Степень окисления фосфора в соединении PH3

Фосфин (PH₃) - бесцветный газ с резким запахом, восстановитель. Широко используется в органическом синтезе. Для правильного применения фосфина важно знать степень окисления фосфора в этом соединении.

Определение степени окисления

Степень окисления - это условный заряд атома в молекуле, показывающий, сколько электронов атом отдал или принял при образовании химической связи.

Степень окисления позволяет предсказать свойства вещества и его поведение в реакциях.

Для определения степени окисления используют несколько правил:

• Степень окисления свободных атомов всегда равна нулю.
• Степень окисления водорода в соединениях равна +1, кислорода - -2.
• Сумма степеней окисления атомов в молекуле равна нулю.

Особенности фосфина PH3

Фосфин - бинарное неорганическое соединение фосфора и водорода. Относится к гидридам, поскольку атомы водорода соединены с более электроотрицательным фосфором.

В фосфине фосфор проявляет лишь часть своей валентности, образуя три ковалентные связи с атомами водорода. Это определяет его восстановительные свойства.

PH₃ относится к восстановителям, легко окисляется кислородом, галогенами, концентрированными кислотами с выделением водорода и образованием оксидов фосфора.

PH3: степень окисления фосфора

Чтобы определить степень окисления фосфора в PH₃, воспользуемся правилами:

1. Степень окисления Н +1.
2. Сумма степеней окисления равна 0.

Запишем уравнение электронейтральности:

x + 3·(+1) = 0

x - степень окисления фосфора.

Отсюда находим, что степень окисления фосфора в PH₃ равна -3.

Знание степени окисления позволяет прогнозировать и объяснять свойства фосфина, делает его применение в синтезе более обоснованным.

Применение фосфина в органическом синтезе

Благодаря высокой восстановительной активности фосфин широко применяется в органическом синтезе. Например, для восстановления альдегидов и кетонов до соответствующих спиртов.

Реакция идет при комнатной температуре с количественным выходом продуктов.

Фосфин легко восстанавливает карбонильную группу за счет отдачи атомом фосфора электронной пары.

Восстановление нитросоединений

Еще одно важное применение PH3 - восстановительное аминирование нитросоединений:

R-NO 2 + 3PH3 → R-NH2 + 3OPH2=O

Образуются первичные амины с выходом до 95%. Реакция идет стереоселективно, не затрагивая другие функциональные группы.

Синтез фосфиновых лигандов

Фосфин используют также в синтезе фосфиновых лигандов - восстановителей, стабилизаторов, катализаторов многих реакций.

Например, трифенилфосфин:

3C6H5Br + PH3 → P(C6H5)3 + 3HBr

Восстановление металлокомплексов

Еще одно перспективное направление - применение PH3 для восстановления металлокомплексов с Rh, Ir, Pd и другими металлами.

Это позволяет точно управлять степенью окисления металла, а значит и свойствами катализатора.

Хранение и транспортировка фосфина

Из-за высокой химической активности фосфин требует осторожного обращения - работу ведут в среде инертных газов, при низких температурах.

Для безопасного хранения и транспортировки PH3 также используют в смесях с азотом или аргоном.

Реакции фосфина с неорганическими соединениями

Помимо органического синтеза, фосфин проявляет восстановительные свойства и в реакциях с неорганическими соединениями.

Восстановление галогенов

PH₃ взаимодействует с галогенами с образованием соответствующих галогеноводородов:

2PH3 + Cl2 → 2HCl + P2H4

3PH3 + 3Br2 → 6HBr + P3H3

Восстановление оксидов серы

Еще один пример - восстановление оксидов серы до сероводорода:

SO2 + 2PH2 → H2S + 2HPO

2SO3 + 6PH2 → 2H2S + 6HPO

Получение фосфидов

С металлами PH3 образует фосфиды - бинарные соединения типа Ca3P2, Zn3P2 и др:

2Al + 2PH3 → 2AlP + 3H2

3Mg + 2PH3 → Mg3P2 + 3H2

Применение фосфина в аналитической химии

Благодаря легкости определения фосфин используют для количественного анализа:

• Определение микроколичеств серы и ее соединений по реакции:
• Определение галогенов (йода, брома)
• Определение следов тяжелых металлов

Такое широкое применение фосфина основано на знании его свойств, в том числе степени окисления фосфора.