широко распространены на Урале, в Сибири, Казахстане, Эстонии, Белоруссии и др. Большие месторождения фосфоритов находятся в Северной Африке, Сирии и США. Дополнительные сведения об основных природных минералах, содержащих рассматриваемые элементы, приведены в таблице 2.

Таблица 2. Природные минералы, содержащие элементы 5А подгруппы [7]

Химическая формула

Название

Химическая

формула

Название

NaN03

чилийская селитра

As2S3

аурипигмент

KN03

индийская селитра

Sb2S3

сурьмяный блеск

Ca(N03)2

кальциевая селитра

Bi2s3

висмутовый блеск

Са3(РС>4)2

фосфорит

FeAsS

арсенопирит

3Ca3(P04)2*CaF2

фторапатит







ЗСа3(Р04)2*Са(0Н)2

гидроксилапатит












1.2 Физические и химические свойства простого вещества фосфора. Аллотропные модификации.

Уменьшение неметалличности элемента фосфора по сравнению с азотом сказывается на свойствах его простых веществ. Так, фосфор в отличие от азота

имеет несколько аллотропных модификаций: белый, красный, черный и другие. ^

БЕЛЫЙ ФОСФОР. Воскообразное, бесцветное вещество молекулярного строения. Тетраэдрическая форма- причина высокой внутренней напряженности в молекуле- любой валентный угол равен 60°, а не 90°. Отсюда и высокая химическая активность модификации. Так, белый фосфор самовоспламеняется на воздухе и является очень ядовитым. Как и все вещества с молекулярной кристаллической решеткой, белый фосфор легко плавится и летуч. Он хорошо растворяется в органических растворителях и сероуглероде.

КРАСНЫЙ ФОСФОР. Порошок красно-бурого цвета, не ядовит. Не растворим в воде и сероуглероде. Установлено, что красный фосфор представляет собой смесь нескольких аллотропных модификаций, которые отличаются друг от друга цветом (от алого до фиолетового) и некоторыми другими свойствами. Красный фосфор имеет полимерное строение, что резко уменьшает химическую активность и способствует повышению температуры плавления- у белого этот параметр +44°С, у красного +590°С.

c:\docume~1\admin\locals~1\temp\finereader11\tmp4805_files\tmp4805-2.jpg

Рис. 1. Строение молекулы белого фосфора и строение красного фосфора

ЧЕРНЫЙ ФОСФОР. По внешнему виду похож на графит, жирный на ощупь, обладает полупроводниковыми свойствами. Черный фосфор еще менее активен, т. к. имеет слоистую структуру с валентными углами 90°, а отсюда гораздо меньше напряженность связей. Между слоями связь существенно слабее, поэтому черный фосфор и напоминает графит.

Фосфор взаимодействует со многими простыми веществами- кислородом, галогенами, серой и некоторыми металлами, проявляя окислительные и восстановительные свойства. Например:

2Р + 3S = P2S3    2Р + ЗСа = Са3Р2

Р°-Зе = Р+3 2 - восстановитель S°+2e = S'2 3

Са° - 2е = Са+2 3

Р° + Зе = Р’3 2 - окислитель


Реакции с белым фосфором идут легче, чем с красным. Фосфор взаимодействует с некоторыми сложными веществами, например: ЗР +5HN03 + 2Н20 = ЗН3Р04 + 5NO

Р° - 5е = Р5 3 - восстановитель N+5 + Зе = IST2 5

1.3 Основные соединения фосфора. Физические, химические свойства фосфина, оксидов фосфора (+3) и (+5), ортофосфорной кислоты.

ФОСФИН, РН3. При обычных условиях газ с очень неприятным запахом. По сравнению с аналогичным соединением азота (NH3) менее устойчив, поскольку радиус атомный фосфора больше, чем у азота , длина связи Р-Н больше , чем N-H, поэтому энергия связи уменьшается. На воздухе фосфин самовоспламеняется: 2РН3 + 402 = Р2О5+ ЗН20. Молекула фосфина пирамидальна, угол между связями 93,6°.

c:\docume~1\admin\locals~1\temp\finereader11\tmp4805_files\tmp4805-3.jpg

Фосфин является сильным восстановителем. За счет неподеленной пары электронов у фосфора фосфин может участвовать в реакциях с сильными кислотами: РН3 + HJ = PH4J. Из-за неустойчивости связи Р-Н фосфин прямым способом не получают, а получают действием воды на фосфиды:

Са3Р2 + 6Н20 = ЗСа(ОН)2 + 2РН3 f .

