Как и азот, фосфор — элемент VA группы. Исходя из электронной конфигурации валентных электронов атома фосфора 1s22s22p63s23p3, можно предположить, что низшая степень окисления фосфора –3, а высшая +5. Таким образом, набор проявляемых степеней общий и для азота, и для фосфора. Главное отличие атома фосфора от атом азота — наличие для элемента третьего периода вакантных 3d-орбиталей, за счёт которых атом фосфора может проявлять максимальную валентность V (в отличие от максимальной валентности азота IV).
Элемент фосфор образует несколько простых веществ: белый фосфор, красный фосфор, чёрный фосфор. Известны и другие аллотропные модификации фосфора. Белый фосфор имеет молекулярное строение, его молекула состоит из четырёх атомов Р4. Остальные модификации имеют атомные (координационные) решётки.
Наибольшей химической активностью обладает белый фосфор, он самовоспламеняется уже при 400С, поэтому хранят его под водой.
Фосфор в химических реакциях может быть как восстановителем:
4P + 5O2 = 2P2O5
2P + 5F2 = 2PF5
2P + 3Cl2 = 2PCl3
так и окислителем:
2P + 3Ca = Ca3P2 (фосфид кальция)
Когда необходимо показать, что в реакцию вступает именно белый фосфор, то уравнение реакции записывают с участием молекул Р4. Так, при взаимодействии белого фосфора с горячим раствором щёлочи выделяется газ фосфин:
Р4 + 3KОН + 3Н2О _ 3KН2РО2 + РН3↓
Наряду с фосфином в этой реакции образуется соль фосфорноватистой кислоты Н3РО2. Другим способом получения фосфина является гидролиз фосфидов в воде или в растворе кислоты:
Ca3P2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2PH3↑
Напрямую фосфор с водородом практически не взаимодействует. Следует отметить, что, в отличие от аммиака, фосфин обладает лишь весьма малыми оснoвными свойствами.
Фосфор легко окисляется сильными неорганическими окислителями, такими как HNO3 или KMnO4:
Р + 5HNO3 = Н3РО4 + 5NO2 + H2O
Фосфор образует два оксида: Р2О3 и Р2О5. Оба оксида являются кислотными, взаимодействуя с водой, образуют соответствующие кислоты:
Р2О3 + 3Н2О = 2Н3РО3 фосфористая кислота
Р2О5 + Н2О = 2НРО3 метафосфорная кислота*
Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4 ортофосфорная кислота
Ортофосфорная кислота при нагревании до 2000С превращается в дифосфорную (пирофосфорную) кислоту Н4Р2+5О7. И метафосфорная кислота, и дифосфорная кислота в растворе переходят в более устойчивую ортофосфорную кислоту.
Важнейшей кислотой фосфора является ортофосфорная. В промышленности её получают тремя различными методами:
Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4↓ + 2Н3РО4
P4 + 16H2O → 4Н3РО4 + 10H2