फॉस्फरसची महत्त्वाची रासायनिक संयुगे

फॉस्फरसच्या प्रमुख संयुगांची ओळख

फॉस्फरस, एक p-ब्लॉक मूलद्रव्य, औद्योगिक आणि जैविकदृष्ट्या महत्त्वाची अनेक संयुगे तयार करते. याची अष्टपैलुत्व त्याच्या विविध ऑक्सिडीकरण अवस्थांमध्ये (–3 ते +5) अस्तित्वात राहण्याच्या आणि ऑक्सिजन, हायड्रोजन आणि हॅलोजेन्ससारख्या मूलद्रव्यांसोबत स्थिर बंध तयार करण्याच्या क्षमतेमुळे आहे. उच्च माध्यमिक परीक्षेसाठी, फॉस्फिन (PH₃), फॉस्फरस हॅलाइड्स (उदा. PCl₅), आणि त्याची ऑक्सोअ‍ॅसिड (उदा. H₃PO₄, H₃PO₃) विशेषतः महत्त्वाची आहेत.

फॉस्फिन (PH₃)

फॉस्फिन हा रंगहीन, अत्यंत विषारी वायू आहे, ज्याला कुजलेल्या माशांसारखा वास असतो. सूत्राच्या बाबतीत तो अमोनिया (NH₃) सारखाच आहे, परंतु तो खूपच कमकुवत आम्लारी (बेस) आहे.

रासायनिक सूत्र

PH₃

सामान्य नाव

फॉस्फिन

प्रयोगशाळेतील निर्मिती

1. कॅल्शियम फॉस्फाईड (Ca₃P₂) पासून पाणी किंवा विरल आम्लासह: कॅल्शियम फॉस्फाईड पाणी किंवा विरल हायड्रोक्लोरिक आम्लासोबत अभिक्रिया करून फॉस्फिन तयार करतो. या पद्धतीमुळे अनेकदा अशुद्ध फॉस्फिन मिळते, जे P₂H₄ (डायफॉस्फिन) च्या वाफेच्या उपस्थितीमुळे हवेत आपोआप पेट घेते.

   • पाण्यासोबतचे समीकरण: Ca₃P₂ (s) + 6H₂O (l) → 3Ca(OH)₂ (aq) + 2PH₃ (g)

   • विरल हायड्रोक्लोरिक आम्लासोबतचे समीकरण: Ca₃P₂ (s) + 6HCl (aq) → 3CaCl₂ (aq) + 2PH₃ (g)

2. पांढऱ्या फॉस्फरस (P₄) पासून सोडिअम हायड्रॉक्साईडसोबत: शुद्ध फॉस्फिन पांढऱ्या फॉस्फरसला सोडिअम हायड्रॉक्साईडच्या संहत द्रावणासोबत निष्क्रिय वातावरणात (उदा. CO₂) गरम करून तयार करता येते. ही एक असमानुपातन (disproportionation) अभिक्रिया आहे.

   • समीकरण: P₄ (s) + 3NaOH (aq) + 3H₂O (l) → PH₃ (g) + 3NaH₂PO₂ (aq) (सोडिअम हायपोफॉस्फाईट)

गुणधर्म

• रंगहीन वायू, अत्यंत विषारी.
• पाण्यात कमी विद्रव्य.
• कमकुवत आम्लारी (basic); आम्लासोबत अभिक्रिया करून फॉस्फोनियम संयुगे (उदा. PH₄I) तयार करतो. PH₃ (g) + HI (g) → PH₄I (s)
• हवेत जळून मेट्राफॉस्फोरिक आम्ल तयार करतो. 2PH₃ (g) + 4O₂ (g) → P₂O₅ (s) + 3H₂O (l) (P₂O₅ नंतर पाण्यासोबत अभिक्रिया करून HPO₃ तयार करते) 2PH₃ (g) + 4O₂ (g) → 2HPO₃ (aq) + 2H₂O (l) (अधिक अचूकपणे, 2PH₃ + 4O₂ → P₂O₅ + 3H₂O. P₂O₅ + H₂O → 2HPO₃) किंवा सोपे ज्वलन: 2PH₃ (g) + 3O₂ (g) → P₂O₃ (s) + 3H₂O (l) (जर ऑक्सिजन मर्यादित असेल)

फॉस्फरस पेंटाक्लोराईड (PCl₅)

फॉस्फरस पेंटाक्लोराईड हा फिकट पिवळा, आर्द्रताशोषक स्थायू आहे, जो सेंद्रिय रसायनशास्त्रात क्लोरिनेटिंग एजंट म्हणून वापरला जातो.

रासायनिक सूत्र

PCl₅

निर्मिती प्रक्रिया

1. पांढऱ्या फॉस्फरस (P₄) आणि अतिरिक्त क्लोरीन (Cl₂) पासून: जेव्हा पांढरा फॉस्फरस अतिरिक्त शुष्क क्लोरीन वायूशी अभिक्रिया करतो, तेव्हा फॉस्फरस पेंटाक्लोराईड तयार होते.

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

2. फॉस्फरस ट्रायक्लोराईड (PCl₃) आणि क्लोरीन (Cl₂) पासून: फॉस्फरस ट्रायक्लोराईड क्लोरीनसोबत सहजपणे अभिक्रिया करून फॉस्फरस पेंटाक्लोराईड तयार करतो.

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

गुणधर्म

• फिकट पिवळा ते पिवळसर-पांढरा स्फटिकमय स्थायू.
• आर्द्रताशोषक (हवेतून ओलावा शोषून घेतो).
• गरम केल्यावर संप्लवन (sublimes) होते.
• PCl₃ आणि Cl₂ मध्ये उष्णता विघटन (thermal dissociation) होते.

