फॉस्फोरस (P) - रासायनिक गुण और अभिक्रियाएँ

रासायनिक गुणों का अवलोकन

फॉस्फोरस (P) आवर्त सारणी के समूह 15 (p-ब्लॉक) का एक अधातु तत्व है। यह कई अपररूपिक रूपों में मौजूद होता है, जिनमें श्वेत फॉस्फोरस और लाल फॉस्फोरस सबसे आम और अध्ययन किए गए हैं।

अभिक्रियाशीलता श्रेणी में स्थान: P एक अपेक्षाकृत अभिक्रियाशील अधातु है। श्वेत फॉस्फोरस असाधारण रूप से अभिक्रियाशील होता है, जबकि लाल फॉस्फोरस बहुत कम अभिक्रियाशील होता है।
विद्युतऋणात्मकता: 2.19 (पॉलिंग स्केल)। यह नाइट्रोजन की तुलना में कम विद्युतऋणात्मक है लेकिन सिलिकॉन की तुलना में अधिक विद्युतऋणात्मक है।
ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाओं में -3 (फॉस्फाइड और फॉस्फीन में), +3 (PCl₃, H₃PO₃ में), और +5 (PCl₅, H₃PO₄ में) शामिल हैं। यह +1 (हाइपोफॉस्फाइट में) और +4 (कुछ ऑक्साइड में) भी प्रदर्शित कर सकता है।
सामान्य अभिक्रियाशीलता: नाइट्रोजन की तुलना में अपने बड़े आकार और कम विद्युतऋणात्मकता के कारण, फॉस्फोरस अपने अष्टक का विस्तार कर सकता है, जिससे 5 की संयोजकता वाले यौगिक (जैसे PCl₅) बनते हैं। श्वेत फॉस्फोरस अत्यधिक जहरीला, पारभासी और मोम जैसा होता है, जो अलग-अलग P₄ चतुष्फलकीय अणुओं के रूप में मौजूद होता है। लाल फॉस्फोरस बहुलक होता है और अधिक स्थिर होता है।

हवा और ऑक्सीजन की क्रिया

फॉस्फोरस ऑक्सीजन के साथ आसानी से अभिक्रिया करके ऑक्साइड बनाता है, मुख्य रूप से फॉस्फोरस ट्राइऑक्साइड (P₄O₆) और फॉस्फोरस पेंटाऑक्साइड (P₄O₁₀)।

अतिरिक्त ऑक्सीजन के साथ (दहन):
- श्वेत फॉस्फोरस कमरे के तापमान पर हवा में स्वतः प्रज्वलित हो जाता है (प्रज्वलन तापमान ≈ 303 K या 30 °C) और फॉस्फोरस पेंटाऑक्साइड का घना सफेद धुआँ बनाता है।
- लाल फॉस्फोरस को हवा में जलने के लिए गर्म करने की आवश्यकता होती है (प्रज्वलन तापमान ≈ 533 K या 260 °C), यह भी फॉस्फोरस पेंटाऑक्साइड बनाता है।

P₄(s) + 5O₂(g) → P₄O₁₀(s)

(ध्यान दें: P₄O₁₀ को अक्सर फॉस्फोरस पेंटाऑक्साइड के रूप में संदर्भित किया जाता है, जो इसके आनुभविक सूत्र P₂O₅ पर आधारित है।)

सीमित ऑक्सीजन के साथ:
- फॉस्फोरस ऑक्सीजन की सीमित आपूर्ति के साथ अभिक्रिया करके फॉस्फोरस ट्राइऑक्साइड बनाता है।

P₄(s) + 3O₂(g) → P₄O₆(s)

पानी और भाप की क्रिया

तत्वीय फॉस्फोरस सामान्य परिस्थितियों में ठंडे पानी या भाप के साथ अभिक्रिया नहीं करता है।

श्वेत फॉस्फोरस पानी में अघुलनशील होता है और आमतौर पर हवा में इसके स्वतः दहन को रोकने के लिए पानी के नीचे संग्रहीत किया जाता है।
लाल फॉस्फोरस भी पानी में अघुलनशील होता है और इसके प्रति अप्रतिक्रियाशील होता है।