ОКСИД ФОСФОРА (+3), Р203 или, вернее, Р406. Воскообразная кристаллическая масса, плавящаяся при +22,5°С. Получают оксид при сжигании фосфора в недостатке кислорода: 4Р + 302 = 2Р2034Об). Степень окисления +3 для фосфора менее устойчивая, чем +5. Поэтому Р203 - сильный восстановитель. Так, на воздухе при +50-60°С он самоокисляется:

Р203 + 02 = Р2054Ою). Оксид фосфора (+3) очень ядовит. С холодной водой он медленно реагирует с образованием двухосновной ортофосфорис-той кислоты: Р203 + ЗН20 = 2Н3Р03.

c:\docume~1\admin\locals~1\temp\finereader11\tmp4805_files\tmp4805-4.jpg

ОКСИД ФОСФОРА (+5), Р2О5 ( Р4Ою). Белый гигроскопичный порошок, получают его при горении фосфора в избытке воздуха или кислорода. Он очень энергично взаимодействует с водой, а так же отнимает воду от других соединений, его используют как осушитель газов и жидкостей:

Р205 + ЗН20 = 2НРОз, метафосфорная кислота ,

Р205 + ЗН20 = 2Н3Р04, ортофосфорная кислота, избыток

Оксиды фосфора намного прочнее аналогичных соединений азота, что можно объяснить ослаблением неметаллических свойств у фосфора. ОРТОФОСФОРНАЯ КИСЛОТА, Н3Р04. В чистом виде кристаллическое вещество с температурой плавления, равной +42° С. С водой кислота смешивается в любых соотношениях. В отличии от азотной кислоты не является окислителем и не разлагается при нагревании,что объясняется наибольшей устойчивостью степени окисления (+5) из всех возможных у фосфора. Кислота имеет большое практическое значение, т. к. ее соли - фосфаты - используют в качестве удобрений. В промышленности ортофосфорную кислоту получают двумя способами: экстракционным и термическим. По первому способу измельченный фосфат кальция обрабатывают серной кислотой:

Са3(Р04)2 + 3H2S04 = 2Н3Р04 + 3CaS04| .

Сульфат кальция выпадает в виде осадка, а кислота остается в растворе. Вместе с кислотой в раствор переходят многие примеси- сульфаты железа, алюминия и др. Такая кислота идет на производство удобрений. По второму способу сначала получают фосфор восстановлением природного фосфата в электропечи, затем он окисляется до оксида фосфора (+5), который взаимодействует с водой. Получается чистая кислота с концентрацией до 80%.

СОЛИ ОРТОФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ. В молекуле ортофосфорной кислоты все атомы водорода соединены с атомами кислорода:

Н-0\

Н-О-Р = О Н-О/

В водном растворе кислота подвергается ступенчатой диссоциации. Будучи трехосновной, она образует соли- фосфаты - трех видов:

1)    фосфаты - замещены все атомы водорода в фосфорной кислоте, например: К3Р04 - фосфат калия, (NH4)3 Р04 - аммония;

2)    гидрофосфаты - замещены два атома водорода кислоты, например: К2НР04 - гидрофосфат калия, (NH4)2HP04 - гидрофосфат аммония;

3)    дигидрофосфаты - замещен один атом водорода кислоты, например: КН2Р04 - дигидрофосфат калия, NH4H2P04 - дигидрофосфат аммония.

Все фосфаты щелочных металлов и аммония растворимы в воде.

Из кальциевых солей фосфорной кислоты растворяется в воде лишь дигидрофосфат кальция Са(Н2Р04)2. Гидрофосфат кальция СаНР04 и фосфат кальция Са3(Р04)2 растворимы в органических кислотах (органические кислоты содержатся в подзолистых и торфяных почвах) [9].





следующая страница >>