Одиночный атом фосфора оказался неплохой основой для квантовых компьютеров
Источники:
http://www.technologyreview.com/view/515286/the-phosphorous-atom-quantum…
http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10006910/
Хотя концепция подобной элементной базы была выдвинута полтора десятка лет тому назад, довести её до ума удалось только сейчас.
В конце 1990-х австралийский физик Брюс Кейн (Bruce Kane) предложил создать элемент квантового компьютера на базе атома фосфора, помещённого на кремниевую основу. Идея была в том, что спин ядра атома фосфора может хранить кубит неограниченно долго, а магнитное поле хорошо отработанными методами магнитно-резонансной спектроскопии позволит манипулировать этим кубитом.
Увы, все последующие попытки физиков из Нового Южного Уэльса реализовать этот подход упирались в одну значимую сложность: с помощью одного только магнитного поля очень нелегко записывать и считывать информацию со спина индивидуального электрона, вращающегося вокруг атома фосфора. Между тем подход кажется очень привлекательным: интеграция элементов квантового компьютера на кремниевые микросхемы позволит относительно легко «сращивать» квантовые и обычные вычислительные мощности и масштабировать первые до весьма значимых размеров.
Теперь Джеррид Пла (Jarryd Pla) вместе с коллегами по Университету Нового Южного Уэльса (Австралия) заявляет, что эту проблему удалось решить.
Физики «имплантировали» одиночный атом фосфора на кремниевую наноструктуру, затем поместив их в магнитное поле и охладив до температуры, близкой к абсолютному нулю, чтобы избавиться от влияния тепловых колебаний на атом и опасной для квантовых процессов декогеренции. Далее, воздействуя на атом микроволнами, учёные меняли его спин, реализуя тем самым запись одиночного кубита.
А чтение? О, тут были проблемы: микроволны годились для записи, а вот считывание оказалось не таким простым.
Чтобы обеспечить переход к чтению, учёные конвертировали спин в заряд, дабы изменение заряда кубита позволяло узнать его спин. При этом один атом фосфора за счёт взаимодействия с соседним потенциально может выполнять двухкубитные операции, что и составляет минимально необходимую базу для создания легко масштабируемого квантового компьютера.
Это, разумеется, не единственный подход, позволяющий надеяться на развёртывание подобных систем. Кроме D-Wave Systems, уже продавшей первые квантовые компьютеры Lockheed Martin и Google, есть и иные варианты, включая использование тех же азот-углеродных вакансий в алмазе. Австралийский же подход, хотя и обеспечивает лучшую интеграцию с современной кремниевой электроникой, как и конкуренты, требует охлаждения элементной базы до температур, близких к абсолютному нулю, а это чревато существенными практическими сложностями… В общем, что-то подсказывает нам, что гонка квантовых компьютеров всё ещё находится в самом начале, а путь будет очень долгим…
ХИМИКАТЫ СПИСКА 2 | ||||
2.1. | Токсичные химикаты | |||
2.1.1. | O,O-диэтил-S-[2(диэтиламино) этил]тиофосфат и соответствующие алкилированные или протонированные соли (амитон) | 2930 90 850 0 | 78-53-5 | 2930 60000 0 2930 80000 0 |
2.1.2. | 1,1,3,3,3-пентафтор-2-(трифторметил)-1-пропен (PFIB) | 2903 39 900 0 | 382-21-8 | 2903 39 900 0 |
2.1.3. | 3-хинуклидинилбензилат (BZ) | 2933 39 990 0 | 6581-06-2 | 2933 39 990 0 |
2.2. | Прекурсоры | |||
2.2.1. | Химикаты, кроме указанных в разделе 1 Списка , содержащие атом фосфора, с которым связана одна метильная, этильная, пропильная или изопропильная группа, но не другие атомы углерода | 2931 00 | 2931 | |
в том числе: | ||||
2.2.1.1. | Метилфосфонилдихлорид | 2931 00 300 0 | 676-97-1 | 2931 90 300 0 |
2.2.1.2. | Этилдихлорфосфонит | 2931 00 950 0 | 1498-40-4 | 2931 10 000 0 2931 20 000 0 2931 32 400 0 2931 33 400 0 2931 34 400 0 2931 35 400 0 2931 36 400 0 2931 37 400 0 2931 38 400 0 из 2931 90 800 9 |
2.2.1.3. | Диметил(метил)фосфонат | 2931 00 100 0 | 2931 31 000 0 | |
2.2.1.4. | Диэтил(этил)фосфонат | 2931 00 950 0 | 78-38-6 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.1.5. | Диметил(этил)фосфонат | 2931 00 950 0 | 6163-75-3 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.1.6. | Диэтил(метил)фосфонит | 2931 00 950 0 | 15715-41-0 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.1.7. | Метилдихлорфосфонит | 2931 00 950 0 | 676-83-5 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.1.8. | Метилдифторфосфонит | 2931 00 950 0 | 753-59-3 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.1.9. | Этилдихлорфосфонат | 2931 00 950 0 | 1066-50-8 | см. п. 2.2.1.2. |
Примечание. По позиции 2.2.1 не контролируется O-этил-S-фенилэтилфосфонтиолтионат (фонофос) | 944-22-9 | |||
2.2.1.10. | Этилдифторфосфонит | 293100 950 0 | 430-78-4 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.1.11. | Метилфосфоновая кислота | 2931 00 950 0 | 993-13-5 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.1.12. | Этилфосфоновая кислота | 2931 00 950 0 | 6779-09-5 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.1.13. | Пропилфосфоновая кислота | 2931 00 950 0 | 4672-38-2 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.1.14. | Изопропилфосфоновая кислота | 2931 00 950 0 | 4721-37-3 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.1.15. | Алкил (метил, этил, пропил или изопропил) тиофосфоновые кислоты | 2931 00 950 0 | см. п. 2.2.1.2. | |
2.2.1.16. | Соли кислот, указанных в позициях 2.2.1.11 — 2.2.1.15 | 2931 00 950 0 | см. п. 2.2.1.2. | |
2.2.1.17. | Диэтиловый эфир метилфосфоновой кислоты | 293100 950 0 | 683-08-9 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.1.18. | Дихлорид метилтиофосфоновой кислоты | 2931 00 950 0 | 676-98-2 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.2. | N,N-диалкил (метил, этил, пропил или изопропил) амидодигалоидфосфаты | 2931 00 950 0 | см. п. 2.2.1.2. | |
2.2.2.1. | N,N-диметиламидодихлорфосфат | 2931 00 950 0 | 677-43-0 | см. п. 2.2.1.2. |
2.2.3. | Диалкил (метил, этил, пропил или изопропил)-N,N-диалкил (метил, этил, пропил или изопропил)-амидофосфаты | 2929 90 000 0 | 2929 90 000 0 | |
в том числе: | ||||
2.2.3.1. | Диэтил-N,N-диметиламидофосфат | 2929 90 000 0 | 2404-03-7 | 2929 90 000 0 |
2.2.4. | Треххлористый мышьяк | 2812 10 180 0 | 7784-34-1 | из 2812 19 000 0 |
2.2.5. | 2,2-дифенил-2-оксиуксусная кислота (бензиловая кислота) | 2918 19 850 0 | 76-93-7 | 2918 17 000 0 |
2.2.6. | Хинуклидин-3-ол | 2933 39 990 0 | 1619-34-7 | 2933 39 990 0 |
2.2.7. | N,N-диалкил (метил, этил, пропил или изопропил) аминоэтил-2-хлориды и соответствующие протонированные соли | 2921 19 800 0 | 2921 12 000 0 2921 13 000 0 2921 14 000 0 2921 19 990 0 | |
в том числе: | ||||
2.2.7.1. | N,N-диизопропиламиноэтил-2-хлорид | 2921 19 800 0 | 96-79-7 | см. п. 2.2.7. |
2.2.7.2. | N,N-диизопропиламиноэтил-2-хлорид гидрохлорид | 2921 19 800 0 | 4261-68-1 | см. п. 2.2.7. |
2.2.8. | N,N-диалкил (метил, этил, пропил или изопропил) аминоэтан-2-олы и соответствующие протонированные соли | 2921 19 800 0 2922 19 800 0 | см. п. 2.2.7. 2922 18 000 0 2922 16 000 0 | |
в том числе: | ||||
2.2.8.1. | N,N-диизопропиламиноэтан-2-ол | 2922 19 800 0 | 96-80-0 | 2922 18 000 0 2922 16 000 0 |
Примечание. По позиции 2.2.8. не контролируются: | ||||
N,N-диметиламиноэтанол и соответствующие протонированные соли | 108-01-0 | |||
N,N-диэтиламиноэтанол и соответствующие протонированные соли (Диэтиламиноэтанол, код по ТН ВЭД 2922 19 000 0, регистрационный номер по КАС 100-37-8) | 100-37-8 | |||
2.2.9. | N,N-диалкил (метил, этил, пропил или изопропил) аминоэтан-2-тиолы и соответствующие протонированные соли | 2930 90 850 0 | 2930 60 000 0 из 2930 80 000 0 | |
в том числе: | ||||
2.2.9.1. | N,N-диизопропиламиноэтан-2-тиол | 2930 90 850 0 | 5842-07-9 | 2930 60 000 0 из 2930 80 000 0 |
2.2.10. | Бис(2-гидроксиэтил)сульфид (тиодигликоль) | 2930 90 200 0 | 111-48-8 | 2930 70 000 0 |
2.2.11. | 3,3-диметилбутан-2-ол (пинаколиновый спирт) | 2905 19 900 0 | 464-07-3 | 2905 19 000 0 |
2.3. | Токсичные химикаты и прекурсоры, указанные в позициях 2.1 — 2.2.11, меченные радиоактивными или стабильными изотопами | 2844 40 2845 | 2844 40 2845 | |
2.4. | Смеси, содержащие 10% и более по весу или объему любого токсичного химиката и/или прекурсора, указанных в позициях 2.1 — 2.3 | |||
Фосфор — Обзор параметров качества воды и продукция
Фосфор (P) — это химический элемент с атомным номером 15 и атомной массой 31. Из-за своей высокой реакционной способности в естественной среде фосфор не существует как свободный элемент. Как правило, фосфор встречается в виде фосфатов в минералах. Обычно фосфаты содержатся в земной коре в концентрации около 1 грамма на килограмм.
