Страница 31 из 83
Интересно отметить, что с углеродом фосфор непосредственно не соединяется. Однако этот «недостаток» он с лихвой покрывает тем, что образует многочисленные фосфорорганические соединения, которые получаются при взаимодействии различных производных фосфора с органическими соединениями. О некоторых из них, играющих исключительно важную роль в жизни животных и человека, мы еще будем говорить.
Сам фосфор, как обычно принято говорить — «элементарный», находит лишь ограниченное применение. Белый фосфор весьма ядовит, поэтому его используют для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Кстати, он применяется и в военном деле — как наполнитель специальных типов зажигательных бомб и дымообразующее вещество при постановке дымовых завес. Красный фосфор используют в производстве спичек. Но поистине громадное значение имеют соединения фосфора.
Мы уже говорили, что фосфор способен соединяться с кислородом с образованием различных окислов. А теперь посмотрим, что же представляют собой продукты их взаимодействия с водой. Лучше всего начать с фосфорного ангидрида — Р2O5. Оказывается, если он реагирует с водой, то при этом образуется не одна кислота, как это бывает у обычных ангидридов, а три (опять число три — три вида элементарного фосфора, теперь три кислоты):
Р2O5 + H2O = 2НРО3;
Р2O5 + 3H2O = 2Н3PO4;
Р2O5 + 2H2O = Н4Р2O7,
которые называются соответственно метафосфорной, ортофосфорной (или просто фосфорной) и пирофосфорной. Таким образом, в зависимости от количества молекул воды, вошедших в реакцию с одной молекулой фосфорного ангидрида, могут образоваться различные кислоты. Для того чтобы легче уяснить себе такое странное поведение фосфорного ангидрида, напишем структурные формулы этих веществ:
Похоже, что все они, как принято говорить, генетически связаны, то есть все их можно получить друг из друга. Например, ортофосфорную можно получить из метафосфорной кислоты простым присоединением воды:
А пирофосфорную можно получить из ортофосфорной при конденсации ее молекул:
Вообще говоря, это не только теоретические возможности. В самом деле, из метафосфорной кислоты при определенных условиях можно получить и орто- и пирофосфорную кислоты.
Все эти кислоты при обычных условиях — кристаллические вещества, все они бесцветны и очень сильно поглощают воду. (Правда, еще сильнее воду поглощает сам фосфорный ангидрид. Он способен отнимать ее у других кислот, например таких, как азотная кислота, и даже обугливать некоторые органические вещества, забирая у них воду.)
Наиболее важное практическое значение имеет ортофосфорная кислота, и не столько она сама, как ее соли, которые используются в качестве удобрений.
Кроме мета-, орто- и пирофосфорной кислот, фосфор способен образовывать еще много других, из которых, пожалуй, самой интересной является фосфористая. Получается она при взаимодействии фосфористого ангидрида с водой:
Р2O3 + 3H2O = 2Н3PO3.
Это тоже белое кристаллическое вещество, легко растворимое в воде.
Однако в отличие от кислот, которые фосфор образует в своей высшей степени окисления, как фосфористая кислота, так и ее соли сильно ядовиты. И еще одно интересное обстоятельство. Строение фосфористой кислоты можно изобразить в виде двух формул:
Обе эти формы находятся в равновесии друг с другом, но в обычных условиях форма II сильно преобладает. Как самой кислоте, так и ее солям отвечает формула II, поскольку для нее известны лишь двузамещенные соли, например Na2HPO3·5H2O. Однако для формулы I получены сложные органические производные. Такое явление называется таутомерией и часто встречается в органической химии. Интересно, что фосфористая кислота — сильный восстановитель и из растворов солей серебра выделяет металлическое серебро, а из солей меди — медь. Сама по себе кислота очень устойчива и с трудом окисляется до фосфорной. Остается лишь добавить, что у нее, так же как и у фосфорных кислот, имеются свои аналоги — метафосфористая НРО2 и пирофосфористая Н4Р2O5 кислоты.
Еще задолго до нашей эры люди обнаружили, что при посевах почва истощается. Урожаи становятся все меньше и меньше, и в конечном итоге почва становится бесплодной. Целые селения снимались с обжитых мест и шли на поиски плодородных земель. Они сжигали леса, обрабатывали целину, а через несколько лет снова были вынуждены уходить на новые места. Шли века. Человек накапливал опыт, знания. И вот на одном из этапов развития люди стали использовать удобрения.
Кельты, например, применяли удобрения за несколько сот лет до новой ары. Известно также, что удобрения применялись и в древней Греции. Однако интенсивное использование их началось лишь около ста лет тому назад.
В первой трети прошлого века выдающийся немецкий ученый Юстус Либих сделал интересный эксперимент: он провел химический анализ большого количества различных растений. В результате оказалось, что все они содержат в своем составе лишь десять элементов: углерод, водород, кислород, азот, кальций, калий, фосфор, серу, магний и железо[4]. Все эти элементы имеют очень большое значение для нормального роста растений. Отсутствие одного из них, даже при избытке других, приводит растения к гибели.
Вскоре выяснилось, что углерод растения могут получать из воздуха, поглощая содержащуюся в нем углекислоту. Водород и кислород они получают из воды. В магнии, железе и сере растения нуждаются в незначительных количествах и с избытком могут получать их из почвы. Даже азот некоторые растения (например, бобовые) могут поглощать из воздуха. Таким образом, для хорошего роста растений в почву необходимо вносить калий, фосфор, азот, иногда кальций. При этом выяснилось, что недостаток фосфора в почве сказывается резче всего.
Самый заметный признак недостатка фосфора в почве — слабый рост растений и мелкие темно-зеленые листья. Но бывает и по-другому. Например, недостаток фосфора в долине Лима в Перу проявляется в том, что листья кукурузы приобретают пурпурную окраску. Аналогичную окраску листьев вызывает недостаток фосфора и у томатов. Но окраска листьев растений — это еще не самое главное. Пусть себе листья становятся хоть синими, лишь бы растения давали хороший урожай. Но оказалось, что при недостатке фосфора у растений слабо развиваются корни, сильно поражается сосудистая система. Крахмал не превращается в сахар, задерживается вызревание плодов. Если же почва богата фосфором, наблюдается прямо противоположная картина: бурно развивается корневая система растений, особенно в фазе всходов, повышается засухоустойчивость, скороспелость. Присутствие фосфора хорошо отражается на делении клеток, на образовании жира и белка, усиливается кущение зерновых культур.
Избыток фосфора приводит к усиленному образованию побегов у кукурузы. А клевер и люцерна при внесении в почву фосфатов дают семена в год посева, тогда как обычно приносят их лишь на следующий год.
Однако самое неприятное заключается в том, что удобрять почву фосфорной кислотой или белым фосфором нельзя: они действуют на растения как яды. Нельзя удобрять почву и красным фосфором: растения не усваивают его. Для этой цели в наше время на заводах производятся громадные количества различных специальных фосфорных удобрений.
4
Более тщательными опытами установлено, что в растениях присутствуют в виде следов многие другие элементы, играющие важную роль в их жизнедеятельности.