ફોસ્ફરસ (P) - રાસાયણિક ગુણધર્મો અને પ્રતિક્રિયાઓ

રાસાયણિક ગુણધર્મો વિહંગાવલોકન

ફોસ્ફરસ (P) એ આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 15 (p-બ્લોક) માં એક બિન-ધાતુ તત્વ છે. તે અનેક અપરરૂપોમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જેમાં શ્વેત ફોસ્ફરસ અને લાલ ફોસ્ફરસ સૌથી સામાન્ય અને અભ્યાસ કરાયેલા છે.

• પ્રતિક્રિયાશીલતા શ્રેણીમાં સ્થાન: P પ્રમાણમાં પ્રતિક્રિયાશીલ બિન-ધાતુ છે. શ્વેત ફોસ્ફરસ અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ છે, જ્યારે લાલ ફોસ્ફરસ ઘણો ઓછો પ્રતિક્રિયાશીલ છે.
• વિદ્યુતઋણતા: 2.19 (પોલિંગ સ્કેલ). તે નાઇટ્રોજન કરતાં ઓછો વિદ્યુતઋણ છે પરંતુ સિલિકોન કરતાં વધુ વિદ્યુતઋણ છે.
• ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ: સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓમાં -3 (ફોસ્ફાઈડ્સ અને ફોસ્ફીનમાં), +3 (PCl₃, H₃PO₃ માં), અને +5 (PCl₅, H₃PO₄ માં) નો સમાવેશ થાય છે. તે +1 (હાયપોફોસ્ફાઈટ્સમાં) અને +4 (કેટલાક ઓક્સાઈડમાં) પણ દર્શાવી શકે છે.
• સામાન્ય પ્રતિક્રિયાશીલતા: નાઇટ્રોજનની સરખામણીમાં તેના મોટા કદ અને ઓછી વિદ્યુતઋણતાને કારણે, ફોસ્ફરસ તેની અષ્ટકનો વિસ્તાર કરી શકે છે, જે 5 સંયોજકતા (દા.ત., PCl₅) ધરાવતા સંયોજનો બનાવે છે. શ્વેત ફોસ્ફરસ અત્યંત ઝેરી, પારભાસક અને મીણ જેવો હોય છે, જે વિશિષ્ટ P₄ ટેટ્રાહેડ્રલ અણુઓ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે. લાલ ફોસ્ફરસ પોલિમરિક અને વધુ સ્થિર છે.

હવા અને ઓક્સિજનની પ્રક્રિયા

ફોસ્ફરસ ઓક્સિજન સાથે સરળતાથી પ્રતિક્રિયા કરીને ઓક્સાઇડ બનાવે છે, મુખ્યત્વે ફોસ્ફરસ ટ્રાયોક્સાઇડ (P₄O₆) અને ફોસ્ફરસ પેન્ટોક્સાઇડ (P₄O₁₀).

• વધારાના ઓક્સિજન સાથે (દહન):
  • શ્વેત ફોસ્ફરસ ઓરડાના તાપમાને (પ્રજ્વલન તાપમાન ≈ 303 K અથવા 30 °C) હવામાં આપમેળે સળગી ઉઠે છે અને ફોસ્ફરસ પેન્ટોક્સાઇડના ગાઢ સફેદ ધુમાડા બનાવે છે.
  • લાલ ફોસ્ફરસને હવામાં સળગાવવા માટે ગરમીની જરૂર પડે છે (પ્રજ્વલન તાપમાન ≈ 533 K અથવા 260 °C), તે પણ ફોસ્ફરસ પેન્ટોક્સાઇડ બનાવે છે.

P₄(s) + 5O₂(g) → P₄O₁₀(s)

(નોંધ: P₄O₁₀ ને ઘણીવાર તેના પ્રાયોગિક સૂત્ર P₂O₅ ના આધારે ફોસ્ફરસ પેન્ટોક્સાઇડ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.)

• મર્યાદિત ઓક્સિજન સાથે:
  • ફોસ્ફરસ ઓક્સિજનના મર્યાદિત પુરવઠા સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ફોસ્ફરસ ટ્રાયોક્સાઇડ બનાવે છે.

P₄(s) + 3O₂(g) → P₄O₆(s)

પાણી અને વરાળની પ્રક્રિયા

સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં તત્વીય ફોસ્ફરસ ઠંડા પાણી કે વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા કરતો નથી.

• શ્વેત ફોસ્ફરસ પાણીમાં અદ્રાવ્ય છે અને તેને હવામાં તેના સ્વયંભૂ દહનને રોકવા માટે સામાન્ય રીતે પાણીની અંદર સંગ્રહિત કરવામાં આવે છે.
• લાલ ફોસ્ફરસ પણ પાણીમાં અદ્રાવ્ય છે અને તેની પ્રત્યે અપ્રતિક્રિયાશીલ છે.

(નોંધ: જ્યારે ફોસ્ફરસ પોતે પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરતો નથી, ત્યારે તેના ઓક્સાઇડ પાણી સાથે સક્રિયપણે પ્રતિક્રિયા કરીને અનુરૂપ એસિડ બનાવે છે, દા.ત., P₄O₁₀ દ્વારા H₃PO₄ નું નિર્માણ.)