Существуют два типа элементарного фосфора: белый фосфор и красный фосфор. При контакте с кислородом белый фосфор излучает слабое свечение, вызванное окислением (это явление также называют хемилюминесценцией).
Фосфор относится к группе пниктогенов, в которую входят азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут и унунпентий (которому недавно было присвоено название московий). Эти элементы объединены в одну группу из-за схожей атомной структуры, которая позволяет им создавать стабильные соединения благодаря склонности к образованию двойных и тройных ковалентных связей. За исключением азота (который остается газом), все пниктогены являются твердыми веществами при комнатной температуре.
Сложным организмам, таким как растения и животные, необходим фосфор, поскольку фосфаты входят в состав ДНК, РНК, АТФ и фосфолипидов. В промышленности фосфор используется для производства моющих средств, пестицидов, нервно-паралитических веществ и преимущественно в удобрениях.
Фосфаты/ортофосфат
В ортофосфате (один из наиболее распространенных фосфатов) один атом фосфора связан с четырьмя атомами кислорода. Ортофосфат иногда называют «реакционноспособным фосфором», поскольку он легко соединяется с другими электронодефицитными элементами и соединениями, так как три «лишних» электрона в атомах кислорода очень стремятся к соединению с подобными протонами.
Конденсированные фосфаты
Конденсированные фосфаты представляют собой несколько молекул ортофосфата, «сконденсированных» вместе и имеющих общую ковалентную связь между примыкающими атомами фосфора (P) и кислорода (O). В эту группу входят метафосфат, пирофосфат и полифосфат, которые часто используются для контроля за коррозией в системах распределения питьевой воды.
Общий фосфор/органический фосфор
Общий фосфор — это сумма всего присутствующего фосфора: ортофосфата/фосфатов, конденсированных фосфатов и органического фосфора. Органический фосфор обычно присутствует в виде фосфатов, содержащихся внутри органического соединения или связанных с ним.
Впервые создан «процессор» для квантовых компьютеров размером в один атом
Интеграция Техника | Поделиться Австралийские ученые стали еще на один шаг ближе к созданию самого мощного в мире одноатомного квантового компьютера.Австралийский «квантовый скачок»
Группа ученых UNSW Sydney (Университета Нового Южного Уэльса) из Австралии под руководством профессора Мишель Симмонс впервые в мире создала квантовый «процессор» (процессором его можно назвать лишь условно, потому что принципы работы данного устройства и современных компьютерных процессоров различаются кардинально) на базе атома фосфора, на практике показав, что кубиты (одноатомные квантовые физические биты) могут взаимодействовать друг с другом уже на расстоянии 16 нанометров друг от друга, демонстрируя так называемое явление «квантовой запутанности». Это позволяет создать квантовые компьютеры с производительностью, на порядки превосходящей любые «классические» вычислительные машины.Квантовая запутанность
В современной массовой вычислительной технике биты могут принимать только два значения: «1» или «0», в то время как квантовые биты или кубиты могут также находиться в промежуточных состояниях. При этом изменение одного кубита всегда влияет на состояние связанных с ним «соседей». Это явление носит название квантовой запутанности и позволяет построить логический кубит – группу физических кубитов, связанных друг с другом. «Процессор», полученный путем соединения нескольких логических кубитов, может обеспечивать высочайшую производительность, характерную для квантовых компьютеров, а также позволит находить и исправлять ошибки, возникающие в физических кубитах под влиянием внешних факторов.
Ранее считалось, что взаимодействие между физическими кубитами возможно на расстоянии 20 нанометров, но на практике австралийцам удалось добиться этого лишь разместив атомы фосфора в кремнии на расстоянии 16 нанометров друг от друга, сформировав таким образом логический кубит.
Изображение, полученное cканирующим туннельным микроскопом, демонстрирующее электронную волновую функцию кубита, созданного на основе атома фосфора и кремния
«Квантовый компьютер, состоящий из 30 таких кубитов превзойдет любые существующие в настоящий момент традиционные вычислительные машины, а 300-кубитный экземпляр обгонит все существующие в мире компьютеры вместе взятые», – отметила Симмонс.
Не смотря на то, что другим исследователям в прошлом удавалось связать кубиты между собой, создать успешно взаимодействующие одноатомные структуры, обеспечивающие более высокую точность и надежность работы, удалось пока только команде Симмонс. По ее мнению результаты исследования превзошли все ожидания. Полученные данные позволят улучшить действующую модель и ускорить появление прототипов устройств на основе одноатомных кубитов из фосфора. Теперь австралийцы планируют получить действующую модель из 10 связанных кубитов в течение следующих 5 лет.
Мишель Симмонс не мыслит развития технологий квантовых вычислений без применения принципа «квантовой запутанности»
Технологии квантовых вычислений вызывают огромный интерес не только у научного сообщества, но и у представителей крупного бизнеса. Ведь создание компьютеров, основанных на квантовых технологиях, позволит оптимизировать решение ряда рутинных задач в сферах медицины, криптографии, космоса и прочих. Ранее CNews уже сообщал о создании корпорацией Google сверхмощного квантового 72-кубитного компьютера на базе нового процессора Bristlecone, не обладающего свойством квантовой запутанности. В настоящее время рекордсменом по количеству связанных кубитов является работа китайских ученых из Научно-технического Университета Китая, которым удалось создать систему из 10 связанных алюминиевых кубитов в ноябре 2017 г.
Какие технологии помогут разработчикам цифровизировать Москву
Инновации и стартапыДмитрий Степанов
Атом фосфора — Справочник химика 21
Поэтому при возбуждении атома фосфора один из 35-электронов может переходить на З -орбиталь. Следовательно, атом фосфора в основном состоянии может быть трехвалентным, в возбужденном — иметь пять неспаренных электронов и выступать как пятивалентный элемент. Аналогичное распределение электронов по подуровням имеют мышьяк, сурьма и висмут. [c.80]Устойчивое координационное число фосфора (V) 4, что отвечает sp -гибридизации его валентных орбиталей. Реже проявляются координационные числа 5 и 6, в этих случаях атому фосфора приписывают соответственно sp4- и вр й -гибридные состояния (стр. 415). [c.414]
Такое направление реакции — следствие четвертого правила, устанавливающего, что электроположительные лиганды находятся предпочтительно в экваториальном положении, ближе к атому фосфора, а электроотрицательные лиганды предпочитают занимать аксиальное положение, подальше от атома фосфора. Фосфор проявляет свойства неметалла, он обладает слабо выраженными электроноакцепторными свойствами и предпочитает находиться на удалении от других подобных атомов. Поэтому [c.125]
Во внешнем электронном слое атома фосфора имеется 5 электронов, и его электронная конфигурация может быть представлена схемой 5 25Чр 35 р . Максимальную валенг-ность, равную 5, атом фосфора проявляет в результате возбуждения 3 электронов [c.180]
Пример, Окисление фосфора азотной кислотой. В этом случае электронодонор — электронейтральный атом фосфора (восстановить) окисляясь до -f 5-валентного состояния, он отдает [c.53]
Проводимость таких веществ, как кремний и германий, можно повысить, вводя в них небольшое количество определенных примесей. Например, введение в кристаллы кремния примесей бора или фосфора приводит к эффективному сужению межзонной щели. Небольшие количества бора или фосфора (несколько миллионных долей) удается включить в структуру кремния при выращивании кристалла. Атом фосфора имеет пять валентных электронов, и поэтому, после того как четыре из них используют- [c.631]
Одна нз заполненных -орбиталей металла перекрывается с одной пустой -орбиталью атома фосфора, вследствие чего возникает л— Я-связь. Возможно, что эта связь даже сильнее, чем простая а-связь. Интересно отметить, что такая картина подтверждается тем фактом, что при увеличении электроотрицательности Х-групп. связанных с атомом фосфора, прочность связи металл — лиганд увеличивается. Это может быть предсказано, так как сдвиг электронной плотности к атому фосфора делает его более восприимчивым к электронам, отдаваемым атомом металла. Конечно, усиление а-связи при сближении атомов также должно давать определенный вклад в силу связи. Однако относительная величина этого фактора пока еще не определена. [c.255]
Р. При температуре сублимации равновесные пары фосфора содержат в среднем по 4 атома в молекуле. Указанные в таблице значения ДЯ и Д5р рассчитаны для процесса образования такого пара (Рд), но отнесены к 1 г-атом фосфора. В работе рассчитаны значения ДЯ , и А5 для процесса сублимации при образовании пара с двухатомными молекулами соответственно [c.344]
В анионе фосфорной кислоты каждый атом фосфора окружен четырьмя атомами кислорода, расположенными в вершинах тетраэдра. Ортофосфорная кислота построена из изолированных тетраэдров Р04 , в концентрированных фосфорных кислотах тетраэдры Р04 через общие кислородные вершины объединены в фосфатные комплексы, содержащие от 2 до 10 атомов фосфора. В метафосфорных кислотах тетраэдры Р04 образуют замкнутые кольца. [c.22]
Введение в кристаллический кремний примесных атомов фосфора, имеющих по пять валентных электронов, также нарушает энергетическую однородность кристалла. В этих условиях каждый атом фосфора уже при сообщении ему энергии порядка 4,4 кДж/моль способен ионизироваться, перебрасывая один из своих электронов в зону проводимости и превращаясь в положительно заряженный ион. Аналогично ведут себя в кристаллах кремния и германия примесные атомы мышьяка, сурьмы и золота, обычно называемые донорными примесями. Для получения полупроводника с определенной концентрацией носителей (электронов или дырок) необходимо, чтобы количество собственных переносчиков тока в кристалле было примерно на два порядка ниже. [c.89]
Скорость рассматриваемых реакций, как и всякой реакции, протекающей по механизму Sn2, существенно зависит от нуклеофильной силы галогенид-иона, а также от частичного положительного заряда на атакуемом атоме углерода. Поэтому малодоступные иодиды фосфора более реакционноспособны, чем хлориды, а пентагалогениды, промежуточно образующие эфиры, в которых атом фосфора связан с большим числом атомов галогена, активнее соответствующих тригалогенидов. [c.143]
