磷

磷（英語：Phosphorus；源于拉丁語：Phosphorum），是一種化學元素，化學符號为P，原子序數为15，原子量為7001309737619980000♠30.973761998 u。 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。 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 {\displaystyle {\ce {P}}} 。 深黑色粉末 白磷（黃磷） 化學式： P 4 {\displaystyle {\ce {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。可作武器白磷彈，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。 在溫度35℃以上會在大氣中自燃，與氧氣産生 P 4 O 10 {\displaystyle {\ce {P4O10}}} ，必須保存在水中。 P 4 O 10 {\displaystyle {\ce {P4O10}}} 當被吸入時會與肺裏水分形成磷酸並產生大量熱能使肺部灼傷。 红磷（赤磷） 化學結構為巨型共價分子。 化學式一般寫為 P {\displaystyle {\ce {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 {\displaystyle {\ce {P}}} 。 磷可以在空气中燃烧，生成大量五氧化二磷 白烟： 4 P + 5 O 2 ⟶ P 4 O 10 {\displaystyle {\ce {4P + 5O2 -> P4O10}}} 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 + 16 H 2 O = 4 H 3 PO 4 + 10 H 2 {\displaystyle {\ce {P4 + 16H2O = 4H3PO4 + 10H2}}} 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亨尼格·布蘭德（Henning Brand，约1630年~约1710年）。他是一个相信炼金术的人，在三十年戰爭時他擔任初級軍官，戰爭結束後成為玻璃工匠的學徒。後來他娶了一位有錢人的女兒。豐饒的嫁妝讓他從此不愁吃穿，所以他開始追求他真正的興趣，也就是尋找賢者之石。當時的社會相信賢者之石要透過煉金術才能製成，可以把所有東西變成黃金，甚至可以讓人長生不老。 然而，反覆的實驗失敗終究還是花光了他的所有積蓄。更不幸的是他妻子也過世了。之後他又娶了另一位女人，這位後來娶的妻子不只帶給他財富讓他可以繼續實驗，也給他一個兒子可以在實驗室幫他的忙。 由于他相信人體本身就是一種煉金術，因為從嘴巴吃進去的跟排泄出來的物質完全不一樣。所以他使用尿作了大量实验。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。 德国化学家孔克爾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。 由于单质磷在空气中会自燃或缓慢氧化而放热发光，因此磷的拉丁文名称Phosphorum来源于希腊文Φωσφόρος的拉丁化，原指“启明星”，意为“光亮”。 而在中文裡，磷的本字為粦，根據晋代《博物志》記載，「戰鬬死亡之處，有人馬血，積中爲粦，著地入艸木，如霜露不可見。有觸者，著人體後有光，拂拭即散無數，又有吒聲如鬻豆。舛者，人足也。言光行著人。」可見上部"米"字乃代表鬼火之"炎"字轉寫，下部"舛"字則指人足部。 “磷”字本与“粦”无关，如司馬相如在作賦時將其與"嶙"、"粼"混用，指光亮。南朝时期的字典《玉篇》中記載為雲母之意。本作为鬼火之源的"粦"後加石字偏旁以作為其元素性質之辨，指鬼火之源所含的元素。此與"磷"之原來諸義皆有所不同。 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。 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： Ca 3 ( PO 4 ) 2 + 3 SiO 2 ⟶ 3 CaSiO 3 + P 2 O 5 {\displaystyle {\ce {Ca3(PO4)2 + 3SiO2 -> 3CaSiO3 + P2O5}}} P 2 O 5 + 5 C ⟶ 2 P + 5 CO {\displaystyle {\ce {P2O5 + 5C -> 2P + 5CO}}} 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。 磷的含氧酸非常丰富，结构较为复杂，且大多具有商业价值。这些含氧酸都有和氧相连的氢原子，可以体现酸性，也有些有不体现酸性的直接连在磷上的氢原子。纵然许多磷的含氧酸已经被合成，但仅有以下几种是较常见的。其中的三种——次磷酸、亚磷酸和磷酸尤为重要。 最常见的磷化合物是磷酸盐（ PO 4 3 − {\displaystyle {\ce {PO4^3-}}} ），它是一个呈四面体的阴离子。其一个很重要的作用是用作化肥。磷酸根离子是（正）磷酸的共轭碱。