એસિડ અને બેઝની પ્રક્રિયા

એસિડ સાથે પ્રક્રિયા

ફોસ્ફરસ મંદ HCl અથવા H₂SO₄ જેવા બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ સાથે પ્રતિક્રિયા કરતો નથી. જોકે, તે પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ દ્વારા ઓક્સિડાઇઝ થાય છે.

• સાંદ્ર નાઈટ્રિક એસિડ (HNO₃) સાથે:
  • ફોસ્ફરસ ફોસ્ફોરિક એસિડ (H₃PO₄) માં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, જ્યારે નાઈટ્રિક એસિડ રિડ્યુસ થાય છે, સામાન્ય રીતે નાઇટ્રોજન મોનોક્સાઇડ (NO) માં.

3P(s) + 5HNO₃(conc) + 2H₂O(l) → 3H₃PO₄(aq) + 5NO(g)

• સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H₂SO₄) સાથે:
  • ફોસ્ફરસ ફોસ્ફોરિક એસિડ (H₃PO₄) માં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, અને સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ (SO₂) માં રિડ્યુસ થાય છે.

2P(s) + 5H₂SO₄(conc) → 2H₃PO₄(aq) + 5SO₂(g) + 2H₂O(l)

બેઝ (આલ્કલી) સાથે પ્રતિક્રિયા

• ગરમ સાંદ્ર આલ્કલી દ્રાવણ સાથે:
  • શ્વેત ફોસ્ફરસ જ્યારે પ્રબળ આલ્કલી (દા.ત., NaOH) ના સાંદ્ર દ્રાવણ સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે ત્યારે અસમાનતા (ઓક્સિડેશન અને રિડક્શન બંને) અનુભવે છે. આ પ્રતિક્રિયા ફોસ્ફીન (PH₃) અને હાયપોફોસ્ફાઇટ ક્ષાર ઉત્પન્ન કરે છે. લાલ ફોસ્ફરસ આ પ્રતિક્રિયા કરતો નથી.

P₄(s) + 3NaOH(aq) + 3H₂O(l) → PH₃(g) + 3NaH₂PO₂(aq)

(નોંધ: આ ફોસ્ફીન માટે એક સામાન્ય પ્રયોગશાળા તૈયારી પદ્ધતિ છે.)

મુખ્ય પ્રયોગશાળા પરીક્ષણ/ઓળખ પ્રતિક્રિયાઓ

તત્વીય ફોસ્ફરસ સામાન્ય રીતે ગુણાત્મક વિશ્લેષણમાં ઓળખાતો નથી. તેના બદલે, તેનો સૌથી સ્થિર અને સામાન્ય ઋણ આયન, ફોસ્ફેટ આયન (PO₄³⁻), ઓળખવામાં આવે છે.

1. એમોનિયમ મોલિબ્ડેટ પરીક્ષણ (ફોસ્ફેટ આયનો માટે, PO₄³⁻)

આ ફોસ્ફેટ આયનો માટે સૌથી નિર્ણાયક પરીક્ષણ છે.

• પ્રક્રિયા: ફોસ્ફેટ આયનો ધરાવતા દ્રાવણમાં, એમોનિયમ મોલિબ્ડેટ દ્રાવણ અને સાંદ્ર નાઈટ્રિક એસિડ ઉમેરો, પછી હળવેથી ગરમ કરો.
• અવલોકન: એમોનિયમ ફોસ્ફોમોલિબ્ડેટના કેનેરી-પીળા અવક્ષેપનું નિર્માણ.
• પ્રતિક્રિયા (આયનીય રજૂઆત):

PO₄³⁻(aq) + 12MoO₄²⁻(aq) + 24H⁺(aq) + 3NH₄⁺(aq) → (NH₄)₃[PMo₁₂O₄₀](s) + 12H₂O(l)

(નોંધ: સંપૂર્ણ મોલેક્યુલર સમીકરણ જટિલ છે અને હાઈસ્કૂલમાં તેને ઘણીવાર સરળ બનાવવામાં આવે છે. લાક્ષણિક પીળો અવક્ષેપ મુખ્ય અવલોકન છે.)

2. મેગ્નેશિયા મિશ્રણ પરીક્ષણ (ફોસ્ફેટ આયનો માટે, PO₄³⁻)

આ પરીક્ષણ એમોનિયમ ક્લોરાઇડ (NH₄Cl) અને એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NH₄OH) ની હાજરીમાં કરવામાં આવે છે જેથી આલ્કલાઇન માધ્યમ જાળવી શકાય અને મેગ્નેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડના અવક્ષેપને અટકાવી શકાય.

• પ્રક્રિયા: ફોસ્ફેટ દ્રાવણમાં મેગ્નેશિયા મિશ્રણ (MgCl₂, NH₄Cl, અને NH₄OH ધરાવતું દ્રાવણ) ઉમેરો.
• અવલોકન: મેગ્નેશિયમ એમોનિયમ ફોસ્ફેટના સફેદ સ્ફટિકમય અવક્ષેપનું નિર્માણ.
• પ્રતિક્રિયા:

PO₄³⁻(aq) + Mg²⁺(aq) + NH₄⁺(aq) → MgNH₄PO₄(s)