У модификаций фосфора наблюдается явление монотропии, при котором превращение модификаций может осуществляться лишь в одном направлении, часто через расплавленное состояние. Равновесие между двумя модификациями не может установиться, поскольку метастабильная модификация плавится до достижения температуры превращения твердых фаз. Так, белый фосфор, содержащий в молекулярной решетке тетраэдрические молекулы Р4 (7 пл = 44 С) может быть переведен в черный фосфор либо при нагревании до 220°С и одновременном действии ударной волны (1,2 ГПа), либо при длительном отжиге при 220—370 °С в присутствии катализатора — металлической ртути. Черный фосфор — термодинамически наиболее устойчивая модификация фосфора вплоть до 550 °С. Он построен из полимерных гофрированных сеток, причем каждый атом фосфора связан с другими тремя ковалентными связями. [c.367]
Фосфор Р. Атом фосфора отличается от атома азота так же, как атом кремния от атома углерода. В атомах кремния и фосфора во внешнем электронном слое есть вакантные З -орби-тали, а в атомах углерода и азота на валентном (внешнем) слое вакантных -орбиталей нет. Разница в структуре валентного слоя атомов Р и N откладывает отпечаток на свойства веществ, образуемых этими элементами, которые в сходных соединениях заметно отличаются друг от друга. Так, например, молекула N2 чрезвычайно прочна, так как а-связь в этой молекуле дополнена двумя л-связями. В парах при температурах ниже 1000 °С, а также в жидком состоянии устойчивы четырехатомные молекулы Р4. При конденсации паров образуется белый фосфор — вещество с молекулярной кристаллической решеткой, в узлах которой находятся молекулы Р4. Белый фосфор плавится при температуре 45 °С и легко растворяется в органических растворителях (СЗа и др.). Белый фосфор ядовит. [c.278]
Мы уже обсуждали в других местах учебника электронное и геометрическое строение молекул галогенидов фосфора (см. разд. 7.5 и 7.6, ч. 1). Дипольные моменты (см. разд. 8.2, ч. 1) этих соединений, указанные в табл. 21.10, находятся в соответствии с их геометрическим строением. Соединения РХ3 обладают пирамидальной формой (см. рис. 21.4), и полный дипольный момент этих молекул зависит от полярности связей Р—X. Можно заключить, что полярность связей Р—X уменьщается в ряду Р—Р > > Р—С1 > Р—Вг > Р—I. Этот ряд согласуется с разностью электроотрицательностей между фосфором и галогенами. Молекулы рр5 обладают тригонально-бипира-мидальной структурой (см. рис. 21.4), причем центральный атом фосфора обобществляет пять электронных пар с пятью атомами X. Дипольные моменты пяти связей Р—X взаимно компенсируются, и полный молекулярный дипольный момент во всех случаях оказывается равным нулю. [c.322]
В отличие от атома азота атом фосфора содержит вакантные -орбитали, используя которые, он образует соединения не только с координационным числом 4 (хр -гибридное состояние), например [c.194]
В каждой вершине тетраэдра РО4 координируется по три октаэдра 0б таким образом, что кислород тетраэдра становится общим для трех октаэдров ШОе, каждый из которых имеет еще две общие вершины с остальными двумя октаэдрами. Два атома кислорода из оставшихся трех оказываются общими с октаэдрами, связанными со второй вершиной тетраэдра. Атом кислорода, находящийся в шестой вершине, не является мостиковым и остается свободным. Атомы вольфрама внутри октаэдра занимают середины ребер куба, в центре которого находится атом фосфора. В пустотах между атомами располагаются молекулы Н2О. [c.226]
Более интересные свойства в реакциях присоединения проявляют другие функциональные группы, полученные из =51—ОН-групп с помощью реакций замещения (см. выше). Так, в группировке ( = 51—0—)зР (см. реакцию (1.6)) атом фосфора обладает неподеленной парой электронов, которые участвуют в образовании координационной связи между атомом фосфора и атомом, имеющим незаполненные. -орбитали [c.25]
Введение в кристаллический кремний примесных атомов фосфора, имеющих по пять валентных электронов, также нарушает энергетическую однородность кристалла. В этих условиях каждый атом фосфора уже при сообщении ему энергии порядка 4,4 кДж/моль способен ионизироваться, перебрасывая один из своих электронов в зону проводимости и превращаясь в положительно заряженный ион. Аналогично ведут себя в кристаллах [c.80]
В справочнике данные, относящиеся к веществам, содержащим фосфор, по-видимому, не вполне согласованы. Так, для самого фосфора базисным со-стояннеи указан фосфор Р [красный, триклинный], а для берлинита А1Р04 указана ДЯ здд = —414,-160 ккал/моль, совпадающая со значением, рекомендуемым в справочнике Бюро стандартов, в котором в качестве базисного состояния принят фосфор Р [белый]. Разница составляет 4,2 ккал/г-атом фосфора. [c.79]
Образующийся анион вызывает электростатическое отталкивание ириближающегося гидроксила, так что образование мономе-тилфосфата затруднено. Период полупревращения для последней реакции при 100°С составляет 16 сут, причем механизм этой реакции сводится исключительно к алкильному расщеплению, поскольку атом фосфора менее доступен. [c.121]
В заключение следует упомянуть о синтезе АТР, содержащем хиральный 7-атом фосфора этот синтез был проведен недавно Ноулсом [31]. Взаимодействие аденозиндифосфата ADP с фосфо- [c.138]
Первоначально использовали /г-толуолсульфохлорид. Однако первичный гидроксил нуклеозида может атаковать либо атом фосфора, либо атом серы промежуточного ангидрида, так что в большой степени проходит сульфирование. Эта проблема была частично преодолена путем введения в орго-положение бензольного кольца объемистых заместителей, так что атака по атому фосфора становится предпочтительней. Обычно используют мезитиленсульфохлорид (MS) и 2,4,6-триизопропилбензолсульфохлорид (TPS). [c.176]
Ион Р04 — это комплексный анион, в котором центральный атом фосфора тетраэдрически окружен четырьмя атомами кислорода. В конденсированных фосфатах часть атомов кислорода принадлежит более чем одному центральному атому. Образуются состоящие из тетраэдров многоядерные комплексы, в которых фосфор-кислородные тетраэдры вследствие электростатического отталкивания высокозаряженных центральных ионов соединяются между собой только через вершины. Соединение через ребра и тем более через грани возможно лишь при комбинации октаэдрических групп, так как в этом случае расстояние между центральными ионами не так мало, как при соединении тетраэдров. [c.549]
На состав морской поды важное влияние оказывают существующие в ней растения и ивотные. Простейшим звеном в цепи питания является фитопланктон-мельчайшие растения, в которых СО2, вода и другие питательные вещества в результате фотосинтеза превращаются в растительное органическое вещество. Анализ состава фитопланктона показывает, что углерод, азот и фосфор присутствуют в нем в атомном отношении 108 16 1 (см. рис. 17.2). Таким образом, в расчете на один атом фосфора (обычно присутствующий в виде гидрофосфат-иона НРО «) и 16 атомов азота (обычно в виде нитрат-иона) требуется 108 молекул Oj. Благодаря своей большой растворимости в морской воде СО2 всегда находится в ней в избытке. Поэтому концентрация азота или фосфора оказывает лимитирующее влияние на скорость образования органического вещества в процессе фотосинтеза. [c.147]
Фосфористая кислота Н3РО3 и ее производные содержат атом фосфора в степени окисления +3. Существует в виде двух таутомерных форм [c.316]
Каждый атом хлора в РС1 имеет три неподеленные электронные пары, для простоты не показанные на рисунке.) В РС1 атом фосфора образует четыре связи при помощи набора sp -гибридных орбиталей, а в P I, -шесть связей при помопда sp d -гибридных орбиталей. Ионная форма соединения P I5 стабилизируется в твердом состоянии в результате того, что образование ионов способствует выигрышу в энергии кристаллической рещетки. 21.51. а) МОз(водн.) Ч- 4Н (водн.) -Ь -I- Зе NO(r.) -Ь 2НгО(ж.), = 0,96 В [c.479]
Если расположить молекулу, например РРСШг, таким образом, что атом фосфора будет находиться за условной плоскостью по отношению к атомам Вг, С1 и Р, то их расположение по часовой стрелке от старшего атома Бг к С1 и далее к Р определяет -конфигурацию, а расположение по старшинству в противоположную сторону — 5-конфигурацию, [c.217]
Фосфорные кислоты. Оксиду фосфора (V) отвечает несколько кислот. Важнейшая из них — это ортофосфорная кислота Н3РО4, называемая обычно просто фосфорной. Другие фосфорные кислоты пре ] ставляют собою полимерные соединения. В анионе всех фосфорных кислот атом фосфора, находящийся в [c.444]
В ТО же время атом фосфора, связанный с акцепторами электронов — галогенами, становится элекгронодёфицитным и может быть [c.109]
Поэтому атом фосфора в отличие от атома азота может образовать пять связей в состоянии ЗзЗр Зй. [c.74]
Будем считать, что происходящее при этом сокращение величины поверхности Д5,- пропорционально (1/3)Р — 1. Площадь поверхности, приходящейся на один атом фосфора, определим из молекулярного объема Р2О5 (о = 0,2И нм . Тогда Д5 =(Р —Р )]Уаш = ДР -Л лм, 3 ДЛЯ ОДНОЙ глобулы Д5 — = Д5 /шо. Это сокращение поверхности можно представить как уменьшение поверхности шарового слоя с высотой 1 = = (Р, 1—Р,) -Л лчисло Авогадро — диаметр глобулы продукта. [c.99]
Очевидно, что связевая изомерия наблюдается в тех случаях, когда оба варианта присоединения лиганда энергетически примерно равноценны. Это может привести и к различию в способах присоединения одинаковых лигандов в одной и той же структуре. Так, в оранжевом кристаллическом комплексе Рс1Ь(5СЫ)2, где Ь —эго ( 6H5)2P h3 h3 h3N Hз)2. роданид-ион, находящийся в граис-положении к атому фосфора, координирован через атом азота, а второй роданид-ион — через атом серы. [c.160]
На в 1ешнем электронном слое атом фосфора имеет пять электронов, и фосфор может проявлять валентность [c.378]
Окисление неметалла. Рассмотрим реакцию окисления фосфора азотной кислотой. В этом случае электронодонор — электронейтральный атом фосфора (восстановитель). Степень его окисления изменяется от нуля до +5 (в HgPOi) при этом он отдает 5 электронов. Электроноакцептор — азот азотной кислоты (HNO — окислитель). При применении разбавленной кислоты степень окисления азота +5 (в HNO3) уменьшается до -f 2 (в N0). [c.108]
Важно подчеркнуть, что выводы теории ОЭПВО о геометрическом строении молекул легко экстраполируются на более сложные молекулы и ионы, чем рассмотренные в табл. 10.3—10.5. В каждом случае необходимо выделить фрагмент, содержащий центральный атом, координирующий около себя другие атомы или их группировки, и установить число и тип окружающих данный атом электронных пар. Таким образом, нетрудно определить, например, структуру молекулы Ра. Каждый атом фосфора в ней имеет три соседа и, кроме того, сохраняет одну неподеленную электронную пару. Следовательно, должна реализоваться тетраэдрическая конфигурация осей электронных пар, отвечающая молекулярной структуре XXIV [c.403]
Физики сделали транзистор из одного атома: Наука и техника: Lenta.ru
Международная группа ученых создала транзистор, состоящий из одного атома фосфора, размещенного на кремниевой подложке. Статья ученых появилась в журнале Nature Nanotechnology.