磷酸是一个三元酸，所以它可以逐步转变为以下三种共轭碱： H 3 PO 4 + H 2 O ↽ − − ⇀ H 3 O + + H 2 PO 4 − {\displaystyle {\ce {H3PO4 + H2O <=> H3O+ + {H2PO4}^{-}}}}       Ka1= 7.25×10−3 H 2 PO 4 − + H 2 O ↽ − − ⇀ H 3 O + + HPO 4 2 − {\displaystyle {\ce {{H2PO4}^{-}+ H2O <=> H3O+ + {HPO4}^{2-}}}}    Ka2= 6.31×10−8 HPO 4 2 − + H 2 O ↽ − − ⇀ H 3 O + + PO 4 3 − {\displaystyle {\ce {{HPO4}^{2-}+ H2O <=> {H3O}^{+}+ {PO4}^{3-}}}}      Ka3= 3.98×10−13 磷酸及其衍生物有聚合成链或环而形成 P − O − P {\displaystyle {\ce {P-O-P}}} 键的倾向。目前已知的聚磷酸衍生物已经有很多，比如ATP。它们通过磷酸氢盐（例如 HPO 4 2 − {\displaystyle {\ce {{HPO4}^{2-}}}} 和 H 2 PO 4 2 − {\displaystyle {\ce {{H2PO4}^{2-}}}} ）脱水得到。例如，下列缩合反应在工业上非常广泛地用于生产三磷酸钠（俗称五钠）： 2 Na 2 [ ( HO ) PO 3 ] + Na [ ( HO ) 2 PO 2 ] ⟶ Na 5 [ O 3 P − O − P ( O ) 2 − O − PO 3 ] + 2 H 2 O {\displaystyle {\ce {2Na2[(HO)PO3] + Na[(HO)2PO2] -> Na5[O3P-O-P(O)2-O-PO3] + 2H2O}}} 十氧化四磷（P4O10）是磷酸的酸酐。它是白色的固体，与水反应非常剧烈。 PCl 5 {\displaystyle {\ce {PCl5}}} 和 PF 5 {\displaystyle {\ce {PF5}}} 两种化合物具有共同点：它们都较不稳定，且都是白色或浅色的。 PCl 5 {\displaystyle {\ce {PCl5}}} 和 PF 5 {\displaystyle {\ce {PF5}}} 的空间构型都是五角双锥，并且它们都是路易斯酸。后者可以形成 PF 6 − {\displaystyle {\ce {{PF6}^{-}}}} 离子，它和 SF 6 {\displaystyle {\ce {SF6}}} 互为等电子体。至于另外两种磷的卤化物 PBr 5 {\displaystyle {\ce {PBr5}}} 和 PI 5 {\displaystyle {\ce {PI5}}} 都是极不稳定的。而磷最主要的卤氧化物是三氯氧磷（ POCl 3 {\displaystyle {\ce {POCl3}}} ），它的空间构型是四面体型的。 以往一直认为磷（V）化合物中磷的d轨道参与了杂化。然而经过计算机大量计算，事实并非如此：磷只用了s和p轨道杂化。这可用分子轨道理论来解释。 磷酸根中的氧可以被硫取代，如硫代磷酸。 多种硫化磷也是已知的。 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。 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。 短时间内摄取一定分量的白磷单质，可造成急性白磷中毒。 Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 （英语）.  cf. "Memoir on Combustion in General （页面存档备份，存于互联网档案馆）" Mémoires de l'Académie Royale des Sciences 1777, 592–600. from Henry Marshall Leicester and Herbert S. Klickstein, A Source Book in Chemistry 1400–1900 (New York: McGraw Hill, 1952) webelements. [2013-09-01]. （原始内容存档于2008-05-12）.  Ellis, Bobby D.; MacDonald, Charles L. B. Phosphorus(I) Iodide: A Versatile Metathesis Reagent for the Synthesis of Low Oxidation State Phosphorus Compounds. Inorganic Chemistry. 2006, 45 (17): 6864–74. PMID 16903744. doi:10.1021/ic060186o.  Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互联网档案馆的存檔，存档日期2012-01-12., in Lide, D. R. 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