फॉस्फरस (P) - रासायनिक गुणधर्म आणि अभिक्रिया

रासायनिक गुणधर्मांचे विहंगावलोकन

फॉस्फरस (P) हे आवर्त सारणीतील गट 15 (p-ब्लॉक) मधील एक अधातू मूलद्रव्य आहे. ते अनेक अपरूपीय स्वरूपात अस्तित्वात असते, ज्यापैकी पांढरा फॉस्फरस आणि लाल फॉस्फरस हे सर्वात सामान्य आणि अभ्यासलेले आहेत.

• अभिक्रियाशीलता श्रेणीतील स्थान: P हे तुलनेने अभिक्रियाशील अधातू आहे. पांढरा फॉस्फरस अत्यंत अभिक्रियाशील असतो, तर लाल फॉस्फरस कमी अभिक्रियाशील असतो.
• विद्युतऋणता: 2.19 (पॉलिंग स्केल). ते नायट्रोजनपेक्षा कमी विद्युतऋणी आहे, परंतु सिलिकॉनपेक्षा जास्त विद्युतऋणी आहे.
• ऑक्सिडेशन अवस्था: सामान्य ऑक्सिडेशन अवस्थांमध्ये -3 (फॉस्फाईड्स आणि फॉस्फिनमध्ये), +3 (PCl₃, H₃PO₃ मध्ये) आणि +5 (PCl₅, H₃PO₄ मध्ये) यांचा समावेश होतो. ते +1 (हायपोफॉस्फाईट्समध्ये) आणि +4 (काही ऑक्साईडमध्ये) देखील दर्शवू शकते.
• सामान्य अभिक्रियाशीलता: नायट्रोजनच्या तुलनेत त्याचा मोठा आकार आणि कमी विद्युतऋणता यामुळे, फॉस्फरस आपली अष्टक (octet) विस्तारित करू शकतो, 5 संयुजा असलेले संयुगे तयार करतो (उदा. PCl₅). पांढरा फॉस्फरस अत्यंत विषारी, अर्धपारदर्शक आणि मेणासारखा असतो, जो स्वतंत्र P₄ चतुष्फलकी रेणूंच्या स्वरूपात असतो. लाल फॉस्फरस बहुवारिकी (polymeric) असून अधिक स्थिर असतो.

हवा आणि ऑक्सिजनची क्रिया

फॉस्फरस ऑक्सिजनशी सहज अभिक्रिया करून ऑक्साईड तयार करतो, प्रामुख्याने फॉस्फरस ट्रायऑक्साइड (P₄O₆) आणि फॉस्फरस पेंटाऑक्साइड (P₄O₁₀).

• अतिरिक्त ऑक्सिजनसह (ज्वलन):
  • पांढरा फॉस्फरस खोलीच्या तापमानावर हवेत आपोआप पेट घेतो (प्रज्वलन तापमान ≈ 303 K किंवा 30 °C) आणि फॉस्फरस पेंटाऑक्साइडचे घन पांढरे धूर तयार करतो.
  • लाल फॉस्फरसला हवेत जळण्यासाठी उष्णता (प्रज्वलन तापमान ≈ 533 K किंवा 260 °C) आवश्यक असते आणि तो देखील फॉस्फरस पेंटाऑक्साइड तयार करतो.

P₄(s) + 5O₂(g) → P₄O₁₀(s)

*(टीप: P₄O₁₀ ला त्याच्या अनुभवसिद्ध सूत्र P₂O₅ वर आधारित फॉस्फरस पेंटाऑक्साइड असेही म्हटले जाते.)*