Физики уже достаточно давно умеют манипулировать отдельными атомами. Например, с помощью сканирующего туннельного микроскопа еще в 1990 году физики из IBM выложили название компании атомами ксенона на никелевой подложке (соответствующая статья была опубликована в Nature). В рамках новой работы ученые также использовали сканирующий туннельный микроскоп вместе с литографией.
На первом этапе работы кремниевая поверхность подвергалась воздействию высокой концентрации фосфина PH3 при комнатной температуре. В силу своих химических особенностей и высокой концентрации фосфин покрывал поверхность особым образом — пара атомов водорода и атом фосфора прикреплялись к одному атому кремния, в то время как третий атом водорода из молекулы цеплялся за соседний с первоначальным атом кремния.
В работе говорится, что полученные таким образом димеры ориентировались тройками — в каждой тройке пары атомов кремния располагались строго друг над другом (если смотреть на поверхность сверху), причем пары водород-кремний и водород-водород-фосфор-кремний были расставлены в матрице в шахматном порядке. Нагрев полученной конструкции до 350 градусов Цельсия приводит к тому, что один из атомов кремния замещается на атом фосфора.
Этот процесс регистрировался сканирующим туннельным микроскопом, после чего нагрев прекращался. Отличительной особенностью новой технологии, по словам ученых, является высокая точность размещения атома фосфора — погрешность, по сути, равна размеру кремниевой решетки, то есть 3,8 ангстрем. Чтобы превратить атом в транзистор, аналогичным образом на некотором отдалении от него были вытравлены контакты.
Например, исток и сток располагались на расстояниях 9,2 и 9,6 нанометра от атома фосфора соответственно. Затвор был реализован парой контактов, перпендикулярных линии исток-сток и расположенных на расстоянии 54 нанометра от атома фосфора каждый. Работает такой транзистор только при очень низких (гелиевых) температурах. Сами ученые говорят, что он пока далек от практического применения — скорее, это практическая демонстрация возможностей миниатюризации.
Урок 16. фосфор. аллотропия фосфора. свойства фосфора. оксид фосфора(v). фосфорная кислота и её соли. фосфорные удобрения. — Химия — 9 класс
Конспект
Фосфор – элемент V группы главной подгруппы, 3 периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Заряд ядра азота + 15. Так как он находится во втором периоде, то у него содержится три энергетических уровня. На первом уровне 2 электрона, на втором 8, на третьем 5. Электронная формула 1s2, 2s2, 2p8, 3s2, 3p3. Как видно из электронно-графической схемы у атома фосфора до заполнения подуровня не хватает трех электронов, следовательно, он может их принимать, проявляя окислительные свойства. В таком случае фосфор будет проявлять степень окисления -3. Также фосфор может отдавать все электроны с внешнего уровня другому более электроотрицательному элементу. Тогда его степень окисления будет равна +5.
Также за счет наличия свободных орбиталей в возбужденном состоянии атом фосфора может распаривать свои электроны и тогда его максимальная валентность будет равна V.
Для фосфора характерно явление аллотропии. В природе фосфор встречается в виде двух аллотропных модификаций – белый фосфор и красный фосфор, которые резко различаются по физическим свойствам.
Как окислитель фосфор взаимодействует с металлами, образуя фосфиды. Например, при взаимодействии фосфора с кальцием образуется фосфид кальция. Атомы фосфора принимают три электрона от атомов кальция, переходя в степень окисления -3. С водородом фосфор практически не реагирует
Восстановительные свойства фосфор проявляет, главным образом, при взаимодействии с кислородом.
Оксид фосфора (V) – белый порошок, гигроскопичный, относится к кислотным оксидам.
Гигроскопичные свойства оксида фосфора (V) позволяют использовать его для осушки газов.
Фосфорная кислота –H3PO4– твердое, бесцветное вещество, хорошо растворимо в воде. В отличие от азотной кислоты, фосфорная не проявляет окислительных свойств.
Качественной реакцией на фосфат-ионы является реакция с ионами серебра. При этом признаком реакции является выпадение желтого осадка.
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Время, необходимое для атаки воды на атом фосфора простых фосфодиэфиров и ДНК
Абстрактные
Фосфодиэфирные связи, включая те, которые присоединяются к нуклеотидам ДНК, обладают высокой устойчивостью к спонтанному гидролизу. Скорость атаки воды на атом фосфора фосфодиэфиров известна только как верхний предел, основанный на гидролизе диметилфосфат-аниона. Было обнаружено, что эта реакция протекает по меньшей мере на 99% за счет C – O-расщепления со скоростью, предполагающей верхний предел 10 −15 s −1 для P – O-расщепления фосфодиэфирных анионов при 25 ° C.Чтобы оценить увеличение скорости, производимое P – O-расщепляющими фосфодиэстеразами, такими как стафилококковая нуклеаза, мы решили установить фактическое значение константы скорости P – O-расщепления простого фосфодиэфирного аниона. В динеопентилфосфате расщепление C – O стерически исключено, так что гидролиз происходит только за счет расщепления P – O. Измерения при повышенных температурах показывают, что анион динеопентилфосфата подвергается гидролизу в воде с t 1/2 30 000 000 лет при 25 ° C, что указывает на устойчивость межнуклеотидных связей ДНК к воздействию воды на фосфор.Эти результаты предполагают, что стафилококковая нуклеаза ( k cat = 95 с −1 ) увеличивает скорость гидролиза фосфодиэфиров в ≈10 17 раз. Сообщалось, что в щелочном растворе тимидилил-3′-5′-тимидин (TpT) разлагается в 10 5 раз быстрее, чем динеопентилфосфат. Однако мы обнаружили, что TpT и тимидин разлагаются с одинаковой скоростью и с аналогичными параметрами активации до аналогичного набора продуктов при pH 7 и в 1 М КОН.Мы предполагаем, что разложение TpT инициируется расщеплением тимидина, а не гидролизом фосфодиэфира.
Диэфиры фосфорной кислоты, как правило, крайне инертны в воде (1–3), поэтому фосфодиэфирные связи, соединяющие нуклеотиды ДНК, обладают высокой устойчивостью к спонтанному гидролизу. Путем экстраполяции более ранних модельных экспериментов при повышенных температурах было обнаружено, что некаталитический гидролиз диметилфосфата в нейтральном растворе протекает с расчетной константой скорости ≈2 × 10 −13 с −1 при 25 ° C, что соответствует полупериод 140 000 лет.Было обнаружено, что эта реакция протекает по меньшей мере на 99% за счет C – O-расщепления, что позволяет предположить верхний предел ≈1 × 10 −15 с −1 при 25 ° C на константу скорости спонтанного P − O-расщепления соединения. анион фосфодиэфира, реакция, катализируемая многими фосфодиэстеразами (4).
Недавно сообщалось о константе скорости 6 × 10 −7 с −1 для разложения тимидилил-3′-5′-тимидина (TpT) при 80 ° C в 1 M КОН (5 ). Экстраполяция результатов, полученных ранее для гидролиза диметилфосфата в нейтральном растворе (4), до 80 ° C, укажет на скорость ≈10 5 раз меньшую.Это несоответствие может указывать на главную роль катализа гидроксидом, но гидролиз другого диалкилфосфодиэфира, бис-3- (4-карбоксифенил) неопентилфосфата (Np 2 * P), в котором γ-разветвление выходящего спирта предотвращает Расщепление C – O (рис. 1) также протекает в ≈10 5 раз медленнее в 1 М КОН (6).
Рисунок 1.Фосфодиэфиры, используемые в настоящей работе, в которых водная атака стерически ограничена атомом фосфора.Модели, заполняющие пространство, указывают предпочтительное место атаки нуклеофильной воды на диметил и Np 2 P, соответственно.
В попытке устранить это несоответствие и оценить приблизительное увеличение скорости, производимое фосфодиэстеразами, такими как стафилококковая нуклеаза (7), мы попытались установить значение константы скорости расщепления P – O простого фосфодиэфирного аниона. В настоящей работе мы определили скорость спонтанного гидролиза динеопентилфосфата (Np 2 P), при котором происходит расщепление P – O, но расщепление C – O предотвращается стерическими эффектами (рис.1) и не может происходить путем исключения. Мы также измерили реакционную способность аналога метилтриэфира и повторно исследовали разложение TpT в 1 М КОН при 80 ° C.
