kifejezések

• allotropea tiszta elem bármely formája, amely egyértelműen eltérő molekulaszerkezettel rendelkezik ugyanazon elem egy másik formájával.
• foszforsav foszforsav sója vagy észtere
• adenozin-trifoszfatea nukleotid, amely biológiai szervezetekben fordul elő, és energiaforrásként használatos celluláris reakciókban és folyamatokban.

a foszfor egy kémiai elem, p szimbólummal és 15 atomszámmal. A nitrogéncsoport többértékű nemfémje, a foszfor mint ásványi anyag szinte mindig jelen van a maximálisan oxidált állapotában, szervetlen foszfát kőzetekként. Elemi foszfor létezik két fő formája-fehér foszfor és vörös foszfor—, de mivel a magas reaktivitás, foszfor soha nem található, mint egy szabad elem a Földön.

míg a “foszforeszkálás” kifejezés a fehér foszfor oxigénnek való kitettség hatására halványan világító képességéből származik, a jelenlegi kémiai megértés az, hogy ez a jelenség valójában kemilumineszcencia, a foszforeszkálástól eltérő fénykibocsátás mechanizmusa.

A foszfor fontossága

a foszfor elengedhetetlen az élethez. A foszfor és a földi élet közötti kapcsolat bizonyítékaként az elemi foszfort történelmileg először izolálták az emberi vizeletből, és a csont hamu fontos korai foszfátforrás volt. Foszfátként a DNS, az RNS, az ATP (adenozin-trifoszfát), valamint az összes sejtmembránt alkotó foszfolipidek összetevője. Az alacsony foszfátszint bizonyos vízi rendszerek növekedésének fontos korlátja, a foszforvegyületek műtrágyák előállításához történő fő kereskedelmi felhasználása annak köszönhető, hogy ki kell cserélni a foszfort, amelyet a növények eltávolítanak a talajból.

a foszfor többféle formában létezik (allotrópok), amelyek feltűnően eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek.

• a két leggyakoribb allotróp a fehér foszfor és a vörös foszfor.
• egy másik formát, a skarlát foszfort úgy állítjuk elő, hogy a szén-diszulfidban lévő fehér foszfor oldata napfényben elpárolog.
• A Fekete foszfort a fehér foszfor nagy nyomás alatt (körülbelül 12 000 standard atmoszféra vagy 1, 2 gigapascal) történő melegítésével nyerik. Megjelenésében, tulajdonságaiban és szerkezetében a fekete foszfor hasonlít a grafitra — ez fekete és pelyhes, áramvezető, és összekapcsolt atomokból álló lapokkal rendelkezik.
• egy másik allotróp a difoszfor; szerkezeti egységként foszfor dimert tartalmaz, és nagyon reaktív.

fehér foszfor és kapcsolódó molekuláris formák

a foszfor legfontosabb elemi formája az alkalmazások szempontjából a fehér foszfor. Tetraéderes P4molekulákból áll, amelyekben minden atom egyetlen kötéssel kötődik a másik három atomhoz. Ez a P4 tetraéder folyékony és gáz halmazállapotú foszforban is jelen van 800 °C hőmérsékletig, ekkor kezd bomlani P2 molekulákká. A szilárd fehér foszfor kétféle formában létezik; alacsony hőmérsékleten a β forma stabil, magas hőmérsékleten pedig az α forma dominál. Ezek a formák különböznek a P4 tetraéder alkotóelemének relatív orientációiban.

a fehér foszfor a legkevésbé stabil, a leginkább reaktív, a leginkább illékony, a legkevésbé sűrű, és a legmérgezőbb az allotropok közül. Fokozatosan vörös foszforra változik,ami fény és hő hatására felgyorsul. A fehér foszfor mintái szinte mindig tartalmaznak vörös foszfort, így sárgának tűnnek. Ezért sárga foszfornak is nevezik. A sötétben (oxigénnel érintkezve) nagyon halvány zöld-kék árnyalattal világít, és levegővel érintkezve rendkívül gyúlékony és piroforos (öngyulladó). Mérgező is, súlyos májkárosodást okozva lenyeléskor. Piroforitása miatt a fehér foszfort a napalm adalékanyagaként használják. Ennek a formának az égési szaga jellegzetes fokhagymaszagú, a mintákat általában fehér “(di)foszfor-pentoxiddal vonják be,” amely P4O10 tetraéderből áll, oxigénnel a foszfor atomok között és csúcsaikban. A fehér foszfor vízben oldhatatlan,de szén-diszulfidban oldódik.

vörös foszfor

a vörös foszfor szerkezetében polimer. Úgy tekinthető, mint a P4 származéka — a p-p kötések egyike megszakad, egy további kötés alakul ki a szomszédos tetraéderek között, ami láncszerű szerkezetet eredményez. A vörös foszfor a fehér foszfor 250 °C-ra (482 °F) történő melegítésével vagy napfénynek való kitettségével alakulhat ki. A foszfor a kezelés után amorf. További melegítés után ez az anyag kristályosodik. Ebben az értelemben a vörös foszfor nem allotróp, hanem egy közbenső fázis a fehér és az ibolya foszfor között, és a legtöbb tulajdonságának értéktartománya van. Például a frissen készített, élénkpiros foszfor nagyon reakcióképes, és körülbelül 300 °C-on meggyullad, bár még mindig stabilabb, mint a fehér foszfor, amely körülbelül 30 °C-on meggyullad. Hosszantartó melegítés vagy tárolás után a szín sötétedik; a kapott termék stabilabb, nem spontán meggyullad a levegőben.

Foszfortermelés

körülbelül 1 000 000 rövid tonna (910 000 t) elemi foszfort állítanak elő évente. A főként Floridában és Észak-Afrikában bányászott kalcium-foszfát (foszfát-kőzet) 1200-1500 °C-ra melegíthető homokkal, ami többnyire SiO2, és koksz (tisztátalan szén) elpárolgott P4 előállításához. A terméket ezután víz alatt fehér porba kondenzálják, hogy megakadályozzák a levegő oxidációját.