Vilkår

• allotropeAny form af et rent element, der har en tydelig forskellig molekylær struktur til en anden form for det samme element.
• fosfatethvert salt eller ester af phosphorsyre
• adenosintriphosphatet nukleotid, der forekommer i biologiske organismer og anvendes som energikilde i cellulære reaktioner og processer.

fosfor er et grundstof med symbolet P og atomnummer 15. En multivalent ikke-metal af nitrogengruppen, fosfor som mineral er næsten altid til stede i sin maksimalt iltede tilstand som uorganiske fosfatsten. Elementært fosfor findes i to hovedformer — hvidt fosfor og rødt fosfor — men på grund af dets høje reaktivitet findes fosfor aldrig som et frit element på jorden.

mens udtrykket “phosphorescens” er afledt af hvidt fosfors evne til at gløde svagt ved udsættelse for ilt, er den nuværende kemiske forståelse, at dette fænomen faktisk er kemiluminescens, en mekanisme for lysemission, der adskiller sig fra phosphorescens.

betydningen af fosfor

fosfor er afgørende for livet. Som bevis på forbindelsen mellem fosfor og jordliv blev elementært fosfor Historisk først isoleret fra human urin, og knogleaske var en vigtig tidlig fosfatkilde. Som fosfat er det en komponent af DNA, RNA, ATP (adenosintrifosfat) og phospholipiderne, der danner alle cellemembraner. Lave fosfatniveauer er en vigtig grænse for vækst i nogle akvatiske systemer, og den største kommercielle anvendelse af fosforforbindelser til produktion af gødning skyldes behovet for at erstatte det fosfor, som planter fjerner fra jorden.

fosfor findes i flere former (allotroper), der udviser påfaldende forskellige egenskaber.

• de to mest almindelige allotroper er hvidt fosfor og rødt fosfor.
• en anden form, skarlagen fosfor, opnås ved at lade en opløsning af hvidt fosfor i carbondisulfid fordampe i sollys.
• sort fosfor opnås ved opvarmning af hvidt fosfor under højt tryk (ca.12.000 standardatmosfærer eller 1,2 gigapascaler). I udseende, egenskaber og struktur ligner sort fosfor grafit — det er sort og flaky, en leder af elektricitet og har puckered ark af forbundne atomer.
• en anden allotrope er diphosphor; den indeholder en fosfordimer som en strukturel enhed og er meget reaktiv.

hvidt fosfor og beslægtede molekylære former

den vigtigste elementære form for fosfor med hensyn til applikationer er hvidt fosfor. Den består af tetraedriske P4molekyler, hvor hvert atom er bundet til de andre tre atomer ved en enkelt binding. Denne P4 tetraeder er også til stede i flydende og gasformigt fosfor op til temperaturen på 800 liter C, på hvilket tidspunkt det begynder at nedbrydes til P2 molekyler. Fast hvidt fosfor findes i to former; ved lave temperaturer er Lars-formen stabil, og ved høje temperaturer er Lars-formen dominerende. Disse former adskiller sig med hensyn til de relative orienteringer af den konstituerende P4 tetraeder.

hvidt fosfor er det mindst stabile, det mest reaktive, det mest flygtige, det mindst tætte og det mest giftige af allotroperne. Det skifter gradvist til rødt fosfor, en transformation accelereret af lys og varme. Prøver af hvidt fosfor indeholder næsten altid noget rødt fosfor og ser derfor gule ud. Af denne grund kaldes det også gul fosfor. Det lyser i mørke (når det udsættes for ilt) med et meget svagt skær af grønt og blåt, og det er meget brandfarligt og pyroforisk (selvantændende) ved kontakt med luft. Det er også giftigt og forårsager alvorlig leverskade ved indtagelse. På grund af dets pyroforicitet anvendes hvidt fosfor som tilsætningsstof i napalm. Lugten af forbrænding af denne form har en karakteristisk hvidløg lugt, og prøver er almindeligvis belagt med hvid” (di)phosphor pentoksite”, som består af P4O10 tetraeder med ilt indsat mellem phosphoratomer og på deres knudepunkter. Hvidt fosfor er uopløseligt i vand, men opløseligt i carbondisulfid.

rød fosfor

rød fosfor er polymer i struktur. Det kan ses som et derivat af P4 — en af P-P-bindingerne er brudt, og der dannes en yderligere binding mellem de nærliggende tetraeder, hvilket resulterer i en kædelignende struktur. Rødt fosfor kan dannes ved opvarmning af hvidt fosfor til 250 liter C (482 liter F) eller ved at udsætte det for sollys. Fosfor efter denne behandling er amorf. Ved yderligere opvarmning krystalliserer dette materiale. I denne forstand er rødt fosfor ikke en allotrope, men snarere en mellemfase mellem hvidt og violet fosfor, og de fleste af dets egenskaber har en række værdier. For eksempel er frisklavet, lysrødt fosfor meget reaktivt og antændes ved omkring 300 liter c, selvom det stadig er mere stabilt end hvidt fosfor, der antændes ved omkring 30 liter C. Efter langvarig opvarmning eller opbevaring mørkner farven; det resulterende produkt er mere stabilt og antændes ikke spontant i luft.

Fosforproduktion

om 1.000.000 korte tons (910.000 t) elementært fosfor produceres årligt. Calciumphosphat (fosfatsten), der hovedsagelig udvindes i Florida og Nordafrika, kan opvarmes til 1.200-1.500 liter C med sand, som for det meste er SiO2, og koks (urent kulstof) for at producere fordampet P4. Produktet kondenseres derefter til et hvidt pulver under vand for at forhindre iltning med luft.