Номер 2, страница 103 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

2. Сравните аллотропные модификации фосфора, т. е. найдите черты сходства и различия между ними.

Аллотропия — это способность химического элемента существовать в виде двух или нескольких простых веществ, различных по строению и свойствам. Фосфор образует несколько аллотропных модификаций, наиболее известные из которых — белый, красный и черный фосфор. Сравнение их черт сходства и различий представлено ниже.

Черты сходства

• Все аллотропные модификации состоят из атомов одного и того же химического элемента — фосфора ($P$).
• При сгорании в избытке кислорода все они образуют один и тот же оксид — оксид фосфора(V): $4P + 5O_2 \rightarrow P_4O_{10}$.
• Проявляют одинаковые степени окисления в соединениях (наиболее характерные: -3, 0, +3, +5).
• При определенных условиях (температура, давление) аллотропные модификации могут превращаться друг в друга. Например, при нагревании без доступа воздуха белый фосфор переходит в красный, а при очень высоком давлении — в черный.
• В нормальных условиях все являются твердыми веществами.

Черты различия

Различия между аллотропными модификациями фосфора обусловлены разным строением их кристаллических решеток, что приводит к отличиям в физических и химических свойствах.

1. Строение и цвет:

• Белый фосфор: Имеет молекулярную кристаллическую решетку. В узлах решетки находятся отдельные молекулы $P_4$, имеющие форму тетраэдра. Это мягкое, воскообразное вещество белого цвета (из-за примесей может иметь желтоватый оттенок).
• Красный фосфор: Имеет полимерное строение. Его структура представляет собой длинные цепи, образованные из связанных между собой тетраэдров $P_4$ после разрыва одной из связей. Это порошок от темно-красного до фиолетового цвета.
• Черный фосфор: Самая устойчивая модификация. Имеет слоистую атомную кристаллическую решетку, похожую на графит. Это черное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь.

2. Физические свойства:

• Растворимость: Белый фосфор хорошо растворяется в сероуглероде ($CS_2$) и бензоле. Красный и черный фосфор практически нерастворимы ни в воде, ни в органических растворителях.
• Температура плавления: Белый фосфор плавится при низкой температуре $44.1^{\circ}C$. Красный фосфор при нагревании возгоняется (переходит из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое) при температуре выше $400^{\circ}C$. Черный фосфор плавится только под высоким давлением при температуре около $610^{\circ}C$.
• Плотность: Белый фосфор — наименее плотный ($1,82 \text{ г/см}^3$). Плотность красного фосфора выше ($2,34 \text{ г/см}^3$). Черный фосфор — самый плотный ($2,69 \text{ г/см}^3$).
• Электропроводность: Белый и красный фосфор — диэлектрики (не проводят электрический ток). Черный фосфор является полупроводником.

3. Химическая активность и токсичность:

• Белый фосфор: Очень химически активен. Самовоспламеняется на воздухе при температуре около $40^{\circ}C$. Светится в темноте за счет медленного окисления (хемолюминесценция). Чрезвычайно ядовит (летальная доза для человека — около 0,1 г).
• Красный фосфор: Значительно менее активен, чем белый. Воспламеняется только при сильном нагревании (выше $240^{\circ}C$). Не светится в темноте и не ядовит.
• Черный фосфор: Наименее активная модификация. По химической инертности похож на графит. Для вступления в реакции требует жестких условий (высокой температуры). Не ядовит.

Ответ: Сходства аллотропных модификаций фосфора заключаются в том, что все они состоят из атомов фосфора, являются твердыми веществами при нормальных условиях, способны к взаимопревращениям и при полном сгорании образуют один и тот же продукт — оксид фосфора(V). Различия обусловлены разным типом кристаллической решетки (молекулярная у белого, полимерная у красного, атомная у черного) и проявляются в цвете, плотности, растворимости, температурах фазовых переходов, электропроводности, химической активности и токсичности. Белый фосфор ($P_4$) — мягкое, легкоплавкое, летучее, растворимое в $CS_2$, очень активное и ядовитое вещество. Красный фосфор — полимер, более плотный, тугоплавкий, нерастворимый, значительно менее активный и неядовитый. Черный фосфор — слоистый, самый плотный, тугоплавкий, полупроводник, химически инертный и неядовитый.