termen

• allotropeAny vorm van een zuiver element dat een duidelijk andere moleculaire structuur heeft dan een andere vorm van hetzelfde element.
• fosfaatzout of ester van fosforzuur
• adenosinetrifosfatea-nucleotide dat voorkomt in biologische organismen en wordt gebruikt als energiebron in cellulaire reacties en processen.

fosfor is een scheikundig element met symbool P en atoomnummer 15. Een multivalent niet-metaal van de stikstofgroep, fosfor als mineraal is bijna altijd aanwezig in zijn maximaal geoxideerde staat, als anorganisch fosfaatgesteente. Elementair fosfor bestaat in twee belangrijke vormen — witte fosfor en rode fosfor-maar door zijn hoge reactiviteit wordt fosfor nooit als vrij element op aarde gevonden.

hoewel de term “fosforescentie” afgeleid is van het vermogen van witte fosfor om zwak te gloeien bij blootstelling aan zuurstof, is de huidige chemische opvatting dat dit fenomeen eigenlijk chemiluminescentie is, een mechanisme van lichtemissie dat verschilt van fosforescentie.

belang van fosfor

fosfor is essentieel voor het leven. Als bewijs van het verband tussen fosfor en het aardse leven werd elementair fosfor historisch gezien voor het eerst geïsoleerd uit menselijke urine, en botas was een belangrijke vroege fosfaatbron. Als fosfaat, is het een component van DNA, RNA, ATP (adenosinetrifosfaat), en de fosfolipiden die alle celmembranen vormen. Een laag fosfaatgehalte is een belangrijke beperking van de groei in sommige aquatische systemen, en het belangrijkste commerciële gebruik van fosforverbindingen voor de productie van meststoffen is te wijten aan de noodzaak om de fosfor te vervangen die planten uit de bodem verwijderen.

fosfor bestaat in verschillende vormen (allotropen) die opvallend verschillende eigenschappen hebben.

• De twee meest voorkomende allotropen zijn witte fosfor en rode fosfor.
• een andere vorm, scharlaken fosfor, wordt verkregen door een oplossing van witte fosfor in koolstofdisulfide te laten verdampen in zonlicht.
• zwarte fosfor wordt verkregen door het verhitten van witte fosfor onder hoge druk (ongeveer 12.000 standaard atmosferen, of 1,2 gigapascal). In uiterlijk, eigenschappen en structuur, zwarte fosfor lijkt op grafiet — het is zwart en schilferig, een geleider van elektriciteit, en heeft gerimpeld vellen van gekoppelde atomen.
• een andere allotrope is difosforzuur; het bevat een fosfordimer als structurele eenheid en is zeer reactief.

witte fosfor en verwante moleculaire vormen

de belangrijkste elementaire vorm van fosfor in termen van toepassingen is witte fosfor. Het bestaat uit tetrahedrale P4moleculen, waarin elk atoom is gebonden aan de andere drie atomen door een enkele binding. Dit P4-tetraëder is ook aanwezig in vloeibare en gasvormige fosfor tot een temperatuur van 800 °C, waarna het begint te ontbinden in P2-moleculen. Vast wit fosfor bestaat in twee vormen: bij lage temperaturen is de β-vorm stabiel en bij hoge temperaturen overheerst de α-vorm. Deze vormen verschillen in termen van de relatieve oriëntaties van de samenstellende P4 tetrahedra.

witte Fosforwit fosfor moet worden opgeslagen in een inert medium buiten zuurstof, zoals in minerale olie, zoals hier weergegeven.

witte fosfor is het minst stabiele, het meest reactieve, de meest vluchtige, de minst dichte en de meest toxische van de allotropen. Het verandert geleidelijk aan in rode fosfor, een transformatie versneld door licht en warmte. Monsters van witte fosfor bevatten bijna altijd wat rode fosfor en lijken zo geel. Daarom wordt het ook wel gele fosfor genoemd. Het gloeit in het donker (bij blootstelling aan zuurstof) met een zeer zwakke tint van groen en blauw, en het is zeer ontvlambaar en pyrofoor (zelfontbrandend) bij contact met lucht. Het is ook giftig, waardoor ernstige leverschade bij inname. Vanwege zijn pyroforiciteit wordt witte fosfor gebruikt als additief in napalm. De geur van verbranding van deze vorm heeft een karakteristieke knoflookgeur, en monsters worden vaak bedekt met witte “(di)fosfor pentoxide,” die bestaat uit P4O10 tetrahedra met zuurstof ingebracht tussen de fosforatomen en op hun hoekpunten. Witte fosfor is onoplosbaar in water, maar oplosbaar in koolstofdisulfide.

rode fosfor

rode fosfor is polymere structuur. Het kan worden gezien als een afgeleide van P4-een van de P-P-bindingen wordt verbroken, en een extra binding wordt gevormd tussen de naburige tetraëders, wat resulteert in een keten-achtige structuur. Rode fosfor kan worden gevormd door het verwarmen van witte fosfor tot 250 °C (482 ° F) of door het bloot te stellen aan zonlicht. Fosfor na deze behandeling is amorf. Bij verdere verhitting kristalliseert dit materiaal. In deze zin is rode fosfor geen allotrope, maar eerder een tussenfase tussen witte en violette fosfor, en de meeste van zijn eigenschappen hebben een bereik van waarden. Vers bereide, helderrode fosfor is bijvoorbeeld sterk reactief en ontbrandt bij ongeveer 300 °C, hoewel het nog stabieler is dan witte fosfor, dat ontbrandt bij ongeveer 30 °C. Na langdurige verwarming of opslag wordt de kleur donkerder; het resulterende product is stabieler en ontbrandt niet spontaan in de lucht.

Fosforproductie

jaarlijks wordt ongeveer 1.000.000 korte ton (910.000 t) elementair fosfor geproduceerd. Calciumfosfaat (fosfaatgesteente), meestal gewonnen in Florida en Noord-Afrika, kan worden verwarmd tot 1.200-1.500 °C met zand, dat is meestal SiO2, en cokes (onzuivere koolstof) om verdampte P4 te produceren. Het product wordt vervolgens onder water gecondenseerd tot een wit poeder om oxidatie door lucht te voorkomen.