फॉस्फोरस के महत्वपूर्ण रासायनिक यौगिक

फॉस्फोरस के प्रमुख यौगिकों का परिचय

फॉस्फोरस, एक p-ब्लॉक तत्व, विभिन्न प्रकार के औद्योगिक और जैविक रूप से महत्वपूर्ण यौगिक बनाता है। इसकी बहुमुखी प्रतिभा इसकी कई ऑक्सीकरण अवस्थाओं (-3 से +5 तक) में मौजूद रहने और ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और हैलोजन जैसे तत्वों के साथ स्थिर बंधन बनाने की क्षमता से उत्पन्न होती है। हाई स्कूल परीक्षाओं के लिए, फॉस्फीन (PH₃), फॉस्फोरस हैलाइड्स (जैसे, PCl₅), और इसके ऑक्सोअम्ल (जैसे, H₃PO₄, H₃PO₃) विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं।

फॉस्फीन (PH₃)

फॉस्फीन एक रंगहीन, अत्यधिक विषैली गैस है जिसकी सड़ी हुई मछली जैसी विशिष्ट गंध होती है। यह सूत्र के संदर्भ में अमोनिया (NH₃) के समान है, लेकिन यह एक बहुत कमजोर क्षार है।

रासायनिक सूत्र

PH₃

सामान्य नाम

Phosphine

प्रयोगशाला में तैयारी

1. कैल्शियम फॉस्फाइड (Ca₃P₂) से जल या तनु अम्ल के साथ: कैल्शियम फॉस्फाइड जल या तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के साथ अभिक्रिया करके फॉस्फीन उत्पन्न करता है। इस विधि से अक्सर अशुद्ध फॉस्फीन प्राप्त होती है, जो P₂H₄ (डाइफॉस्फीन) वाष्पों की उपस्थिति के कारण हवा में स्वतः प्रज्वलित हो जाती है।

   • जल के साथ समीकरण: Ca₃P₂ (s) + 6H₂O (l) \rightarrow 3Ca(OH)₂ (aq) + 2PH₃ (g)

   • तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के साथ समीकरण: Ca₃P₂ (s) + 6HCl (aq) \rightarrow 3CaCl₂ (aq) + 2PH₃ (g)

2. श्वेत फॉस्फोरस (P₄) से सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ: शुद्ध फॉस्फीन को श्वेत फॉस्फोरस को सोडियम हाइड्रॉक्साइड के सांद्र घोल के साथ एक निष्क्रिय वातावरण (जैसे, CO₂) में गर्म करके तैयार किया जा सकता है। यह एक असमानुपातन अभिक्रिया है।

   • समीकरण: P₄ (s) + 3NaOH (aq) + 3H₂O (l) \rightarrow PH₃ (g) + 3NaH₂PO₂ (aq) (सोडियम हाइपोफॉस्फाइट)

गुणधर्म

• रंगहीन गैस, अत्यधिक विषैली।
• जल में अल्प घुलनशील।
• कमजोर क्षारीय; अम्लों के साथ अभिक्रिया करके फॉस्फोनियम यौगिक (जैसे, PH₄I) बनाता है। PH₃ (g) + HI (g) \rightarrow PH₄I (s)
• हवा में जलने पर मेटाफॉस्फोरिक अम्ल देता है। 2PH₃ (g) + 4O₂ (g) \rightarrow P₂O₅ (s) + 3H₂O (l) (P₂O₅ फिर जल के साथ अभिक्रिया करके HPO₃ बनाता है) 2PH₃ (g) + 4O₂ (g) \rightarrow 2HPO₃ (aq) + 2H₂O (l) (अधिक सटीक रूप से, 2PH₃ + 4O₂ \rightarrow P₂O₅ + 3H₂O। P₂O₅ + H₂O \rightarrow 2HPO₃) या सरल दहन: 2PH₃ (g) + 3O₂ (g) \rightarrow P₂O₃ (s) + 3H₂O (l) (यदि सीमित ऑक्सीजन हो)

