Как сделать фосфин

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 04.10.2024

Код Кемлера:
263 : токсичный газ, легковоспламеняющийся Номер
ООН :
2199 : ФОСФИН
Класс:
2.3
Этикетки: 2.3 : Токсичные газы (соответствуют группам, обозначенным заглавной буквой T, т. Е. T, TF, TC, TO, TFC и Bam). 2.1 : Легковоспламеняющиеся газы (соответствуют группам, обозначенным заглавной буквой F);

Фосфина , гидрид фосфора , фосфид водород или фосфан (номенклатура IUPAC ) представляет собой неорганическое соединение из фосфора и водород , формулы PH ₃ .

Фосфин используется в качестве пестицида и считается наиболее широко используемым во всем мире в качестве фумиганта , хотя все большее число штаммов целевых видов становятся к нему устойчивыми. Согласно базе данных e-phy в 2016 году, этот продукт больше не разрешен в сельском хозяйстве Франции .

Резюме

Описание

Это бесцветный газ, немного тяжелее воздуха, смертельно токсичный и чрезвычайно легковоспламеняющийся (по этим причинам используется в качестве фумиганта для биоцидных целей ).

Его формула - PH ₃ . Это может быть, например, результатом действия кислоты на соль алюминия ( фосфид алюминия ) или магний ( фосфид магния ) или просто в результате реакции этих солей с водой, или соль гидролизуется .

использовать

Меры предосторожности

Фосфин вызывает коррозию металлов и, в меньшей степени, пластмасс (которые не подвергаются воздействию, если в воздухе содержится фосфин, но полностью обезвожены).

Соли фосфида алюминия и всех других металлов необходимо размещать таким образом, чтобы они не имели доступа к влажности окружающей среды , воде или кислоте.

В качестве биоцида этот продукт может применяться только компаниями и уполномоченным персоналом во Франции под контролем службы защиты растений ( SRPV ).

В случае пожара в качестве средства пожаротушения можно использовать двуокись углерода, пену, химические порошки или водяную струю, но только в том случае, если есть уверенность в том, что выброс (чрезвычайно токсичных) газов можно остановить. В противном случае рекомендуется удалить все горючие материалы, не подпускать людей и животных и дать газу загореться.

Структура и свойства

Исторический

Его существование на Земле было объяснено только внеземным происхождением, таким как шрейберзит метеоритов (Fe, Ni) ₃ P .

В 1783 году в мемуарах, представленных Академии наук , химик Филипп Женжембр , ученик Антуана Лавуазье , выделил PH ₃ , который он обнаружил, нагревая фосфор в растворе карбоната калия .

В 1968 году Айверсон обнаружил биогенный фосфид железа (Fe ₂ P), образованный процессами бактериальной коррозии железа. Впоследствии природный газообразный PH ₃ был обнаружен среди компонентов атмосферы планет ( Юпитер в 1974 году и Сатурн в 1975 году).

До 1988 года фосфин на Земле не обнаруживался . [исх. требуется] PH ₃ в газообразной или комплексной форме впоследствии был обнаружен на участках выбросов метана и в различных средах, таких как водно-болотные угодья и болота , взвешенные вещества в воде и отложениях (речных и морских), а также в некотором навозе и навозе (Gassmann et al. др., 1996).

Исследование, опубликованное в январь 2020 предполагает, что присутствие фосфина в атмосферах планет теллурического типа было бы многообещающим индикатором для обнаружения возможного присутствия внеземной жизни в отсутствие известных абиотических источников, способных производить фосфин в достаточных пропорциях для его обнаружения с помощью спектроскопии . В Сентябрь 2020 г. , Другое исследование сообщает , что большая миллиметрового / субмиллиметрового антенной решетки Атакама в и Джеймс Клерк Максвелл телескоп наблюдали подпись фосфина в спектре Венеры атмосферы , с предполагаемой концентрацией около 20 частей на миллиард ( частей на миллиард ). Но это наблюдение затем оспаривается, в частности, из-за ошибок в калибровке телескопа.