Результаты
Константы скорости были получены для гидролиза Np 2 P (0,01 M) при 250 ° C в анионообразующих буферах (0,1 M формиат калия, ацетат, фосфат, борат и карбонат), pH которых был определен при 25 ° C и также в растворах, содержащих HCl (0,1–1,0 М) и КОН (0,1–1.0 М). Для Np 2 P расщепление C – O путем нуклеофильного замещения стерически исключено и не может происходить путем элиминирования. Следовательно, происходит только расщепление P – O, что было продемонстрировано масс-спектрометрическим анализом продуктов гидролиза в H 2 18 O. Очень похожие константы скорости были получены для гидролиза в диапазоне от pH 6,5 до 13 (рис. 2). На рис. 3 показан график Аррениуса типичных результатов, полученных в 0,1 М калий-фосфатном буфере (pH 6,8). Экстраполяция этих результатов показывает, что при 25 ° C кажущаяся константа скорости первого порядка составляет 7 × 10 −16 с −1 для гидролиза аниона Np 2 P.Более полный график Аррениуса, основанный на 68 точках данных, собранных в диапазоне pH от 6,5 до 13, показывает, что Δ H ‡ = 29,5 ± 0,7 ккал / моль для этой реакции, а T Δ S ‡ = -8,5 ± 1,0 ккал / моль. Данные по гидролизу Np 2 * P при 250 ° C хорошо согласуются с этими данными (рис. 2).
Инжир.2.Влияние pH буфера, измеренного при 25 ° C, на константы скорости (с -1 ) гидролиза Np 2 P (квадраты) и Np 2 * P (кружки) при 250 ° C.
Рис 3.Влияние температуры на константы скорости (с -1 ) гидролиза Np 2 P в 0.1 М калий-фосфатный буфер (pH 6,8).
В сильнощелочном растворе катализ гидроксид-ионом проявляется при концентрациях КОН> 0,1 М. Результаты графика Аррениуса констант скорости, полученных в 1 М КОН, экстраполировались, давая k 25 = 1,4 × 10 −15 с −1 для этой реакции с Δ H ‡ = 29,5 ккал / моль и T Δ S ‡ = −8.0 ккал / моль, что очень похоже на те, которые наблюдаются для реакции с водой (данные не показаны). Эта скорость близко сопоставима со скоростью гидролиза Np 2 * P в 1 М КОН, в котором уходящий спирт аналогичным образом предотвращает расщепление C – O, но, как ожидается, расщепление P – O будет беспрепятственным (6). Скорость гидролиза Np 2 P также увеличивалась при значениях pH <6 (рис. 2), что согласуется с воздействием воды на незаряженный Np 2 P. Ограничения растворимости не позволили определить константы скорости гидролиза Np 2 P при низких значениях. Значения pH, при которых сложный эфир в основном протонирован, за исключением высоких температур около 250 ° C.По этой причине термодинамика активации не может быть определена для реакции нейтральных частиц.
Чтобы оценить разницу в реакционной способности между нейтральным и анионным диэфирами, мы измерили скорость гидролиза триэфирного метилового Np 2 * P при 25 ° C в 1 M NaOH, используя метильную группу в качестве суррогата протонирования фосфат. Продукты фосфатного сложного диэфира представляли собой метил Np * P и Np 2 * P в соотношении 1: 4. Разделение наблюдаемой константы скорости (5 × 10 −6 с −1 ) между Np * и вытеснением метанола дает константу скорости 1 × 10 −6 с −1 для вытеснения Np *.Потеря метанола из Np 2 * P в принципе может происходить за счет разрыва связи C – O или P – O; это различие не исследовалось.
Как отмечалось ранее, для TpT сообщалось об удивительно высокой скорости межнуклеотидного гидролиза ( k = 6 × 10 −7 s −1 ) (5). В 1 M KOH при 80 ° C было обнаружено, что TpT разлагается на ≈5 порядков быстрее, чем можно было бы ожидать из настоящих результатов для Np 2 P, а также более ранних результатов для Np 2 * P (6 ).Чтобы исследовать источник этого несоответствия, мы исследовали реакцию TpT в 1 М КОН при 80 ° C, а также в калий-фосфатном буфере (0,1 М, pH 6,8).
Нам удалось воспроизвести результаты исследования Takeda et al. (5), наблюдая разложение TpT при 80 ° C в 1 М КОН. Мы также наблюдали разложение, протекающее с такой же скоростью, в калий-фосфатном буфере (0,1 М, pH 6,8) при 80 ° C. Однако мы обнаружили, что в обоих наборах условий сам тимидин нестабилен, и что и тимидин, и TpT разлагаются с сопоставимой скоростью таким образом, что неясна скорость расщепления (если таковая имеется) фосфодиэфирной связи TpT.Более того, при pH 14 и тимидин, и TpT разлагаются при 80 ° C с аналогичными константами скорости псевдопервого порядка и параметрами активации примерно до одного и того же набора продуктов, как показывает анализ протонного ЯМР (см. Рис. публикуется в качестве вспомогательной информации на веб-сайте PNAS). УФ-анализ показал, что раскрытие пиримидинового цикла происходит с той же константой скорости.
При pH 6,8 (0,1 М калий-фосфатный буфер) тимидин и TpT разлагались с константами скорости и параметрами активации, которые были идентичны в пределах экспериментальной ошибки.Однако при pH 6,8 разложение приводит к набору продуктов, отличных от тех, которые наблюдаются в 1 М КОН. В этих условиях протонный ЯМР и УФ-спектроскопический анализ показали, что оба субстрата количественно превращаются в тимин без значительной деградации пиримидинового кольца. Гидролиз тимидина до тимина, как показал УФ-анализ, ранее наблюдался в нейтральном и кислотном растворах (8).
Обсуждение
Таблица 1 суммирует константы скорости, энтальпии и энтропии активации гидролиза сложного диэфира, наблюдаемые в этом исследовании и более ранних работах.Сходство экстраполированного значения k 25 = 7 × 10 −16 с −1 для Np 2 P и приблизительный верхний предел константы скорости P – O-расщепления диметилфосфата (≈1 × 10 −15 с −1 при 25 ° C), на что указывают более ранние эксперименты с диметилфосфатом (1), предполагает, что расщепление P – O не затруднено стерически в Np 2 P. Кажется разумным сделать вывод, что экстраполированная константа скорости k 25 = 7 × 10 −16 с −1 , что эквивалентно периоду полураспада 31000000 лет при 25 ° C, можно считать типичным явным воздействием воды на атом фосфора простых диалкилфосфат-анионов.Поскольку параметры активации для реакций, катализируемых гидроксидом, и спонтанных реакций очень похожи, форма профиля скорости pH при высоком pH не изменится при более низкой температуре. Атака гидроксида на анион сложного диэфира, по-видимому, вносит значительный вклад в гидролиз только при очень высоком pH.
Таблица 1.Кинетика гидролиза сложного фосфатного эфира
Что касается реального механизма гидролиза Np 2 P, интересно, что константа скорости гидролиза Np 2 P, экстраполированная на 100 ° C из настоящих результатов, на 3 порядка больше, чем можно ожидать экстраполяцией на p K а 15.5 графика Бренстеда, основанного на скоростях гидролиза анионов диарилфосфатных эфиров спиртов с p K a значения в диапазоне от 4 до 8,5 (3). В противоположность нашим наблюдениям (рис. 2), эти данные также показывают, что гидролиз, катализируемый гидроксидом, преобладает над спонтанной реакцией, поскольку уходящие группы становятся беднее. Возможно, что диалкиловый сложный диэфир гидролизуется не за счет воздействия воды на моноанион, а за счет кинетически эквивалентного механизма воздействия гидроксида на нейтральный сложный диэфир (рис.4). Мы можем оценить скорость последней реакции, предположив, что метилтриэфир Np 2 * P является разумной моделью для нейтрального сложного диэфира; при 25 ° C скорость реакции Np 2 * P с гидроксид-ионом составляет 1 × 10 −6 M −1 · с −1 . Учитывая неблагоприятное равновесие ( K = K Вт / К a ≈ 3 × 10 −13 ; Рис. 4), участвующего в переносе протона от воды к аниону сложного диэфира, прогнозируемая скорость реакции по этому механизму составляет ≈3 · 10 −19 с −1 .Эти сравнения и связанные с ними ошибки не позволяют провести четкое различие между двумя механизмами, используя наши данные, хотя недавние расчеты (13) дают очень хорошее согласие с механизмом, подобным триэфирному. Сравнивая скорость реакции метилтриэфира и соответствующего диэфира с гидроксидом, мы отмечаем, что эффект нейтрализации фосфорильной группы заключается в ускорении этой реакции в ≈10 9 раз. Этот эффект существенно превосходит эффект (≈10 6 раз) аналогичного изменения в моделях РНК, которые подвергаются переэтерификации с внутримолекулярным нуклеофилом (14).Интересно, что, как и диарилдиэфиры, и в отличие от наблюдений, представленных здесь, в расщеплении РНК доминирует катализируемая основаниями реакция от pH 5 с минимальным вкладом любой pH-независимой реакции (15).
Рис. 4.Равновесие между альтернативными реагентами при явно некатализируемом гидролизе аниона Np 2 P.
Представляет интерес рассмотреть эти наблюдения в отношении времени жизни основы ДНК. Поскольку расщепление C – O эффективно конкурирует с расщеплением P – O (таблица 1), кажется разумным предположить, что преобладающий способ гидролиза фосфодиэфира ДНК может включать расщепление C – O под действием воды (или гидроксида) на относительно беспрепятственном участке 5 ‘ -атом углерода нуклеозида, к которому присоединена фосфорильная группа. Однако возможность подтвердить это предположение экспериментально омрачена вероятностью того, что другие способы разложения происходят гораздо быстрее, чем гидролиз сложного эфира, как обсуждается ниже.