परीक्षेसाठी महत्त्वाच्या अभिक्रिया

1. जलापघटन (पाण्यासोबतची अभिक्रिया): PCl₅ तापमानानुसार पाण्यासोबत वेगवेगळ्या प्रकारे अभिक्रिया करतो.

   • थंड पाणी (आंशिक जलापघटन): PCl₅ (s) + H₂O (l) → POCl₃ (l) + 2HCl (g) (फॉस्फोरिल क्लोराईड किंवा फॉस्फरस ऑक्सिक्लोराईड)

   • गरम पाणी (पूर्ण जलापघटन): PCl₅ (s) + 4H₂O (l) → H₃PO₄ (aq) + 5HCl (aq) (ऑर्थोफॉस्फोरिक आम्ल)

2. सेंद्रिय संयुगांसोबतची अभिक्रिया (क्लोरिनेटिंग एजंट म्हणून):

   • अल्कोहोलसोबत (उदा. इथेनॉल): C₂H₅OH (l) + PCl₅ (s) → C₂H₅Cl (l) + POCl₃ (l) + HCl (g) (क्लोर इथेन)

   • कार्बॉक्सिलिक आम्लांसोबत (उदा. ऍसिटिक आम्ल): CH₃COOH (l) + PCl₅ (s) → CH₃COCl (l) + POCl₃ (l) + HCl (g) (ऍसिटिल क्लोराईड)

3. उष्णता विघटन: गरम केल्यावर, PCl₅ चे फॉस्फरस ट्रायक्लोराईड आणि क्लोरीन वायूमध्ये विघटन होते. ही अभिक्रिया प्रतिगामी (reversible) आहे.

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

फॉस्फरसची ऑक्सोअ‍ॅसिड

फॉस्फरस अनेक ऑक्सोअ‍ॅसिड तयार करतो, जिथे फॉस्फरस ऑक्सिजन अणूंशी मध्यवर्ती बंध बनवतो, त्यापैकी काही प्रोटोनेटेड असू शकतात (–OH गट). प्रमुख वैशिष्ट्ये म्हणजे P ची ऑक्सिडीकरण अवस्था, P–OH बंधांची संख्या (जो आम्लारिधर्मीपणा निश्चित करते), आणि P=O व P–H बंधांची उपस्थिती.

ऑर्थोफॉस्फोरिक आम्ल (H₃PO₄)

• रासायनिक सूत्र: H₃PO₄
• P ची ऑक्सिडीकरण अवस्था: +5
• आम्लारिधर्मीपणा (Basicity): ट्रायबेसिक (तीन P–OH बंध असतात)
• रचना: एक P=O आणि तीन P–OH बंधांसह चतुष्पृष्ठीय फॉस्फरस.

      O
      ||
    HO—P—OH
      |
      OH
  

• निर्मिती: फॉस्फरस पेंटाऑक्साइड (P₄O₁₀) गरम पाण्यासोबत गरम करून: P₄O₁₀ (s) + 6H₂O (l) → 4H₃PO₄ (aq) व्यावसायिकरित्या फॉस्फेट खडक सल्फ्युरिक आम्लासोबत अभिक्रिया करूनही तयार केले जाते.

फॉस्फोरस आम्ल (H₃PO₃)

• रासायनिक सूत्र: H₃PO₃
• P ची ऑक्सिडीकरण अवस्था: +3
• आम्लारिधर्मीपणा (Basicity): डायबेसिक (दोन P–OH बंध आणि एक P–H बंध असतो)
• रचना: एक P=O, दोन P–OH बंध आणि एक P–H बंधासह चतुष्पृष्ठीय फॉस्फरस. P–H बंध त्याच्या क्षपणकारी (reducing) गुणधर्मासाठी जबाबदार आहे.

      O
      ||
    HO—P—H
      |
      OH
  

• निर्मिती: फॉस्फरस ट्रायऑक्साइड (P₄O₆) थंड पाण्यात विरघळवून किंवा फॉस्फरस ट्रायक्लोराईड (PCl₃) च्या जलापघटनने. PCl₃ (l) + 3H₂O (l) → H₃PO₃ (aq) + 3HCl (aq)

महत्त्वाच्या फॉस्फरस संयुगांचे तुलनात्मक गुणधर्म

गुणधर्म	फॉस्फिन (PH₃)	फॉस्फरस पेंटाक्लोराईड (PCl₅)	ऑर्थोफॉस्फोरिक आम्ल (H₃PO₄)	फॉस्फोरस आम्ल (H₃PO₃)
सूत्र	PH₃	PCl₅	H₃PO₄	H₃PO₃
भौतिक अवस्था	रंगहीन वायू	फिकट पिवळा स्थायू	रंगहीन चिकट द्रव	रंगहीन स्फटिकमय स्थायू
गंध	कुजलेल्या माशांसारखा	तीव्र, त्रासदायक	गंधहीन	लसणासारखा (शुद्ध), गंधहीन (द्रावण)
स्वरूप	कमकुवत आम्लारी (basic)	लेविस आम्ल, क्लोरिनेटिंग एजंट	तीव्र आम्ल (ट्रायबेसिक)	मध्यम तीव्र आम्ल (डायबेसिक), क्षपणकारी एजंट
P ची ऑक्सिडीकरण अवस्था	-3	+5	+5	+3
P चे संकरितीकरण	sp³	sp³d (वायू/द्रव), sp³d² आणि sp³ (स्थायू 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	आपोआप पेट घेतो (अशुद्ध), PH₄⁺ तयार करतो	जलापघटन होते, क्लोरिनेटिंग एजंट, उष्णता विघटन	फॉस्फेट एस्टर आणि क्षार तयार करतो	क्षपणकारी एजंट, फॉस्फाईट क्षार तयार करतो