Химия

Фосфин можно получить по-разному. Промышленно его получают реакцией фосфора и воды в кислой среде или основным способом путем реакции белого фосфора с гидроксидом натрия с образованием по той же реакции гипофосфита натрия.

Его можно получить гидролизом фосфида металла, такого как фосфид алюминия или фосфид кальция .

Чистый фосфин PH ₃ без следа дифосфина P ₂ H ₄ может быть получен действием гидроксида калия на иодид фосфония (PH ₄ I).

Токсикология, экотоксикология

Механизм действия на организмы: он является системным, но в основном из-за того, что фосфин денатурирует оксигемоглобин и препятствует синтезу белков и ферментов клеточного дыхания .

Основная опасность для человека заключается в вдыхании дозы, превышающей порог токсичности, что быстро вызывает неврологические ( кома , судороги ) и сердечные нарушения (очаги некроза миокарда). Время контакта важно: смерть может произойти после того, как вдыхание 400 частей на миллион для 30 до 60 минут ; и серьезные последствия возникают в результате воздействия в течение нескольких часов до 5–10 частей на миллион .

Использование в промышленной химии

Такие фосфины часто представляются в качестве сокатализаторов в реакции , такие как муфты из Соногашира .

Использование в качестве биоцидного газового фумиганта

Для использования в сельскохозяйственных биоцидах чистый газообразный фосфин используется или смешивается с инертным газом , диоксидом углерода или азотом для устранения риска воспламенения или взрывоопасности , фосфида алюминия, гранул кальция или цинка, которые выделяют фосфин при контакте с атмосферной водой (или грызунами). желудочная кислота). Эти гранулы также содержат вещества, снижающие вероятность воспламенения или взрыва производимого фосфина.

Его легче использовать, чем бромистый метил , он более эффективен (активен при температуре от 10 до 15 ° C и в течение периода от 5 до 15 дней, в то время как бромид был активен, особенно при температуре около 5 ° C, и только в течение 24 часов).

После постепенного запрета на использование бромистого метила (ранее наиболее широко применяемого, но токсичного, экотоксичного, парникового газа и разрушителя озонового слоя и как такового, о котором говорится в Монреальском протоколе ), фосфин стал наиболее широко используемым дымом в мире, широко используемым. экономичен и считается быстро реагирующим и не оставляющим следов на хранимых продуктах (особенно в газообразной форме и при правильном использовании).

Такое широкое и частое использование способствовало появлению штаммов паразитов и так называемых вредных видов, устойчивых к фосфину, которые в настоящее время стали обычным явлением в Азии , Австралии и Бразилии .

По данным ФАО, такое сопротивление вызывает беспокойство и, вероятно, в других регионах, которые не изучаются.

Нормативно-правовые акты

Во Франции

Согласно базе данных e-phy, в 2016 году этот продукт больше не авторизован во Франции.

В этой стране разрешены семь коммерческих специальностей для маркетинга, и постановлениями предписывается сертификация аппликаторов, участвующих в фумигационных операциях против кротов, с предварительным обучением, которое будет продлеваться каждые пять лет (см. Ниже).

Затем комитет по изучению токсичности посчитал эти меры недостаточными, особенно с учетом рисков, которым подвергаются пользователи, и утечки продуктов для потенциально злонамеренного использования. Поэтому правительство приняло решение об обязательной профессионализации операторов, безопасном хранении, транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах с полным отслеживанием продукции. С тех пор только производители кротов, имеющие квалификационный сертификат газообразования, утвержденный Региональным управлением сельского и лесного хозяйства (DRAF), получили право использовать этот продукт против кротов.