Об удивительно высокой скорости межнуклеотидного гидролиза ( k = 6 × 10 −7 s −1 ) сообщалось для TpT при 80 ° C (5). При pH 14 и 80 ° C было обнаружено, что TpT разлагается на ≈5 порядков быстрее, чем можно было бы ожидать, исходя из поведения Np 2 * P (6) или настоящих результатов для Np 2 P. Мы обнаружили однако, как в нейтральных, так и в основных условиях, тимидин сам по себе нестабилен, и что и тимидин, и TpT разлагаются с одинаковой скоростью таким образом, чтобы скрыть любое расщепление фосфодиэфирной связи TpT.В 1 M KOH и тимидин, и TpT разлагаются при 80 ° C с примерно одинаковыми константами скорости псевдопервого порядка и параметрами активации до аналогичного набора продуктов, как показывает анализ протонного ЯМР (см., Которые опубликованы как подтверждающие информация на веб-сайте PNAS). УФ-анализ показывает, что раскрытие пиримидинового цикла происходит с той же константой скорости. Поскольку и тимидин, и TpT разлагаются с одинаковой скоростью в 1 M KOH при 80 ° C, тогда как Np 2 P и Np 2 * P гидролизуются на 5 порядков медленнее, мы заключаем, что раскрытие кольца в основании открывает пути для дальнейшего разложения (например,g., путем исключения), которые не были доступны до раскрытия кольца и недоступны для простого фосфодиэфира. Таким образом, в спонтанном расщеплении ДНК, скорее всего, будут доминировать пути, которые происходят через образование базовых сайтов, а не за счет разрыва связи P – O, как катализируется многими фосфодиэстеразами. Из этих результатов очевидно, что расщепление ДНК может быть инициировано множеством способов, что указывает на необходимость осторожности при объяснении разложения (например, с помощью новых искусственных катализаторов) длинных цепей ДНК какому-либо конкретному механизму.
Если константа скорости некаталитического гидролиза аниона Np 2 P — , экстраполированная на 25 ° C (7 × 10 −16 с −1 ), сравнить с k cat для стафилококковой нуклеазы при 25 ° C (95 с -1 ) (7), обнаружено, что усиление скорости, продуцируемое стафилококковой нуклеазой, составляет 1,4 × 10 17 -кратное, что соответствует снижению на 23,2 ккал / моль. в Δ G ‡ .Это значение сравнимо по величине с увеличением скорости оротидин-5′-монофосфатдекарбоксилазы (1,4 × 10 17 -кратное) (16) и β-амилазы (7 × 10 17 -кратное) (17) и составляет в настоящее время превосходит только значения, которые были зарегистрированы для фруктозо-1,6-бисфосфатазы (1,1 × 10 21 раз) (10) и аргинин декарбоксилазы (7 × 10 19 раз) (18).
Сравнение Δ H ‡ = 27,8 для атаки воды на анион Np 2 P — (таблица 1) с Δ H ‡ = 10.8 для реакции фермент-субстратного комплекса стафилококковой нуклеазы показывает, что большая часть снижения на 23,2 ккал / моль Δ G ‡ стафилококковой нуклеазой объясняется снижением теплоты активации гидролиза фосфодиэфиров. Эту тенденцию, также наблюдаемую в других медленных реакциях, упомянутых в предыдущем абзаце, можно понять с учетом того факта, что большая часть очень высокого активационного барьера для образования продукта в этих реакциях является энтальпийной, а не энтропийной (19).Значительного снижения энтальпии активации можно ожидать для реакции, в которой полярные силы притяжения, особенно ионные Н-связи (20, 21), действуют между ферментом и измененным субстратом, стабилизируя переходное состояние. В частном случае стафилококковой нуклеазы (7) было показано, что ионизированные функциональные группы выстилают полость активного центра (22).
Материалы и методы
Диметилфосфат был синтезирован щелочным гидролизом триметилфосфата, а Np 2 P синтезирован щелочным гидролизом 4-нитрофенилдинеопентилфосфата.Метилдиалкилтриэфиры были синтезированы из метилдихлорфосфата и соответствующего спирта. TpT был приобретен у Sigma-Aldrich. Гидролиз фосфодиэфиров метанола и неопентанола (0,01 М) проводили в HCl (1–0,1 М), в 0,1 М буферах, содержащих формиат, ацетат, фосфат, борат или карбонат калия, и в КОН (0,1–1 М). Эти буферы были выбраны потому, что теплота ионизации сопряженных кислот, как и эфиров фосфорной кислоты, составляет <4 ккал / моль (23), и их значения pH, соответственно, нечувствительны к изменению температуры.[Теплота ионизации 0,1 М буферов бората калия, которую мы определили путем измерения изменения pH буфера (8,45 при 25 ° C) в диапазоне температур от 20 ° до 70 ° C со стеклянным электродом, составила 2,4 ккал / моль. .] Реакционные смеси вводили в бомбы из нержавеющей стали, футерованные политетрафторэтиленом (модель № 276AC, Parr Instruments, Moline, IL), которые помещали в конвекционные печи (модель № 47900, Barnstead / Thermolyne, Dubuque, IA) и выдерживали в постоянные температуры в диапазоне от 150 ° до 260 ° C (изменение температуры ± 1.5 ° C) в течение различных периодов времени. Прошло примерно 120 минут, прежде чем содержимое реакционных сосудов, облицованных политетрафторэтиленом, прибыло в пределах 2 ° C от целевой температуры, как было определено с помощью бомбы и футеровки, которые были просверлены для размещения термометра, вставленного через верх печи. Чтобы свести к минимуму ошибки, возникающие из-за этого временного запаздывания, все реакции проводились в течение как минимум 16 часов, и 2 часа вычитались из общего затраченного времени при вычислении констант скорости. За ходом реакции следили за исчезновением исходного материала с помощью протонного ЯМР.Интегральные интенсивности резонансов реагентов и продуктов сравнивали с интенсивностями пиразина, известная концентрация которого была добавлена непосредственно перед анализом в качестве интегрального стандарта. Каждая из этих реакций давала спирт и неорганический фосфат без значительного накопления моноэфира. В отличие от Np 2 P, диметилфосфат подвергается гидролизу в 1 М КОН намного быстрее, чем метилфосфат, за исключением очень высоких температур (сравните первые две записи в таблице 1).Как практическое следствие настоящих наблюдений, триметил или диметилфосфат можно полностью превратить в моноэфир в течение ночи в 1 М КОН при 150–170 ° C без каких-либо следов загрязнения диметилфосфатом или неорганическим фосфатом. Реакции Np 2 * P и метила Np 2 * P измеряли путем отслеживания изменений концентрации исходного сложного диэфира и спиртов-продуктов относительно внутреннего стандарта 4-метилбензойной кислоты с помощью анализа ВЭЖХ.
Для реакций Np 2 * P при 250 ° C реакционные смеси были разделены между несколькими небольшими бомбами из нержавеющей стали, футерованными политетрафторэтиленом, которые были полностью погружены в ванну с интенсивной циркуляцией, содержащую силиконовое масло.Температуру постоянно контролировали с помощью электронного контактного термометра, и отдельные образцы отбирали через различные интервалы времени. При использовании циркуляционной масляной бани тепловое уравновешивание достигалось за ≈15 мин.
Благодарности
Эта работа была поддержана грантом GM-18325 Национальных институтов здравоохранения и Советом по исследованиям в области инженерных и физических наук (P.W.) и Советом по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук (C.Л.).
Сноски
- ¶ Кому может быть адресована корреспонденция. Эл. адрес: n.h.williams {at} sheffield.ac.uk или вода {at} med.unc.edu
Вклад авторов: исследования, разработанные G.K.S., N.H.W. и R.W.; G.K.S., C.L., P.W., N.H.W. и R.W. проводили исследования; G.K.S., N.H.W. и R.W. проанализировали данные; и G.K.S., N.H.W. и R.W. написали статью.
Заявление о конфликте интересов: о конфликте интересов не сообщалось.
- Сокращения:
- TpT,
- тимидилил-3′-5′-тимидин;
- Np2P,
- динеопентилфосфат;
- Np2 * P,
- бис-3- (4-карбоксифенил) неопентилфосфат.
- © 2006 Национальная академия наук США
Свойства фосфора | Введение в химию
Цель обучения
- Просмотрите свойства фосфора.
Ключевые точки
- Фосфор — это химический элемент с символом P и атомным номером 15. Поливалентный неметалл группы азота, фосфор как минерал почти всегда присутствует в своем максимально окисленном состоянии в виде неорганического фосфата.
- Фосфор необходим для жизни. Как часть фосфатной группы, он является компонентом ДНК, РНК, АТФ (аденозинтрифосфата) и фосфолипидов, которые образуют все клеточные мембраны.
- Фосфор существует в нескольких формах (аллотропах), которые проявляют совершенно разные свойства.Два самых распространенных аллотропа — это белый фосфор и красный фосфор.
Условия
- аллотроп — любая форма чистого элемента, молекулярная структура которой существенно отличается от другой формы того же элемента.
- фосфат Любая соль или сложный эфир фосфорной кислоты
- аденозинтрифосфат Нуклеотид, который встречается в биологических организмах и используется в качестве источника энергии в клеточных реакциях и процессах.
Фосфор — химический элемент с символом P и атомным номером 15.Поливалентный неметалл группы азота, фосфор как минерал почти всегда присутствует в своем максимально окисленном состоянии в виде неорганических фосфатных пород. Элементный фосфор существует в двух основных формах — белый фосфор и красный фосфор — но из-за его высокой реакционной способности фосфор никогда не встречается на Земле как свободный элемент.
Хотя термин «фосфоресценция» происходит от способности белого фосфора слабо светиться при воздействии кислорода, современное химическое понимание состоит в том, что это явление на самом деле является хемилюминесценцией, механизмом излучения света, отличным от фосфоресценции.
Важность фосфора
Фосфор необходим для жизни. Как доказательство связи между фосфором и земной жизнью, элементарный фосфор исторически был впервые выделен из мочи человека, а костная зола была важным ранним источником фосфата. Как фосфат, он является компонентом ДНК, РНК, АТФ (аденозинтрифосфата) и фосфолипидов, которые образуют все клеточные мембраны. Низкие уровни фосфатов являются важным ограничением роста в некоторых водных системах, и основное коммерческое использование соединений фосфора для производства удобрений связано с необходимостью восполнения фосфора, который растения удаляют из почвы.
Фосфор существует в нескольких формах (аллотропах), которые проявляют совершенно разные свойства.
- Двумя наиболее распространенными аллотропами являются белый фосфор и красный фосфор.
- Другая форма, алый фосфор, получается при испарении раствора белого фосфора в сероуглероде на солнце.