फॉस्फोरस पेंटाक्लोराइड (PCl₅)

फॉस्फोरस पेंटाक्लोराइड एक हल्का पीला, प्रस्वेदी ठोस है, जिसका उपयोग कार्बनिक रसायन विज्ञान में आमतौर पर क्लोरीनीकरण अभिकर्मक के रूप में किया जाता है।

रासायनिक सूत्र

PCl₅

बनाने की विधि

1. श्वेत फॉस्फोरस (P₄) और अतिरिक्त क्लोरीन (Cl₂) से: जब श्वेत फॉस्फोरस शुष्क क्लोरीन गैस की अधिकता के साथ अभिक्रिया करता है, तो फॉस्फोरस पेंटाक्लोराइड बनता है।

   • समीकरण: P₄ (s) + 10Cl₂ (g) \rightarrow 4PCl₅ (s)

2. फॉस्फोरस ट्राईक्लोराइड (PCl₃) और क्लोरीन (Cl₂) से: फॉस्फोरस ट्राईक्लोराइड क्लोरीन के साथ आसानी से अभिक्रिया करके फॉस्फोरस पेंटाक्लोराइड बनाता है।

   • समीकरण: PCl₃ (l) + Cl₂ (g) \rightarrow PCl₅ (s)

गुणधर्म

• हल्का पीला से पीला-सफेद क्रिस्टलीय ठोस।
• प्रस्वेदी (हवा से नमी सोखता है)।
• गर्म करने पर ऊर्ध्वपातित होता है।
• तापीय वियोजन द्वारा PCl₃ और Cl₂ में विघटित होता है।

परीक्षा के लिए महत्वपूर्ण अभिक्रियाएँ

1. जल-अपघटन (जल के साथ अभिक्रिया): PCl₅ तापमान के आधार पर जल के साथ अलग-अलग तरह से अभिक्रिया करता है।

   • ठंडे जल के साथ (आंशिक जल-अपघटन): PCl₅ (s) + H₂O (l) \rightarrow POCl₃ (l) + 2HCl (g) (फॉस्फोरिल क्लोराइड या फॉस्फोरस ऑक्सीक्लोराइड)

   • गर्म जल के साथ (पूर्ण जल-अपघटन): PCl₅ (s) + 4H₂O (l) \rightarrow H₃PO₄ (aq) + 5HCl (aq) (ऑर्थोफॉस्फोरिक अम्ल)

2. कार्बनिक यौगिकों के साथ अभिक्रिया (क्लोरीनीकरण अभिकर्मक के रूप में):

   • अल्कोहल के साथ (जैसे, इथेनॉल): C₂H₅OH (l) + PCl₅ (s) \rightarrow C₂H₅Cl (l) + POCl₃ (l) + HCl (g) (क्लोरोएथेन)

   • कार्बोक्सिलिक अम्लों के साथ (जैसे, एसिटिक अम्ल): CH₃COOH (l) + PCl₅ (s) \rightarrow CH₃COCl (l) + POCl₃ (l) + HCl (g) (एसिटिल क्लोराइड)

3. तापीय अपघटन: गर्म करने पर, PCl₅ फॉस्फोरस ट्राईक्लोराइड और क्लोरीन गैस में विघटित हो जाता है। यह अभिक्रिया उत्क्रमणीय है।

   • समीकरण: PCl₅ (s) \rightleftharpoons PCl₃ (l) + Cl₂ (g)

फॉस्फोरस के ऑक्सोअम्ल

फॉस्फोरस कई ऑक्सोअम्ल बनाता है, जहाँ फॉस्फोरस केंद्रीय रूप से ऑक्सीजन परमाणुओं से बंधा होता है, जिनमें से कुछ प्रोटोनेटेड (-OH समूह) हो सकते हैं। प्रमुख विशेषताएँ P की ऑक्सीकरण अवस्था, P–OH बंधों की संख्या (क्षारकता का निर्धारण करती है), और P=O तथा P–H बंधों की उपस्थिति हैं।