Максимальные уровни остатков фосфида водорода (PH3) во Франции в 1986 году были установлены на уровне:

- 0,1 мг / кг для сырых злаков (включая кукурузу и рис);
- 0,01 мг / кг для всех других разрешенных продуктов.
а концентрация фосфида водорода в воздухе, вдыхаемом рабочим, не должна превышать, соответственно:

В Канаде

Фосфи́н (фосфористый водород, гидрид фосфора, по номенклатуре IUPAC — фосфан РН₃) — бесцветный, очень ядовитый, довольно неустойчивый газ (при нормальных условиях) со специфическим запахом гнилой рыбы.

Содержание

Физические свойства

Бесцветный газ. Плохо растворяется в воде, не реагирует с ней. При низких температурах образует твердый клатрат 8РН₃·46Н₂О. Растворим в бензоле, диэтиловом эфире, сероуглероде. При −133,8 °C образует кристаллы с гранецентрированной кубической решёткой.

Молекула фосфина имеет форму тригональной пирамиды c молекулярной симметрией C_3v (d_PH = 0.142 нм, HPH = 93.5 o ). Дипольный момент составляет 0,58 D, существенно ниже, чем у аммиака. Водородная связь между молекулами PH₃ практически не проявляется и поэтому фосфин имеет более низкие температуры плавления и кипения.

Получение

Фосфин получают при взаимодействии белого фосфора с горячей щёлочью, например:

$~\mathsf<8P + 3Ca(OH)_2 + 6H_2O \ \xrightarrow<\ \ > \ 2PH_3\uparrow + 3Ca(H_2PO_2)_2>$

Также его можно получить воздействием воды или кислот на фосфиды:

\ 2PH_3\uparrow + 3Ca(OH)_2>" width="" height="" />
\ 2PH_3\uparrow + 3MgCl_2>" width="" height="" />

Возможен синтез непосредственно из элементов: [источник не указан 273 дня]

$~\mathsf<2P + 3H_2 \ \xrightarrow<300-360 \ ^\circ C,\ \mathit> \ 2PH_3>$

Хлористый водород при нагревании взаимодействует с белым фосфором:

$~\mathsf<4P + 6HCl \ \xrightarrow<300 ^\circ C> \ 2PH_3 + 2PCl_3>$

Разложение йодида фосфония:

" width="" height="" />
" width="" height="" />

Разложение фосфоновой кистоты:

$~\mathsf<4H_2(PHO_3) \ \xrightarrow<170-200 ^\circ C> \ PH_3\uparrow + 3H_3PO_4>$

или её восстановление:

$~\mathsf<H_2(PHO_3) + 3H_2\ \xrightarrow<Zn,\ H_2SO_4> \ PH_3\uparrow + 3H_2O>$

Химические свойства

Фосфин сильно отличается от его аналога аммиака. Его химическая активность выше, чем у аммиака, он плохо растворим в воде, как основание значительно слабее аммиака. Последнее объясняется тем, что связи H-P поляризованы слабо и активность неподелённой пары электронов у фосфора (3s 2 ) ниже, чем у азота (2s 2 ) в аммиаке.

В отсутствие кислорода при нагревании разлагается на элементы:

$~\mathsf<2PH_3 \ \xrightarrow<\mathit<t> > \ 2P + 3H_2>$

на воздухе самопроизвольно воспламеняется (в присутствии паров дифосфина или при температуре свыше 100 °C):

$~\mathsf<PH_3 + 2O_2\ \xrightarrow<\ \ > \ H_3PO_4>$

Проявляет сильные восстановительные свойства:

\ H_2(PHO_2) + 3SO_2\uparrow +\ 3H_2O>" width="" height="" />
\ H_3PO_4 + 8NO_2\uparrow +\ 4H_2O>" width="" height="" />
\ H(PH_2O_2) + 4HI>" width="" height="" />

При взаимодействии с сильными донорами протонов фосфин может давать соли фосфония, содержащие ион PH₄ + (аналогично аммонию). Соли фосфония, бесцветные кристаллические вещества, крайне неустойчивы, легко гидролизуется.

