Termini

• Allotropaqualsiasi forma di un elemento puro che ha una struttura molecolare nettamente diversa da un’altra forma dello stesso elemento.
• Fosfatoqualsiasi sale o estere dell’acido fosforico
• adenosina trifosfataun nucleotide che si verifica negli organismi biologici e viene utilizzato come fonte di energia nelle reazioni e nei processi cellulari.

Il fosforo è un elemento chimico con simbolo P e numero atomico 15. Un non metallo multivalente del gruppo azotato, il fosforo come minerale è quasi sempre presente nel suo stato massimamente ossidato, come rocce fosfatiche inorganiche. Il fosforo elementare esiste in due forme principali-fosforo bianco e fosforo rosso – ma a causa della sua elevata reattività, il fosforo non viene mai trovato come elemento libero sulla Terra.

Mentre il termine “fosforescenza” deriva dalla capacità del fosforo bianco di brillare debolmente dopo l’esposizione all’ossigeno, l’attuale comprensione chimica è che questo fenomeno è in realtà chemiluminescenza, un meccanismo di emissione luminosa distinto dalla fosforescenza.

Importanza del fosforo

Il fosforo è essenziale per la vita. Come prova del legame tra fosforo e vita terrestre, il fosforo elementare è stato storicamente isolato dall’urina umana e la cenere ossea è stata un’importante fonte di fosfato precoce. Come fosfato, è un componente di DNA, RNA, ATP (adenosina trifosfato) e fosfolipidi che formano tutte le membrane cellulari. Bassi livelli di fosfato sono un importante limite alla crescita in alcuni sistemi acquatici, e l’uso commerciale principale di composti del fosforo per la produzione di fertilizzanti è dovuto alla necessità di sostituire il fosforo che le piante rimuovono dal terreno.

Il fosforo esiste in diverse forme (allotropi) che presentano proprietà sorprendentemente diverse.

• I due allotropi più comuni sono il fosforo bianco e il fosforo rosso.
• Un’altra forma, il fosforo scarlatto, si ottiene lasciando evaporare una soluzione di fosforo bianco in disolfuro di carbonio alla luce solare.
• Il fosforo nero si ottiene riscaldando il fosforo bianco ad alte pressioni (circa 12.000 atmosfere standard, o 1,2 gigapascal). Nell’aspetto, nelle proprietà e nella struttura, il fosforo nero assomiglia alla grafite: è nero e traballante, un conduttore di elettricità e ha fogli increspati di atomi collegati.
• Un altro allotropo è il difosforo; contiene un dimero di fosforo come unità strutturale ed è altamente reattivo.

Fosforo bianco e relative forme molecolari

La forma elementare più importante di fosforo in termini di applicazioni è il fosforo bianco. Consiste di P4molecole tetraedriche, in cui ogni atomo è legato agli altri tre atomi da un singolo legame. Questo tetraedro P4 è presente anche nel fosforo liquido e gassoso fino alla temperatura di 800 °C, a quel punto inizia a decomporsi in molecole P2. Il fosforo bianco solido esiste in due forme; a basse temperature, la forma β è stabile e ad alte temperature, la forma α è predominante. Queste forme differiscono in termini di orientamenti relativi dei tetraedri costituenti P4.

Il fosforo bianco è il meno stabile, il più reattivo, il più volatile, il meno denso e il più tossico degli allotropi. Si trasforma gradualmente in fosforo rosso, una trasformazione accelerata dalla luce e dal calore. I campioni di fosforo bianco contengono quasi sempre un po ‘ di fosforo rosso e quindi appaiono gialli. Per questo motivo è anche chiamato fosforo giallo. Si illumina al buio (quando esposto all’ossigeno) con una leggera sfumatura di verde e blu, ed è facilmente infiammabile e piroforico (autoaccensione) a contatto con l’aria. È anche tossico, causando gravi danni al fegato dopo l’ingestione. A causa della sua piroforicità, il fosforo bianco è usato come additivo nel napalm. L’odore di combustione di questa forma ha un caratteristico odore di aglio e i campioni sono comunemente rivestiti con pentossido di fosforo bianco “(di)”, costituito da tetraedri P4O10 con ossigeno inserito tra gli atomi di fosforo e ai loro vertici. Il fosforo bianco è insolubile in acqua ma solubile in disolfuro di carbonio.

Fosforo rosso

Il fosforo rosso ha una struttura polimerica. Può essere visto come un derivato di P4-uno dei legami P-P è rotto e un legame aggiuntivo si forma tra i tetraedri vicini, risultando in una struttura a catena. Il fosforo rosso può essere formato riscaldando il fosforo bianco a 250 °C (482 ° F) o esponendolo alla luce solare. Il fosforo dopo questo trattamento è amorfo. Dopo un ulteriore riscaldamento, questo materiale cristallizza. In questo senso, il fosforo rosso non è un allotropo, ma piuttosto una fase intermedia tra fosforo bianco e viola, e la maggior parte delle sue proprietà ha una gamma di valori. Ad esempio, il fosforo rosso brillante appena preparato è altamente reattivo e si accende a circa 300 °C, anche se è ancora più stabile del fosforo bianco, che si accende a circa 30 °C. Dopo un prolungato riscaldamento o stoccaggio, il colore si scurisce; il prodotto risultante è più stabile e non si accende spontaneamente nell’aria.

Produzione di fosforo

Circa 1.000.000 tonnellate corte (910.000 t) di fosforo elementare viene prodotto ogni anno. Il fosfato di calcio (fosfato di roccia), per lo più estratto in Florida e Nord Africa, può essere riscaldato a 1.200-1.500 °C con sabbia, che è per lo più SiO2, e coke (carbonio impuro) per produrre P4 vaporizzato. Il prodotto viene successivamente condensato in una polvere bianca sott’acqua per prevenire l’ossidazione per via aerea.