ऑर्थोफॉस्फोरिक अम्ल (H₃PO₄)

• रासायनिक सूत्र: H₃PO₄
• P की ऑक्सीकरण अवस्था: +5
• क्षारकता: त्रि-क्षारकीय (इसमें तीन P–OH बंध होते हैं)
• संरचना: एक P=O और तीन P–OH बंधों वाला चतुष्फलकीय फॉस्फोरस।

      O
      ||
    HO—P—OH
      |
      OH
  

• तैयारी: फॉस्फोरस पेंटोक्साइड (P₄O₁₀) को गर्म जल के साथ गर्म करके: P₄O₁₀ (s) + 6H₂O (l) \rightarrow 4H₃PO₄ (aq) इसे व्यावसायिक रूप से फॉस्फेट चट्टान को सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ अभिक्रिया करके भी तैयार किया जाता है।

फॉस्फोरस अम्ल (H₃PO₃)

• रासायनिक सूत्र: H₃PO₃
• P की ऑक्सीकरण अवस्था: +3
• क्षारकता: द्वि-क्षारकीय (इसमें दो P–OH बंध और एक P–H बंध होते हैं)
• संरचना: एक P=O, दो P–OH बंध और एक P–H बंध वाला चतुष्फलकीय फॉस्फोरस। P–H बंध इसके अपचायक गुणों के लिए जिम्मेदार है।

      O
      ||
    HO—P—H
      |
      OH
  

• तैयारी: फॉस्फोरस ट्राईऑक्साइड (P₄O₆) को ठंडे जल में घोलकर या फॉस्फोरस ट्राईक्लोराइड (PCl₃) के जल-अपघटन द्वारा। PCl₃ (l) + 3H₂O (l) \rightarrow H₃PO₃ (aq) + 3HCl (aq)

महत्वपूर्ण फॉस्फोरस यौगिकों के तुलनात्मक गुणधर्म

गुणधर्म	फॉस्फीन (PH₃)	फॉस्फोरस पेंटाक्लोराइड (PCl₅)	ऑर्थोफॉस्फोरिक अम्ल (H₃PO₄)	फॉस्फोरस अम्ल (H₃PO₃)
सूत्र	PH₃	PCl₅	H₃PO₄	H₃PO₃
भौतिक अवस्था	रंगहीन गैस	हल्का पीला ठोस	रंगहीन चिपचिपा द्रव	रंगहीन क्रिस्टलीय ठोस
गंध	सड़ी मछली जैसी	तीक्ष्ण, उत्तेजक	गंधहीन	लहसुन जैसी (शुद्ध), गंधहीन (विलयन)
प्रकृति	कमजोर क्षारीय	लुईस अम्ल, क्लोरीनीकरण अभिकर्मक	प्रबल अम्ल (त्रि-क्षारकीय)	मध्यम प्रबल अम्ल (द्वि-क्षारकीय), अपचायक अभिकर्मक
P की ऑक्सीकरण अवस्था	-3	+5	+5	+3
P का संकरण	sp³	sp³d (गैस/द्रव), sp³d² & sp³ (ठोस आयन: [PCl₄]⁺[PCl₆]⁻)	sp³	sp³
मुख्य बंध	3 P–H	5 P–Cl	1 P=O, 3 P–OH	1 P=O, 2 P–OH, 1 P–H
अभिक्रियाशीलता	स्वतः प्रज्वलित होता है (अशुद्ध), PH₄⁺ बनाता है	जल-अपघटित होता है, क्लोरीनीकरण अभिकर्मक, तापीय वियोजन	फॉस्फेट एस्टर और लवण बनाता है	अपचायक अभिकर्मक, फॉस्फाइट लवण बनाता है