\ PH_4Cl>" width="" height="" />
\ PH_4I>" width="" height="" />

Соли фосфина, как и сам фосфин, являются сильными восстановителями.

Токсичность

Фосфин сильно ядовит, действует на нервную систему, нарушает обмен веществ. ПДК = 0,1 мг/м³. Запах ощущается при концентрации 2-4 мг/м³, длительное вдыхание при концентрации 10 мг/м³ приводит к летальному исходу. В крови человека содержание фосфина не более 0,001 мг/м³.

Самовозгорание

Примечания

Литература
- Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М .: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0
Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Фосфин" в других словарях:

ФОСФИН — (фосфористый водород гидрид фосфора), РН3, бесцветный газ с неприятным запахом, tкип 87,42 .С. Сильный восстановитель. Известен жидкий фосфин, называемый дифосфином Р2Н4, tкип 56 .С. Самопроизвольно воспламеняется на воздухе. Токсичен … Большой Энциклопедический словарь

ФОСФИН — ФОСФИН, фосфористый водород (РН3). Бесцветный высокотоксичный ГАЗ, получаемый в процессе реакции между фосфидом кальция и водой или разбавленной кислотой. Небольшие примеси дифосфина заставляют газ самопроизвольно воспламеняться. Чистый фосфин… … Научно-технический энциклопедический словарь

фосфин — сущ., кол во синонимов: 1 • газ (55) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

фосфин — а. м. phosphine f. Желтая анилиновая краска. 1889. Андреев Сл. тов … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ФОСФИН — соединение (см.) с водородом (РН3), а также некоторые фосфороорганические соединения. Ф. бесцветный токсичный газ с неприятным запахом, сильный восстановитель. Известен жидкий Ф., называемый дифосфином(Р2Н4); tкип =56°С. Самопроизвольно… … Большая политехническая энциклопедия

фосфин — (фосфористый водород), РН3, бесцветный газ с неприятным запахом, tкип 87,42°C. Сильный восстановитель. Известен жидкий фосфин, называемый дифосфином Р2Н4, tкип 56°C. Самопроизвольно воспламеняется на воздухе. Токсичен. * * * ФОСФИН ФОСФИН… … Энциклопедический словарь

Фосфин — [phosphines] фосфористый водород (гидрид фосфора) РН3, бесцветный газ. γ = 1,55 г/л, tпл = 133,8 °С, tкип = 87,8 °С. На воздухе воспламеняется при 100 °С; образуется при получении фосфора восстановлением фосфоритов углеродом в производстве… … Энциклопедический словарь по металлургии

фосфин — fosfanas statusas T sritis chemija formulė PH₃ atitikmenys: angl. phosphane; phosphine rus. фосфан; фосфин … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Фосфин — фосфористый водород, гидрид фосфора, PH3. Ф. – бесцветный газ с запахом гнилой рыбы; плотность 1,55 г/л, tпл – 133,8 °С, tкип – 87,8 °С, при 25 °С и 0,1 Мн/м2 (1 кгс/см2) 1 объём воды растворяет около 0,25 объёма PH3. При нагревании… … Большая советская энциклопедия

Фосфин — (хризанилин, анилиноранж, филадельфийская желтая и проч.) желтый искусственный пигмент, по составу представляющий смесь азотнокислых солей диамидофенилакридина и других аналогичных оснований. Ф. приготовляется из маточных растворов, остающихся… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

В несколько модифицированном виде старинный метод получения фосфора использовали и в XVIII столетии: нагреванию подвергались смесь мочи с оксидом свинца, поваренной солью, поташом и углем. Лишь в 1774 г. К. В. Шееле разработал способ получения фосфора из рога и костей животных.

В наши дни фосфор производят в электрических печах, восстанавливая апатит углём в присутствии кремнезёма:

Пары фосфора при этой температуре почти полностью состоят из молекул Р₂, которые при охлаждении конденсируются в молекулы Р₄.