- Черный фосфор получают путем нагревания белого фосфора под высоким давлением (около 12 000 стандартных атмосфер, или 1,2 гигапаскалей). По внешнему виду, свойствам и структуре черный фосфор напоминает графит — он черный и чешуйчатый, является проводником электричества и имеет сморщенные слои связанных атомов.
- Другой аллотроп — дифосфор; он содержит димер фосфора как структурную единицу и обладает высокой реакционной способностью.
Белый фосфор и родственные молекулярные формы
Схема белого фосфора Самая важная элементарная форма фосфора — белый фосфор, P 4 , который демонстрирует показанную связь.Наиболее важной элементарной формой фосфора с точки зрения применения является белый фосфор. Он состоит из тетраэдрических молекул P 4 , в которых каждый атом связан с тремя другими атомами одинарной связью.Этот тетраэдр P 4 также присутствует в жидком и газообразном фосфоре до температуры 800 ° C, после чего он начинает разлагаться на молекулы P 2 . Твердый белый фосфор существует в двух формах; при низких температурах стабильна β-форма, а при высоких температурах преобладает α-форма. Эти формы различаются относительной ориентацией составляющих тетраэдров P 4 .
Белый фосфор Белый фосфор необходимо хранить в инертной среде вдали от кислорода, например, в минеральном масле, как показано здесь.Белый фосфор — наименее стабильный, наиболее реактивный, наиболее летучий, наименее плотный и наиболее токсичный из аллотропов. Он постепенно превращается в красный фосфор, причем преобразование ускоряется светом и теплом. Образцы белого фосфора почти всегда содержат немного красного фосфора и поэтому кажутся желтыми. По этой причине его еще называют желтым фосфором. Он светится в темноте (при контакте с кислородом) с очень слабым оттенком зеленого и синего, и он легко воспламеняется и пирофорен (самовоспламеняется) при контакте с воздухом.Он также токсичен, вызывая серьезное повреждение печени при приеме внутрь. Белый фосфор из-за его пирофорности используется в качестве добавки к напалму. Запах горения этой формы имеет характерный чесночный запах, и образцы обычно покрыты белым «(ди) пятиокиси фосфора», который состоит из тетраэдров P 4 O 10 с кислородом, вставленным между атомами фосфора и на их уровне. вершины. Белый фосфор нерастворим в воде, но растворим в сероуглероде.
Красный фосфор
Красный фосфор имеет полимерную структуру.Его можно рассматривать как производное от P 4 — одна из связей P-P разорвана, и одна дополнительная связь образуется между соседними тетраэдрами, в результате чего получается цепочечная структура. Красный фосфор можно получить, нагревая белый фосфор до 250 ° C (482 ° F) или подвергая его воздействию солнечного света. Фосфор после такой обработки аморфен. При дальнейшем нагревании этот материал кристаллизуется. В этом смысле красный фосфор — это не аллотроп, а скорее промежуточная фаза между белым и фиолетовым фосфором, и большинство его свойств имеют диапазон значений.Например, свежеприготовленный ярко-красный фосфор обладает высокой реакционной способностью и воспламеняется при температуре около 300 ° C, хотя он все еще более стабилен, чем белый фосфор, который воспламеняется при температуре около 30 ° C. После длительного нагревания или хранения цвет темнеет; Полученный продукт более стабилен и самопроизвольно не воспламеняется на воздухе.
Кристаллическая структура красного фосфора Красный фосфор похож на P4, но является полимерным: одна из связей P-P разорвана и теперь присоединена к следующему элементу P 4 .Производство фосфора
Ежегодно производится около 1 000 000 коротких тонн (910 000 т) элементарного фосфора. Фосфат кальция (фосфатная руда), добываемый в основном во Флориде и Северной Африке, может быть нагрет до 1200-1500 ° C с помощью песка, который в основном состоит из SiO 2 , и кокса (нечистый углерод) для получения испаренного P 4 . Затем продукт конденсируется под водой в белый порошок для предотвращения окисления воздухом.
Показать источникиBoundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета.Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:
Amazon.com: Молекулярные модели Фиолетовый пластиковый центр моновалентного атома фосфора, диаметр 17 мм (пакет из 1000): игрушки и игры
Цена:
| Цена: | 15 долларов.23 $ 15,23 (0,02 доллара США 0,02 доллара США / Атомы) +32,28 $ перевозки |
- Убедитесь, что это подходит введя номер вашей модели.
- Центры атомов фосфора для дальнейшей персонализации вашего набора или набора молекулярных моделей
- Используйте с вашим набором, чтобы продемонстрировать ковалентную связь с другими центрами атомов
- Все центры атомов блестяще отделаны в соответствии с международно признанными цветами.
- Изготовлен из прочного глянцевого пластика.
- Центр атома 17 мм в диаметре
Характеристики
| Фирменное наименование | Компания Molecular Models |
|---|---|
| Вес изделия | 4.52 фунта |
| Материал | пластик |
| Номер модели | 10-CS105-1000 |
| Кол-во позиций | 1000 |
| Номер детали | 10-CS105-1000 |
| Код UNSPSC | 60101700 |
CPK модели атома, атом фосфора, тетраэдр
Ковалентный радиус 0.96Å, валентный угол 109 ° 30 ’. Цвет: бледно-желтый.
Сборка или разборка атомных моделей CPK — это просто
Сборка
Соединительное звено помещается в углубление на конце рукоятки строительного инструмента 67-7120. Затем соединительное звено вдавливается в гнездо атома. Второй атом просто прижимается к первому с небольшим поворотом, и создается связь.
Разборка
Для снятия соединительного звена раздвоенный конец строительного инструмента 67-7120 надевается на центральную канавку звена, и инструмент поднимается вверх.
Атомы держатся вместе с большим упорством. Для их разделения требуется усилие от 5 до 7 кг. Эту силу легко обеспечивает подъемное лезвие строительного инструмента 67-7120.
Заметное превосходство атомных моделей CPK® в значительной степени проистекает из соединительных звеньев доктора Колтуна. Его анализ инженерных проблем привел его к объединению новых пластиковых материалов с инновационными конструкциями звеньев, которые одновременно удовлетворяют четырем критическим требованиям.
Поскольку известно, что расстояния между связями и углы для определенных атомов различаются даже в аналогичных структурах, в дополнение к стандартной связи предусмотрены две специальные связи для увеличения или уменьшения нормального расстояния связи на +0.08Å или -0,05Å.
Также доступна специальная «склеивающая» ссылка для постоянного соединения атомов на стандартных расстояниях связи.
Различные типы ссылок имеют цветовую кодировку для облегчения идентификации.
Масштаб
1,25 см / Å. Достаточно большой, чтобы поддерживать высокую точность, но достаточно маленький, чтобы макромолекулы не были громоздкими. Например, модель 20 x 40 x 100 Å может быть построена на столешнице.
Точность
Углы соединения ± 0 ° 30 ’; Ковалентные радиусы ± 0.01Å; радиусы Ван-дер-Ваальса ± 0,03 Å. Это так, как они встречаются в большинстве биомолекулярных структур, и эти данные в целом согласуются с данными, опубликованными Corey & Pauling. Однако были внесены некоторые изменения, отражающие недавние наблюдения.
Плотность
Менее 1,0 грамм / мл для молекулы в целом. Для максимальной прочности при минимальном весе атомы полые. За исключением водорода, они изготавливаются методом литья под давлением из жесткого и прочного модифицированного акрилового полиэстера Implex.Водород имеет упруго сжимаемую полиэтиленовую оболочку.
Цвет
Атомы и соединители легко идентифицировать, поскольку каждый компонент имеет цветовую кодировку. Цвет нельзя стереть, так как он является неотъемлемой частью пластика. Кроме того, поверхности атомов сатинированы, поэтому их можно легко осветить для получения ярких фотографий и иллюстраций журнальных статей.
Ограниченное вращение
Вращение определенных атомов можно предотвратить с помощью специального звена с ключом, см. 67-7039 Соединительное звено, блокировка.Вращение тетраэдрических атомов углерода в связях C-C может быть затруднено специальной углеродной связью для создания трехкратного вращательного потенциала, характерного для таких связей, см. 67-7047 Соединительное звено, Углерод.
Водородная связь
Линейные и нелинейные соединения водорода обеспечивают функциональные водородные связи с соответствующими разновидностями азота и кислорода. Расстояние H-скрепления регулируется.
Особые виды атомов
Пользователь может создать дополнительные виды атомов, не предлагаемые в качестве обычных атомных моделей CPK, и использовать их с обычными атомными моделями CPK, подключив сокет 67-7088.Этот Socket принимает все семь предлагаемых соединительных звеньев.
уменьшился до масштаба одиночного атома фосфора
НаблюденияПереход от хрупких и громоздких электронных ламп к твердотельным транзисторам проложил путь в век информации. А постоянное уменьшение размеров транзисторов сделало устройства информационной эпохи повсеместными благодаря процессорам, которые с каждым годом становятся меньше, дешевле и быстрее.Теперь группа физиков продемонстрировала, насколько далеко может зайти это сокращение, уменьшив размер транзисторов до атомных размеров.
В отчете, опубликованном в Интернете 19 февраля в журнале « Nature Nanotechnology», исследователя из Австралии, США и Южной Кореи объявили, что они построили рабочий транзистор на основе единственного атома фосфора. ( Scientific American является частью Nature Publishing Group.)
Транзисторы являются ключевыми компонентами процессора, потому что они управляют потоком электронных сигналов через устройство; их можно использовать в качестве переключателей или для усиления этих сигналов.В новой демонстрации исследователи использовали атом фосфора, внедренный в кристалл кремния, в качестве транзистора, опосредующего поток электрического заряда между двумя электродами, каждый из которых находился примерно в 10 нанометрах от атома фосфора. Второй набор электродов, расположенных примерно на 50 нанометров по обе стороны от атома фосфора, устанавливает состояние транзистора. Напряжение между этими более удаленными электродами определяло, какой ток мог пройти атомный транзистор.
