リンの単体と化合物の性質・製法

リンの単体

• リンは自然界に単体としては存在せず、地殻中においてリン酸カルシウムなどのリン酸塩として存在する。
• リン鉱石（主成分：リン酸カルシウムCa₃(PO₄)₂）に、ケイ砂やコークスを混ぜて強熱し、発生した蒸気を水中で凝縮させると、黄リンP₄が得られる。

\[ \mathrm{2Ca_{2}(PO_{4})_{2}+6SiO_{2}+10C→6CaSiO_{3}+10CO+P_{4}} \]

• 真空状態で窒素とともに黄リンを加熱すると、赤リンPが得られる。

黄リン

• 黄リンを空気中で放置すると、突然火がつく場合がある（自然発火）ため、水中に保存する。（水中では空気に直接触れないため自然発火は起こらない）
• 黄リンは毒性をもつ。またニンニク臭がする。
• 黄リンは比較的小さな無極性分子であり、二硫化炭素CS₂などの無極性溶媒によく溶ける。

参考：極性溶媒と無極性溶媒

• 黄リンを一定条件下（200℃、1.２×10⁹Pa）で長時間加熱すると、黒リンが生じる。

赤リン

• 赤リンは、マッチの箱の横に付いていて、マッチに火を点けるときに使う。日常で使われているものなので、当然無毒で自然発火もしない。

十酸化四リン

• リンを空気中で燃焼させると、白色粉末の酸化物が生成する。これを十酸化四リンP₄O₁₀という。

\[ \mathrm{4P+5O_{2}→P_{4}O_{10} }\]

• 実在する分子の分子量測定より十酸化四リンP₄O₁₀と表現されるが、組成式を用いて五酸化二リンP₂O₅とよばれることもある。

構造

• P₄O₁₀の構造は次の通りである。

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• リンP原子が正四面体の頂点方向に位置し、それらを酸素O原子がつないでいる。また、P原子の非共有電子対にはO原子が1つずつ配位結合している。

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乾燥剤としてのはたらき

• P₄O₁₀は吸湿性・潮解性が極めて高く、酸性の乾燥剤として用いられる。

参考：【乾燥剤】酸性・中性・塩基性の乾燥剤一覧や分類・仕組みなど

リン酸H₃PO₄

• 十酸化四リンP₄O₁₀に水を加えて加熱するとリン酸H₃PO₄が生じる。

\[ \mathrm{P_{4}O_{10} + 6H_{2}O \overset{加熱}{→} 4H_{3}PO_{4}} \]

• H₃PO₄は無色の結晶である。
• H₃PO₄は潮解性があり、水によく溶ける。
• H₃PO₄を水に溶かしてできる水溶液は、弱酸性を示す。

参考：強酸・弱酸・強塩基・弱塩基（違い・覚え方・一覧など）

• H₃PO₄は次のような3段階電離を示す。

\[ \mathrm{H_{3}PO_{4}⇄H^{+}+H_{2}PO_{4}^{-}}\\
\mathrm{H_{2}PO_{4}^{-}⇄H^{+}+HPO_{4}^{2-}}\\
\mathrm{HPO_{4}^{2-}⇄H^{+}+PO_{4}^{3-}} \]