При конденсации паров образуется белый (желтый) фосфор, который состоит из молекул Р₄, имеющих форму тетраэдра. Это очень реакционноспособное мягкое воскообразное вещество бледно-желтого цвета, растворимое в сероуглероде и бензоле. На воздухе фосфор воспламеняется при 34 о С. Он обладает уникальной способностью светиться в темноте за счет медленного окисления до низших оксидов. Именно белый фосфор и был в своё время выделен Брандом.

Белый фосфор очень ядовит: смертельная доза около 0,1 г. Из-за опасности самовоспламенения на воздухе его хранят под слоем воды. Красный и чёрный фосфор менее ядовиты, так как нелетучи и практически нерастворимы в воде.

Химические свойства

Наиболее химически активным является белый фосфор (в уравнениях реакций с участием белого фосфора для простоты записывают как Р, а не Р₄, тем более, что аналогичные реакции возможны и с участием красного фосфора, молекулярный состав которого неопределен). Фосфор непосредственно соединяется со многими простыми и сложными веществами. В химических реакциях фосфор, как и азот, может быть и окислителем, и восстановителем.

Как окислитель фосфор взаимодействует со многими металлами с образованием фосфидов, например:

Обратите внимание, что непосредственно с водородом фосфор практически не соединяется.

Как восстановитель фосфор взаимодействует с кислородом, галогенами, серой (т.е. с более электроотрицательными неметаллами). При этом в зависимости от условий проведения реакций могут образовываться как соединения фосфора (III), так и соединения фосфора (V).

а) при медленном окислении или при недостатке кислорода фосфор окисляется до оксида фосфора (III), или фосфористого ангидрида Р₂О₃:

При сгорании фосфора в избытке кислорода (или воздуха) образуется оксид фосфора (V), или фосфорный ангидрид Р₂О₅:

б) в зависимости от соотношения реагентов при взаимодействии фосфора с галогенами и серой образуются соответственно галогениды и сульфиды трех- и пятивалентного фосфора; например:

Следует отметить, что с йодом фосфор образует только соединение PI3.

Роль восстановителя фосфор играет в реакциях с кислотами-окислителями:

— с концентрированной азотной кислотой:

— с концентрированной серной кислотой:

С другими кислотами фосфор не взаимодействует.

При нагревании с водными растворами щелочей фосфор подвергается диспропорционированию, например:

Кроме фосфина РН₃ в результате этих реакций образуются соли фосфорноватистой кислоты Н₃РО₂ – гипофосфиты, в которых фосфор имеет характерную степень окисления +1.

Применение фосфора

Основная часть производимого в мире фосфора расходуется на производство фосфорной кислоты, из которой получают удобрения и другие продукты. Красный фосфор используется при изготовлении спичек, он содержится в массе, которая наносится на спичечную коробку.

Фосфин

Наиболее известным водородным соединением фосфора является фосфин РН₃. Фосфин – бесцветный газ с чесночным запахом, очень ядовит. Хорошо растворимый в органических растворителях. В отличие от аммиака малорастворим в воде. Практического значения фосфин не имеет.

Получение

Выше был рассмотрен способ получения фосфина при взаимодействии фосфора с водными растворами щелочей. Другой способ – действие соляной кислоты на фосфиды металлов, например:

Химические свойства

Будучи малорастворим в воде, фосфин образует с ней неустойчивый гидрат, который проявляет очень слабые основные свойства:

Соли фосфония образуются только с сильными кислотами:

Как и азот в аммиаке, фосфор в молекуле фосфина имеет низшую степень окисления – 3. Однако для фосфора эта степень окисления менее устойчива, чем для азота, поэтому фосфин проявляет более ярко выраженные восстановительные свойства, чем аммиак. Так, фосфин при температуре около 150 о С самовоспламеняется на воздухе:

Фосфин восстанавливает соли некоторых малоактивных металлов до свободных металлов, например:

Весь список рефератов можно посмотреть здесь

*на изображении записи фотография белого фосфора

Похожее

Добавить комментарий Отменить ответ

Соединения фосфора в природе

В природе встречается множество и других газообразных фосфорорганических соединений, в молекулах которых атом фосфора P соединен с атомом углерода C. Их насчитываются тысячи. Многие из них входят в состав экосистем, в том числе в живые клетки растений и микроорганизмов. Самая большая группа соединений со связями C–P открыта лет пятьдесят назад именно в живых объектах.

