15P30.974

原子序数 15 · 非金属

P

别名: Phosphorus

磷是一种活泼的非金属,存在几种性质迥异的形态:从在黑暗中发光的蜡状白磷,到稳定的红磷和黑磷。它是生命不可缺少的元素,构成DNA的骨架、能量载体ATP以及骨骼和牙齿中的矿物,也是化肥的关键成分。

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主要性质

原子序数15
原子量30.974 (CIAAW 2024 简化标准原子量)
分类非金属
15
周期3
p
物态(25 °C,1 atm)固态
熔点317.3 K (44.2 °C)
沸点553.65 K (280.5 °C)
密度1.82 g/cm³
电负性(鲍林标度)2.19
原子半径(范德华半径)180 pm
第一电离能10.487 eV
电子亲和能0.746 eV
氧化态+5, +3, -3
发现1669

电子排布

简写
[Ne]3s2 3p3
完整
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
各电子层电子数
2 · 8 · 5

轨道表示式

1s2↑↓
2s2↑↓
2p6↑↓↑↓↑↓
3s2↑↓
3p3

在周期表中的位置

发现历史

磷是有史记载以来第一种由具名个人发现的元素。1669年,汉堡商人兼炼金术士 亨尼希·布兰德 为寻找点金石,熬煮了大量尿液,再将残渣强烈加热,收集到一种白色蜡状物质——它在黑暗中发光,一接触空气就燃烧起来。

布兰德对他的方法秘而不宣,但约翰·孔克尔和罗伯特·玻意耳很快就摸索出了自己制磷的方法。18世纪70年代,卡尔·威廉·舍勒和约翰·戈特利布·甘恩证明骨骼中含有磷,舍勒还开发出用骨灰制磷的方法,此后一百年间它一直是磷的标准来源。拉瓦锡在18世纪七八十年代把磷列为元素。后来,从大型矿床开采的磷矿石取代了骨头,成为制磷原料。

名称由来

名称来自希腊语 phosphoros,意为“携光者”,这是金星作为晨星时的古称,因为白磷在空气中会发出微光。元素符号为 P。中文“磷”由石字旁加“粦”构成,“粦”在古汉语中指夜间闪烁的鬼火(磷火),恰好对应白磷发光的特性。

主要用途

  • 化肥:开采的磷矿石大多被制成磷酸,再加工成化肥,这是现代作物高产的关键。
  • 食品饮料:磷酸赋予可乐饮料特有的酸味,磷酸盐则用作膨松剂和防腐剂。
  • 火柴:安全火柴的擦燃面含有红磷。
  • 电池:磷酸铁锂是一种广泛使用、热稳定性好的电池正极材料。
  • 化工:阻燃剂、水处理、金属表面处理和农药。

同位素

磷只有一种稳定同位素 磷-31,这使磷核磁共振成为研究活体组织和化合物的有力工具。放射性的 磷-32(半衰期约14.3天)和 磷-33(约25天)在分子生物学研究中用于标记DNA和蛋白质。磷-32在医学上也曾用于治疗某些血液疾病。

日常生活中

成人体内约含0.7千克磷,大部分以磷酸钙的形式存在于骨骼和牙齿中。几乎所有食物都含有磷,尤其是乳制品、肉类、鱼类和豆类,因此饮食缺磷的情况很少见。

白磷剧毒,在空气中会自燃,所以要保存在水中。农田和废水中流失的磷酸盐可能在湖泊中引发藻华;又因为磷矿储量集中在少数几个国家,从废弃物中回收磷是一个活跃的研究领域。

小知识

  • 白磷的熔点约为317 K(44 °C),只比体温略高一点。
  • 白磷微弱的绿光来自它在空气中的缓慢氧化,而不是放射性。
  • 黑磷可以剥离成只有一个原子厚的薄层,称为磷烯。

同族元素 (15)

数据来源 · 性质:PubChem Periodic Table(美国 NIH/NLM 公开数据)· 原子量:CIAAW 2024 简化标准原子量 · 名称:Wikidata(CC0),韩文名称遵循大韩化学会。获取日期 2026-09-23。