(ध्यान दें: जबकि फॉस्फोरस स्वयं पानी के साथ अभिक्रिया नहीं करता है, इसके ऑक्साइड पानी के साथ तेजी से अभिक्रिया करके संबंधित अम्ल बनाते हैं, जैसे P₄O₁₀ से H₃PO₄ बनता है।)

अम्लों और क्षारों की क्रिया

अम्लों के साथ क्रिया

फॉस्फोरस तनु HCl या H₂SO₄ जैसे गैर-ऑक्सीकारक अम्लों के साथ अभिक्रिया नहीं करता है। हालांकि, यह प्रबल ऑक्सीकारक अम्लों द्वारा ऑक्सीकृत हो जाता है।

सांद्र नाइट्रिक अम्ल (HNO₃) के साथ:
- फॉस्फोरस फॉस्फोरिक अम्ल (H₃PO₄) में ऑक्सीकृत हो जाता है, जबकि नाइट्रिक अम्ल अपचयित हो जाता है, आमतौर पर नाइट्रोजन मोनोऑक्साइड (NO) में।

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

सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल (H₂SO₄) के साथ:
- फॉस्फोरस फॉस्फोरिक अम्ल (H₃PO₄) में ऑक्सीकृत हो जाता है, और सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) में अपचयित हो जाता है।

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

क्षारों (अल्कली) के साथ क्रिया

गर्म सांद्र क्षार विलयन के साथ:
- श्वेत फॉस्फोरस एक प्रबल क्षार (जैसे NaOH) के सांद्र विलयन के साथ गर्म करने पर असमानुपातन (ऑक्सीकरण और अपचयन दोनों) से गुजरता है। यह अभिक्रिया फॉस्फीन (PH₃) और एक हाइपोफॉस्फाइट लवण उत्पन्न करती है। लाल फॉस्फोरस इस अभिक्रिया से नहीं गुजरता है।

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

(ध्यान दें: यह फॉस्फीन बनाने की एक सामान्य प्रयोगशाला विधि है।)

प्रमुख प्रयोगशाला परीक्षण/पहचान अभिक्रियाएँ

तत्वीय फॉस्फोरस को आमतौर पर गुणात्मक विश्लेषण में नहीं पहचाना जाता है। इसके बजाय, इसके सबसे स्थिर और सामान्य आयन, फॉस्फेट आयन (PO₄³⁻) की पहचान की जाती है।

1. अमोनियम मोलिब्डेट परीक्षण (फॉस्फेट आयनों के लिए, PO₄³⁻)

यह फॉस्फेट आयनों के लिए सबसे निश्चित परीक्षण है।

प्रक्रिया: फॉस्फेट आयनों वाले विलयन में, अमोनियम मोलिब्डेट विलयन और सांद्र नाइट्रिक अम्ल मिलाएँ, फिर धीरे से गर्म करें।
अवलोकन: अमोनियम फॉस्फोमोलीब्डेट का कैनरी-पीला अवक्षेप बनता है।
अभिक्रिया (आयनिक निरूपण):

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

(ध्यान दें: पूर्ण आणविक समीकरण जटिल है और उच्च विद्यालय में अक्सर इसे सरलीकृत किया जाता है। विशिष्ट पीला अवक्षेप प्रमुख अवलोकन है।)

2. मैग्नीशिया मिश्रण परीक्षण (फॉस्फेट आयनों के लिए, PO₄³⁻)

यह परीक्षण एक क्षारीय माध्यम बनाए रखने और मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड के अवक्षेपण को रोकने के लिए अमोनियम क्लोराइड (NH₄Cl) और अमोनियम हाइड्रॉक्साइड (NH₄OH) की उपस्थिति में किया जाता है।

प्रक्रिया: फॉस्फेट विलयन में मैग्नीशिया मिश्रण (MgCl₂, NH₄Cl, और NH₄OH युक्त एक विलयन) मिलाएँ।
अवलोकन: मैग्नीशियम अमोनियम फॉस्फेट का सफेद क्रिस्टलीय अवक्षेप बनता है।
अभिक्रिया:

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