Есть в почвах и фосфонаты — производные фосфорорганических соединений с сохранившимися связями C–Р. Их, правда, немного, не более 1–2% от содержащегося в органике фосфора, поэтому на пашне их можно выявить далеко не всегда, зато в болотистых почвах и на лугах их содержание повышается до 3–4%.

В обычных (аэробных) условиях природные соединения органического и минерального фосфора — это фосфаты (ортофосфаты). Их существует великое множество. Для органических фосфатов характерна связь C–О–Р, иными словами, углерод и фосфор соединяются через атом кислорода.

Но вернемся к фосфину и его производным, иными словами, к тем фосфорорганическим соединениям, в которых вместе с фосфором и углеродом встречаются разные элементы (азот, сера, кремний, молибден и т. д.) и их комплексы. В благоприятных для роста микроорганизмов условиях (в частности, в условиях болот и тундры при наблюдаемом потеплении) фосфорорганические соединения разлагаются с помощью фермента (катализатора) C–Р-лиазы. Ныне он обнаружен у 9 групп бактерий, которые питаются фосфором, добывая его при расщеплении фосфорорганических соединений. А вот грибы и дрожжи, на которые в экосистемах приходится 50–70% всей микрофлоры, не расщепляют эти соединения. Наоборот, простейшие, моллюски и грибы их синтезируют. Грибы могут расти даже при довольно высоких концентрациях фосфина, только мицелий у них желтеет.

Применение, свойства, опасности

Фосфин ядовит (опасная концентрация, способная привести к летальному исходу, — 0,05 мг/л), а в концентрации 2000 мл/м 3 (2 л/м 3 , или 2·10 –3 ) он вызывает мгновенную смерть. С ним приходится сталкиваться прежде всего в сельском хозяйстве при обеззараживании зернохранилищ и защите от клещей и других вредителей при транспортировке урожая, особенно зерновых культур. Раньше его активно применяли против крыс и мышей в амбарах. В Австралии к его помощи прибегают даже в борьбе с чрезмерно быстро размножающимися кроликами. Кроме того, ряд гербицидов и инсектицидов содержат фосфорорганические соединения на основе фосфина и его производных. И, наконец, в последнее время с ним все чаще приходится иметь дело в связи с широкомасштабным уничтожением химического оружия, предусматривающим обезвреживание отравляющих фосфорорганических соединений зарина и зомана — производных фосфина.

Ныне для фумигации зерна при транспортировке и хранении разрешены к применению два соединения — метилбромин и метилфосфин, причем первое на порядок менее токсично (и эффективно), чем второе. Применяя последнее, молчаливо предполагают, что ядовитый фосфин после поглощения содержимым хранилища чудесным образом извлекается и улетучивается, отравив лишь клещей и других вредителей. Похоже, раньше было не принято задумываться над тем, насколько эта картина соответствует действительности. Между тем еще почти полвека назад было установлено, что метилфосфин (смесь двух газов — метана СН₄ и фосфина РН₃) чрезвычайно токсичен, почти как сам фосфин.

Метан и фосфин в биосфере

Не секрет, что выделяемый из болот метан считается одним из основных парниковых газов и остается предметом активных обсуждений и исследований в связи с проблемами глобального изменения климата. Увы, в России его концентрация в атмосфере определяется только на одной метеостанции (Териберка на Кольском полуострове). А ведь ее не мешало бы измерять и над сибирскими болотами!