*   **मर्यादित ऑक्सिजनसह:**
*   फॉस्फरस ऑक्सिजनच्या मर्यादित पुरवठ्यासह अभिक्रिया करून फॉस्फरस ट्रायऑक्साइड तयार करतो.
```chemical
P₄(s) + 3O₂(g) → P₄O₆(s)

पाणी आणि वाफेची क्रिया

मूलभूत फॉस्फरस सामान्य परिस्थितीत थंड पाणी किंवा वाफेशी अभिक्रिया करत नाही.

• पांढरा फॉस्फरस पाण्यात अविद्राव्य (अघुलनशील) आहे आणि हवेत त्याचे आपोआप ज्वलन टाळण्यासाठी तो सामान्यतः पाण्याखाली साठवला जातो.
• लाल फॉस्फरस देखील पाण्यात अविद्राव्य आहे आणि पाण्याशी अभिक्रिया करत नाही.

(टीप: फॉस्फरस स्वतः पाण्याशी अभिक्रिया करत नसला तरी, त्याचे ऑक्साईड्स पाण्याशी तीव्रतेने अभिक्रिया करून संबंधित आम्ल तयार करतात, उदा. P₄O₁₀ पासून H₃PO₄ तयार होते.)

आम्ल आणि आम्लारीची (अल्कलीची) क्रिया

आम्लांसोबतची क्रिया

फॉस्फरस विरल HCl किंवा H₂SO₄ सारख्या अनाक्सिडीकारक आम्लांशी अभिक्रिया करत नाही. तथापि, तो तीव्र ऑक्सिडीकारक आम्लांद्वारे ऑक्सिडीकृत होतो.

• संहत नायट्रिक आम्लासह (HNO₃):
  • फॉस्फरसचे फॉस्फरिक आम्लात (H₃PO₄) ऑक्सिडेशन होते, तर नायट्रिक आम्लाचे सामान्यतः नायट्रोजन मोनोऑक्साइडमध्ये (NO) क्षपण होते.

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

*   **संहत सल्फ्यूरिक आम्लासह (H₂SO₄):**
*   फॉस्फरसचे फॉस्फरिक आम्लात (H₃PO₄) ऑक्सिडेशन होते आणि संहत सल्फ्यूरिक आम्लाचे सल्फर डायऑक्साइडमध्ये (SO₂) क्षपण होते.
```chemical
2P(s) + 5H₂SO₄(conc) → 2H₃PO₄(aq) + 5SO₂(g) + 2H₂O(l)

आम्लारींसोबतची (अल्कलींसोबतची) क्रिया

• गरम संहत आम्लारी द्रावणासह:
  • पांढरा फॉस्फरस तीव्र आम्लारीच्या (उदा. NaOH) संहत द्रावणासोबत गरम केल्यावर विसंगती (disproportionation) दर्शवतो (ऑक्सिडेशन आणि क्षपण दोन्ही होतात). या अभिक्रियेमुळे फॉस्फिन (PH₃) आणि हायपोफॉस्फाईट क्षार तयार होतो. लाल फॉस्फरस ही अभिक्रिया दर्शवत नाही.

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

*(टीप: ही फॉस्फिन तयार करण्याची एक सामान्य प्रयोगशाळा पद्धत आहे.)*

## प्रमुख प्रयोगशाळा चाचणी/ओळख अभिक्रिया

मूलभूत फॉस्फरस सामान्यतः गुणात्मक विश्लेषणामध्ये ओळखला जात नाही. त्याऐवजी, त्याचा सर्वात स्थिर आणि सामान्य ॲनायन, फॉस्फेट आयन (PO₄³⁻) ओळखला जातो.

### 1. अमोनियम मोलिब्डेट चाचणी (फॉस्फेट आयनांसाठी, PO₄³⁻)

फॉस्फेट आयनांसाठी ही सर्वात निश्चित चाचणी आहे.

*   **कार्यपद्धती:** फॉस्फेट आयन असलेले द्रावण घेऊन, त्यात अमोनियम मोलिब्डेट द्रावण आणि संहत नायट्रिक आम्ल घाला, नंतर हळूवारपणे गरम करा.
*   **निरीक्षण:** अमोनियम फॉस्फोमोलिब्डेटचा कॅनरी-पिवळा अवक्षेप (precipitate) तयार होतो.
*   **अभिक्रिया (आयनिक सादरीकरण):**
```chemical
PO₄³⁻(aq) + 12MoO₄²⁻(aq) + 24H⁺(aq) + 3NH₄⁺(aq) → (NH₄)₃[PMo₁₂O₄₀](s) + 12H₂O(l)

(टीप: पूर्ण आण्विक समीकरण जटिल आहे आणि उच्च माध्यमिक स्तरावर ते अनेकदा सोपे केले जाते. वैशिष्ट्यपूर्ण पिवळा अवक्षेप हे प्रमुख निरीक्षण आहे.)

2. मॅग्नेशिया मिश्रण चाचणी (फॉस्फेट आयनांसाठी, PO₄³⁻)

ही चाचणी अमोनियम क्लोराईड (NH₄Cl) आणि अमोनियम हायड्रॉक्साईड (NH₄OH) च्या उपस्थितीत केली जाते, जेणेकरून आम्लारी (alkaline) माध्यम टिकून राहील आणि मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साईडचा अवक्षेप (precipitation) टाळता येईल.

• कार्यपद्धती: फॉस्फेट द्रावणात मॅग्नेशिया मिश्रण (MgCl₂, NH₄Cl, आणि NH₄OH असलेले द्रावण) घाला.
• निरीक्षण: मॅग्नेशियम अमोनियम फॉस्फेटचा पांढरा स्फटिकासारखा अवक्षेप (precipitate) तयार होतो.
• अभिक्रिया:

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