Другая группа в 2002 году сообщила об использовании отдельных атомов кобальта в качестве транзисторов, но эти атомы содержались в более крупных, специально разработанных молекулах.Новый подход позволяет создать транзистор меньшего размера, поместив одиночный атом фосфора на кремниевую пластину с использованием методов литографии в атомном масштабе. «Это первый раз, когда кто-либо продемонстрировал контроль над отдельным атомом в подложке с таким уровнем точности», — говорится в подготовленном заявлении Мишель Симмонс, физика из Университета Нового Южного Уэльса и соавтора исследования.
Выраженные взгляды принадлежат авторам и не обязательно являются точкой зрения Scientific American.
ОБ АВТОРЕ (-И)
Джон Матсон — бывший репортер и редактор журнала Scientific American , который много писал об астрономии и физике.Следуйте за Джоном Мэтсоном в Twitter
Последние статьи Джона Мэтсона
Прочтите следующее
Информационный бюллетень
Станьте умнее. Подпишитесь на нашу новостную е-мэйл рассылку.
Подробнее
Назад
Гепатит С убивает больше американцев, чем ВИЧ
- Кэтрин Хармон, 20 февраля 2012 г. Кэтрин Хармон 21 февраля 2012 г.
- 1
Поддержка научной журналистики
Откройте для себя науку, меняющую мир.Изучите наш цифровой архив 1845 года, в который входят статьи более 150 лауреатов Нобелевской премии.
Подпишитесь сейчас!Элемент фосфор — атом фосфора
Фосфор — химический элемент в
периодическая таблица, которая имеет символ P и
атомный номер 15. Поливалентный неметалл азота.
группа, фосфор обычно содержится в неорганическом фосфате
горных пород и во всех живых клетках, но никогда не встречается в природе
в одиночестве.Он очень реактивный, при соединении излучает слабое свечение.
кислородом (отсюда и его название, латинское «утренняя звезда», от
Греческие слова, означающие «свет» и «приносить»), встречается в нескольких
форм и является важным элементом для живых организмов.
Самое важное использование фосфора — это производство
удобрений. Он также широко используется во взрывчатых веществах, трении.
спички, фейерверк, пестициды, зубная паста и моющие средства.
| Общие | |
|---|---|
| Имя, символ, номер | фосфор, P, 15 |
| Химическая серия | Неметаллы |
| Группа, Период, Блок | 15 (ВА), 3, стр. |
| Плотность, твердость | 1823 кг / м 3 , __ |
| Внешний вид | бесцветный / красный / серебристо-белый |
| Атомный недвижимость | |
| Атомный вес | 30.973761 а.е.м. |
| Атомный радиус (расч.) | 100 часов (98 часов) |
| Ковалентный радиус | 106 вечера |
| радиус Ван-дер-Ваальса | 180 вечера |
| Электронная конфигурация | [Ne] 3s 2 3p 3 |
| e — на уровень энергии | 2, 8, 5 |
| Степени окисления (оксид) | 3, 5 , 4 (слабокислый) |
| Кристаллическая структура | моноклинический |
| Физический недвижимость | |
| Состояние | Цельный |
| Температура плавления | 317.3 К (111,6 F) |
| Температура кипения | 550 К (531 F) |
| Молярный объем | 17,02 10 -6 м 3 / моль |
| Теплота испарения | 12,129 кДж / моль |
| Теплота плавления | 0.657 кДж / моль |
| Давление пара | 20,8 Па при 294 К |
| Скорость звука | нет данных |
| Разное | |
| Электроотрицательность | 2,19 (шкала Полинга) |
| Удельная теплоемкость | 769 Дж / (кг * К) |
| Электропроводность | 1.0 10 -9 / м Ом |
| Теплопроводность | 0,235 Вт / (м * К) |
| 1 st потенциал ионизации | 1011,8 кДж / моль |
| 2 nd потенциал ионизации | 1907 кДж / моль |
| 3 rd потенциал ионизации | 2914.1 кДж / моль |
| 4 th потенциал ионизации | 4963,6 кДж / моль |
| 5 th потенциал ионизации | 6273,9 кДж / моль |
| SI единицы и STP используются, если не указано иное. | |
Отличительные характеристики
Фосфор обыкновенный образует белое воскообразное твердое вещество с характерными неприятный запах, но в чистом виде бесцветный и прозрачный.Этот неметалл не растворяется в воде, но он растворим в сероуглероде. Чистый фосфор самовоспламеняется на воздухе и горит до пятиокиси фосфора.
Формы
Фосфор существует в четырех или более аллотропных формах: белый (или желтый), красный и черный (или фиолетовый). Самый распространенный красный и белый фосфор, оба из которых тетраэдрические группы из четырех атомов.Белый фосфор горит при контакте с воздухом и под воздействием тепла или света он может трансформировать в красный фосфор. Также существует в двух модификациях: альфа и бета, которые разделены температурой перехода -3,8 ° C. Красный фосфор сравнительно стабилен и возгоняется. при давлении пара 1 атм при 170 C, но горит от удара или фрикционный нагрев. Аллотроп черного фосфора существует который имеет структуру, подобную графиту — атомы расположены слоями шестиугольного листа и будут проводить электричество.
Приложения
Кислоты фосфорные концентрированные, содержащие 70% до 75% P 2 O 5 очень важны для сельское хозяйство и сельскохозяйственное производство в виде удобрений. Мировой спрос на удобрения привел к значительному увеличению в производстве фосфатов во второй половине 20 века. Другое использование;
- Фосфаты используются при производстве специальных стекол. которые используются для натриевых ламп.
- Костная зола, кальций фосфат, используется в производстве. из тонкого фарфора и для производства монокальциевого фосфата, который используется в разрыхлителе.
- Этот элемент также является важным компонентом стали. производство, производство фосфористой бронзы и многих другие сопутствующие товары.
- Тринатрийфосфат широко используется в чистящих средствах. для смягчения воды и предотвращения коррозии труб / котельных труб.
- Белый фосфор используется в военных целях в качестве зажигательные бомбы, дымовые шашки, дымовые шашки и трассирующие пули.
- Разное использование; используется при изготовлении предохранительных спичек, пиротехника, пестициды, зубная паста, моющие средства и т. д.
Биологическая роль
Соединения фосфора выполняют жизненно важные функции во всех известных формы жизни.Неорганический фосфор играет ключевую роль в биологические молекулы, такие как ДНК и РНК, где они образуются часть молекулярных скелетов этих молекул. Живые клетки также использовать неорганический фосфор для хранения и транспортировки клеточная энергия через аденозинтрифосфат (АТФ). Кальций фосфатные соли используются животными для укрепления костей и фосфор также является важным элементом протоплазмы клетки. и нервная ткань.
История
Фосфор (греч. phosphoros , что означает «свет» носитель «, которое было древним названием планеты Венера) был обнаружен немецким алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 г. через препарат из мочи. Работа в Гамбурге, Бренд пытался перегонять соли путем испарения мочи, а в процесс произвел белый материал, который светился в темно и ярко горели.С тех пор фосфоресценция был использован для описания веществ, которые светятся в темноте без горения.
Ранние спички использовали в своем составе белый фосфор, что было опасно из-за своей токсичности. Убийства, самоубийства и случайные отравления в результате его использования (Апокрифический сказка рассказывает о женщине, пытающейся убить своего мужа с помощью белый фосфор в его пище, что было обнаружено тушеное мясо, выделяющее светящийся пар).Кроме того, воздействие пары вызвали у спичечных рабочих некроз костей челюсть, печально известная «фосистая челюсть». Когда красный фосфор был обнаружен, с его гораздо более низкой воспламеняемостью и токсичностью, он был принят как более безопасная альтернатива производству спичек.
происхождение
Из-за его реакционной способности к воздуху и многим другим видам кислорода содержащие вещества, фосфор в природе не встречается в свободном виде но он широко распространен во многих различных минералах.Фосфоритная руда, частично состоящая из апатита (нечистого трикальцийфосфат минерал) является важным коммерческим источником этого элемента. Большой месторождения апатита находятся в России, Марокко, Флориде, Айдахо, Теннесси, Юта и другие места.
Белый аллотроп может быть изготовлен с использованием нескольких различных методы. В одном процессе трикальцийфосфат, который полученный из фосфоритной руды, нагревается в электрическом или топка на топливе в присутствии углерода и кремнезема.Затем элементарный фосфор выделяется в виде пара и может собираться под фосфорной кислотой.
Меры предосторожности
Это особо ядовитый элемент. со средней смертельной дозой 50 мг. Аллотроп белый фосфор следует постоянно держать под водой из-за его гиперреактивности с воздухом, и его следует только манипулировать щипцами, так как контакт с кожей может вызвать сильные ожоги.Хроническое отравление белым фосфором незащищенных рабочих приводит к некрозу челюсти, получившему название «фосисто-челюстной». Эфиры фосфата — это нервные яды, но неорганические фосфаты относительно нетоксичны. Загрязнение фосфатом происходит там, где удобрения или моющие средства попали в почву.
Когда белая форма подвергается воздействию солнечного света или когда она нагретый в собственном паре до 250 C, он превращается в красная форма, не фосфоресцирующая на воздухе.Красный аллотроп не воспламеняется самопроизвольно на воздухе и не так опасен как белая форма. Тем не менее, с этим следует обращаться с забота, потому что он действительно превращается в белый фосфор в некоторых диапазон температур, а также выделяет высокотоксичные пары которые при нагревании состоят из оксидов фосфора.
Изотопы
Некоторые распространенные изотопы фосфора включают:
- 32 P (радиоактивный).Фосфор-32 — бета-излучатель (1,71 МэВ) с периодом полураспада 14,3 дня. Используется регулярно в лабораториях естественных наук, в первую очередь для производства радиоактивно меченых Зонды ДНК и РНК.
- 33 P (радиоактивный). Фосфор-33 — бета-излучатель (0,25 МэВ) с периодом полураспада 25,4 дня. Он используется в биологические лаборатории в приложениях, в которых бета-выбросы энергии являются выгодными.
Правописание
Единственное правильное написание элемента — фосфор . Слово фосфор действительно существует, но оно форма прилагательного для меньшей валентности: так, так же, как сера образует сернистые и серные соединения, поэтому фосфор образует фосфор и фосфорные соединения.