Как известно, в земных глубинах законсервированы огромные запасы метана (7·10 11 –3·10 13 т), причем 4·10 11 т из них — в арктической зоне вечной мерзлоты. * На суше метан содержится в органических соединениях болот, осадках и детритах, а в Мировом океане — в газогидратах, залегающих под дном, в условиях пониженных температур. В Докладе ООН по изменению климата эксперты сообщают, что в Сибири выделение метана из болот и вечной мерзлоты в последние годы стремительно растет. Максимальная эмиссия метана из тундровых почв достигается при 8–10°С, а при 5°С преобладает его окисление на СО₂ и воду. Образуется же он во всех почвенных горизонтах. В результате недавних исследований выяснилось, что, к примеру, наша южная кустарниковая тундра (окрестности Воркуты) служила стоком углерода лишь два года из последних пяти.

Это довольно опасная тенденция, особенно если принять во внимание, что на долю нашей страны приходится 2/3 всех болот на Земле. Наши площади заболоченных земель превышают площадь всех сельскохозяйственных угодий: по данным на 2003 года, 343 млн га болот (из них не поросших лесом — 130 млн га) и 221 млн га сельскохозяйственных угодий (из них 123 млн га пашни).

А вот как оценили выделение метана сотрудники МГУ в 2007 году по результатам измерений на болотах в Томской области. По их оценкам, среднее значение величины потока метана составляло около 10 мг/м 2 за час. В летний период за сутки может выделяться 2,4 кг/га, за сезон (6 месяцев) 432 кг/га. А со 130 млн га болот — почти 60 млн т. На окисление такого количества метана потребуется вдвое больше кислорода — 120 млн т.

Это упущение объясняется, в частности, тем, что лишь немногие специалисты знают о методах, позволяющих измерить содержание в атмосфере фосфора в газообразном состоянии. Ведь даже в научном мире до сих пор бытует мнение, что фосфор в природе существует преимущественно в форме фосфатов и после гидролиза связей Р–О–Р, Р–О–С и даже Р–С превращается в твердое вещество. Потоки фосфора в атмосферу в виде летучих соединений типа РН₃ считаются ничтожными и ими пренебрегают. Определение содержания фосфора, поступившего в атмосферу с фосфином, лишь привычными методами, используемыми для выявления фосфора в твердых соединениях, заметно искажает реальную картину круговорота фосфора в экосистемах. При этом игнорируется появление в атмосфере ядовитого и самовозгорающегося фосфина.

Фосфиновая угроза: простые оценки

Между тем простейшую количественную оценку выделения фосфина в экосистемах можно получить, изучая затопленные водой территории, имитирующие заливные луга или рисовые чеки. Как было установлено в проведенной еще в 1926 году в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева серии из шести опытов, выполнявшихся в строго контролируемых условиях, в газовую форму (фосфин) переходит 9,7 мг фосфора из 1 кг почвы за час. Не слишком сложный расчет дает 2,13 кг/га за сутки. Но ведь это почти столько же, сколько выделяется метана из болот! Стало быть, за сезон получаем 383 кг/га, а со всей площади безлесных болот (130 млн га) — около 50 млн т РН₃. На его окисление до фосфорной кислоты по формуле

потребуется, как нетрудно видеть, вдвое больше кислорода — почти 100 млн т (для метана эти значения составляли 60 и 120 млн т соответственно).

Косвенным подтверждением выделения фосфина из почв служат и исследования потоков фосфора на рисовых чеках — от посадки до уборки урожая потери фосфора в затопленных почвах в 3–8 раз превышают его содержание в зерне и соломе. Максимальный вынос Р₂O₅ достигает 100 кг/га. Из почв органических соединений фосфора выводится в 4 раза больше, чем запасается в растениях. Общие потери фосфора из верхнего (20 см) слоя почв, по разным оценкам, составляют 960–2940 кг/га. Есть данные, свидетельствующие о том, что при выращивании риса на затопленных чеках в течение 32 лет из почвы теряется больше половины гумуса, а с ним, конечно же, выносятся азот и фосфор.

Это может происходить и за счет выделения их газообразных форм — аммиака (NH₃) и фосфина (РН₃). Давно известно, что по химическим свойствам они представляют собой химические структурные аналоги. Повторюсь, определение фосфора и азота только в минеральной форме, игнорирование газовых составляющих не отражает истинных процессов в экосистемах, особенно в анаэробных условиях. В частности, прямое подтверждение того, что в экосистемах болот вместе с метаном выделяется и фосфор, получено в недавних исследованиях. **

Возвращаясь же к рассуждениям о возможной недооценке содержания фосфина в атмосфере, следует заметить, что вполне ощутимый вклад могут вносить не только болота Севера или тропиков, но и обширные рисовые плантации (прежде всего в Индии, Китае, Японии и странах Юго-Восточной Азии).

В научной литературе встречаются данные о том, что с осадками на землю выпадает до 3,5 кг/га фосфора. Иными словами, это примерно лишь 1% того фосфора, который, по имеющимся оценкам, выносится из болотных систем или затапливаемых почв фосфином в атмосферу (383 кг/га), остальные 99%, похоже, быстро окисляются, осаждаются или разлагаются (например, в результате гидролиза) в приземных слоях воздуха, литосфере и биосфере, обеспечивая перераспределение фосфора на поверхности земли.

По результатам измерений на упомянутой выше метеостанции Териберка было установлено, что в 1990 году в атмосферу с территории России было выброшено 48,8 млн т метана (напомним, наши оценки для всей площади безлесных болот составили около 60 млн т). За 1996–2003 гг. самая высокая концентрация была зафиксирована именно в 2003 году. Этот год был самым теплым для всей России, особенно же это относилось к лету и осени в зонах болот и тундры (Якутия, Западная Сибирь) — в среднем температура здесь оказалась выше многолетней почти на 6°С. В этих условиях одновременно наблюдалось и летнее снижение содержания верхового озона O₃ над Севером России на 5–10%. А ведь летом и здесь ускоряются процессы фотосинтеза и образования кислорода. Поэтому очевидно, что для окисления возросшего количества метана и фосфина в условиях теплого 2003 года здесь интенсивно расходовался озон.

От фосфина к кислороду: немного статистики и философии

Впрочем, гораздо важнее, что, как следует из ряда оценок, на территории России общий расход кислорода за год на наши нужды (2784 млн т), дыхание почвы (6848 млн т) и окисление метана и фосфина (220 млн т) приближается к 10 млрд т, а это почти на 2 млрд т больше, чем его вырабатывают все наши леса. И этот печальный баланс представляется мне гораздо более серьезной проблемой, чем ожидаемая торговля квотами. Ради сохранения окружающей среды и биосферы планеты, ресурсов которой мы сегодня расходуем на 25% больше, чем они успевают восстанавливаться, нужно наконец осознать, что без ограничения потребления нам и нашим потомкам просто не выжить. И не в последнюю очередь это касается кислорода. В атмосфере его вроде бы немало (21%), но нельзя допускать, чтобы на Земле его потреблялось больше, чем вырабатывается.

Подводя итоги

В настоящее время мы почти ничего не знаем о выделении и окислении не раз упоминавшегося в этой статье силана (SiH₄). Между тем все болотные растения, злаки и микроорганизмы богаты органическим кремнием. В торфе верховых болот — 43% SiO₂, переходных — 28%, низинных — 21%. Пока есть лишь отрывочные данные о том, что силан в соединении с фосфином образует недостаточно исследованные комплексы — силилфосфины. Процессы выделения силана, его окисления и соединения с другими элементами нуждаются в серьезном изучении.

Миллиарды лет основой всего живого на Земле был фотосинтез, исправно снабжавший планету кислородом. Увы, как справедливо отмечают некоторые исследователи, современная цивилизация впервые в истории, похоже, ухитрилась замедлить пополнение атмосферы кислородом, а природу довела до точки бифуркации. Выдержит ли она?

Читайте также: