Fosforgeschiedenis, eigenschappen, structuur, verkrijgen, gebruik

Hij overeenkomst Het is een niet -metalen element dat wordt weergegeven door het chemische symbool P en heeft atoomnummer 15. Het presenteert drie belangrijkste allotrope vormen: witte, rode en zwarte fosfor. Witte fosfor is fosforescerend, brandt spontaan wanneer het wordt blootgesteld aan de lucht en is ook zeer giftig.

Witte fosfor bij 250 ° C temperatuur wordt rode fosfor; Een polymere vorm, onoplosbaar en dat brandt niet in de lucht. Bij hoge temperaturen en drukken, evenals in aanwezigheid of niet van katalysatoren, wordt zwarte fosfor verkregen, die lijkt op grafiet en een goede elektriciteitsgeleider is.

Witte fosfor opgeslagen in een fles met water. Bron: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)]

Phosporus werd voor het eerst geïsoleerd door H. Merk, in 1669. Om dit te doen, gebruikte urine als bron van dit element. In 1770, W. Scheele ontdekte dat hij ook botfosfor kon isoleren.

Vervolgens, vanwege het maken van de elektrische oven door J. Burgess Readman (1800), fosfaatrotsen werden de belangrijkste bron van fosforproductie van fluorapatieterts, aanwezig erin.

Fosfor is het twaalf meer overvloedige element van de aardkorst en vertegenwoordigt 0,1% ervan op gewicht. Bovendien is het het zesde element in overvloed in het menselijk lichaam; voornamelijk geconcentreerd in botten in de vorm van hydroxylapatiet.

Het is daarom een ​​essentieel element voor levende wezens, een van de drie belangrijkste voedingsstoffen van planten worden. Fosfor maakt deel uit van de chemische structuur van nucleïnezuren; van energieopslagverbindingen (ATP), co -enzymen; en in het algemeen van metabolisme verbindingen.

[TOC]

Geschiedenis

- Ontdekking

In de urine

Joseph Wright van Derby Painting waar de fosforontdekking illustreert. Bron: Joseph Wright of Derby [Public Domain]

Fosfor werd geïsoleerd door Henning Brand in 1669, als de eerste mens die een element isoleert. Het merk was een Duitse alchemist uit Hamburg en slaagde erin om een ​​fosforverbinding van urine te verkrijgen. Om dit te doen, verzamelde hij de urine van 50 emmers en liet hij hem ontleden.

Merk verdampte vervolgens de urine en verkreeg een zwartachtig residu, dat enkele maanden vasthield. Aan dit toegevoegde zand en verwarmde, lukt het om gassen en oliën te elimineren. Uiteindelijk kreeg hij een witte vaste stof die in het donker scheen met een groene kleur, die hij "koud vuur" noemde.

De term 'fosfor', komt toevallig uit het Griekse woord 'fosforo's', wat een lichter van licht betekent.

Brand heeft zijn experimentele resultaten niet gepubliceerd en verkocht aan verschillende alchemisten, waaronder: Johann Kraft, Kunckel Lonenstern en Wilhelm Leibniz. Waarschijnlijk meldden sommigen van hen het merkwerk aan de Academie van Wetenschappen van Parijs, waardoor hun onderzoek werd verspreid.

Merk is echter niet echt fosfor isoleren, maar ammoniakaal natriumfosfaat [NH (NH (NH₄) PO₄]. In 1680 verbeterde Robert Boyle de procedure van het merk, waardoor hij een alotrope vorm van fosfor kon krijgen (P₄)).

In de botten

Johan Gottlieb Gahn en Carl Wihelm Scheele hebben in 1769 vastgesteld dat een fosforverbinding, calciumfosfaat, in de botten zat. De ongelovige botten werden onderworpen aan een proces van spijsvertering met sterke zuren, zoals zwavelzuur.

Vervolgens werd het digestieproduct verwarmd in stalen containers met steenkool en kolen, waardoor witte fosfor werd verkregen door destillatie in retort. De botten waren de belangrijkste bron die fosfor verkreeg tot 1840, toen ze voor dit doel werden vervangen door de guano.

In de guano

Guano is een mengsel van vogels van vogels en ontledingsproducten daarvan. Het werd gebruikt als een bron van fosfor en meststoffen in de 19e eeuw.

- Industriële ontwikkeling

Fosfaatrotsen werden in 1850 gebruikt als een fosforbron. Dit, samen met de uitvinding van de elektrische oven om de rotsen te calcineren door James Burges Readman (1888), maakte fosfatieke rotsen de belangrijkste grondstof van fosforproductie en meststoffen.

In 1819 werden cerrilla's fabrieken opgericht, waardoor de industriële ontwikkeling van fosfor begon.

Fysische en chemische eigenschappen

Verschijning

Afhankelijk van de allotrope vorm kan het kleurloos, gesloten wit, geel, dieproerend, rood, violet of zwart zijn.

Atoomgewicht

30.973 u

Atoomnummer (z)

vijftien

Smeltpunt

Witte fosfor: 44.15 ºC

Rode fosfor: ~ 590 ºC

Kookpunt

Witte fosfor: 280,5 ºC

Dichtheid (omgevingstemperatuur)

Wit: 1.823 g/cm³

Rood: 2.2-2,34 g/cm³

Violet: 2.36 g/cm³

Zwart: 2,69 g/cm³

Fusiewarmte

Witte fosfor: 0,66 kJ/mol

Verdampingswarmte

Witte fosfor: 51,9 kJ/mol

Molaire caloriecapaciteit

Witte fosfor: 23.824 J/(mol.K)

Oxidatietoestanden

-3, -2, -1, +1, +2, +3, +4 en +5

Afhankelijk van de elektronegativiteit van de elementen waarmee de fosfor de oxidatietoestand +3 of -3 kan tonen. Fosfor, in tegenstelling tot stikstof, reageert bij voorkeur met oxidatietoestand +5; Dat is het geval van fosfor pentoxide (P₂OF₅ of p₂⁵⁺OF₅²⁺)).

Kan u van dienst zijn: oplosbare materialen

Elektronegativiteit

2,19 op de Pauling -schaal

Ionisatieenergie

-Eerst: 1.101 kJ/mol

-Ten tweede: 2.190,7 kJ/mol

-Derde: 2.914 kJ/mol

Warmtegeleiding

Witte fosfor: 0,236 w/(m · k)

Zwarte fosfor: 12,1 w/(m · k)

Het laat zien hoe zwarte fosfor bijna zes keer meer warmte geleidt dan witte fosfor.

Magnetische volgorde

Wit, rood, violet en zwarte wedstrijden zijn diamagnetisch.

Isotopen

Fosfor heeft 20 isotopen, zijnde de belangrijkste: ³¹P, de enige stabiele isotoop met een overvloed van 100%; ³²P, emitter β isotoop^- en met een halve leven van 14,28 dagen; En ³³P, een β -emitter isotoop^- En met een halfwaardetijd van 25,3 dagen.

Fosforescentie

Witte fosfor is fosforescerend en straalt een groen licht uit in het donker.

Allotrope veranderingen

Witte fosfor is onstabiel en verandert in temperaturen dichtbij 250 ºC in een polymere vorm die bekend staat als rode fosfor, die oranje kan variëren tot paars oranje. Het is een amorfe stof, maar het kan kristallijn worden; Schijnt niet in het donker of brandt in de lucht.

Witte fosfor bij hoge temperaturen en druk, of in aanwezigheid van katalysatoren, wordt getransformeerd in een andere polymere vorm dan rode fosfor: zwarte fosfor. Dit is een zwarte, inerte kristallijne substantie, vergelijkbaar met grafiet, en dat heeft de mogelijkheid om elektriciteit te leiden.

Oplosbaarheid

Witte fosfor puur is onoplosbaar in water, hoewel het kan worden opgelost in koolstofsulfide. Ondertussen zijn rode en zwarte wedstrijden onoplosbaar in het water en zijn ze minder vluchtig dan witte fosfor.

Reactiviteit

Fosfor brandt spontaan in de lucht om de P te vormen₂OF_5, En dit kan op zijn beurt reageren met drie watermoleculen om orthofosforisch of fosforzuur te vormen (h₃Po₄)).

Door werking van heet water is fosfine oorsprong (pH₃) en fosfor oxacides.

Fosforzuur werkt op gefosfeerde rotsen die dihydrogen of superfosfaatcalciumfosfaat veroorzaken [Ca₂Po₄))₂].

U kunt reageren met halogenen om de PX -haliden te vormen₃, het vertegenwoordigen van x tot f, cl, br of i; o Haluros met PX -formule₅, Zijn X, CL of BR.

Fosfor reageert ook met metalen en metalloïden om fosfiden te veroorzaken, en zwavel om verschillende sulfiden te vormen. Aan de andere kant bindt het aan zuurstof om esters te ontstaan. Op dezelfde manier wordt het gecombineerd met koolstof om de fosfor -organische verbindingen te vormen.

Elektronische structuur en configuratie

- Links en tetraëdrische eenheid

Fosforatomen hebben de volgende elektronische configuratie:

[Ne] 3s² 3P³

Daarom zijn vijf elektronen uit Valencia, zoals stikstof en de andere elementen van groep 15. Omdat het een niet -metalen element is, moeten de atomen covalente bindingen vormen totdat de Octeto de Valencia is voltooid. Stikstof bereikt het wanneer vastgesteld als datomische moleculen n₂, Met een drievoudige link, N≡N.

Hetzelfde geldt voor fosfor: twee van zijn P -atomen zijn gekoppeld aan een drievoudige binding om het P -molecuul te vormen₂, P≡P; Dit is, de difosfor alotroop. Fosfor heeft echter een grotere atoommassa dan stikstof, en zijn 3p -orbitalen, meer diffuus dan de 2P stikstof, overlappen met minder efficiëntie; Daarom de P₂ Het bestaat alleen in de gasvormige toestand.

In plaats daarvan, bij kamertemperatuur, organiseren atomen P de voorkeur aan covalent op een andere manier: in een tetraëdrisch molecuul P₄:

P4 moleculaire eenheden in witte fosforkristallen. Bron: Benjah-bmm27 via Wikipedia.

Merk op dat alle P -atomen in het superieure beeld drie eenvoudige links hebben in plaats van een drievoudige link. Dus fosfor in p₄ Voltooi zijn octeto de Valencia. In P₄ Er is spanning in de P-P-links, omdat hun hoeken naar het blote oog gaan van 109,5 ° zijn.

- Alotropen

Witte fosfor

Dezelfde afbeelding van de P -eenheden₄ En de instabiliteit verklaart waarom witte fosfor de meest onstabiele alotrope van dit element is.

De eenheden p₄ Ze zijn in de ruimte geordend om een ​​BCC -kristal (fase α) onder normale omstandigheden te definiëren. Wanneer de temperatuur daalt naar -77,95 ºC, wordt het BCC -glas omgezet in een HCP (vermoedelijk), dichter (β -fase). Dat wil zeggen de P -eenheden₄ Ze zijn besteld in twee alternatieve lagen, A en B, om een ​​abab -reeks vast te stellen ..

Rode fosfor

Rode fosforketenstructuur. Bron: Gabriel Bolívar.

In het bovenste beeld wordt slechts een klein segment van de rode fosforstructuur getoond. Als de drie eenheden uitgelijnd "symmetrisch", kan worden gezegd dat het een kristallijne structuur is, die wordt verkregen door deze fosfor boven 250 ºC te verwarmen.

Rode fosfor echter, meestal bestaat het uit een solide amorf, dus de structuur is rommelig. Dus de polymere ketens van P₄ Ze zouden zonder duidelijk patroon hebben, een boven en anderen onder hetzelfde vlak willekeurig.

Merk op dat dit het belangrijkste structurele verschil is tussen witte en rode fosfor: in de eerste₄ Ze zijn individueel en in de tweede vormketens. Dit is mogelijk omdat een van de P-P-links in de Tetraëder is verbroken om te kunnen linken naar de aangrenzende Tetraëder. Aldus zijn de ringvormige spanning en de rode fosfor verminderd meer stabiliteit.

Kan u van dienst zijn: zink: geschiedenis, eigenschappen, structuur, risico's, gebruik

Wanneer er een mengsel van beide alotropen is, wordt deze in zicht aangeboden als een gele fosfor; Een mengsel van tetraëder en amorfe fosforketens. In feite, witte fosfor.

Violet of Hittorf fosfor

Moleculaire structuur van violet fosfor. Bron: Cadmium bij Engels Wikipedia [Public Domain]

Violet fosfor is de uiteindelijke evolutie van rode fosfor. Zoals te zien is in het superieure beeld, blijft het bestaan ​​uit een polymere ketting; Maar nu zijn de structuren ingewikkelder. Het lijkt erop dat de structurele eenheid niet langer de P is₄ Maar p₂, op zo'n manier gerangschikt dat ze onregelmatige vijfhoekige ringen vormen.

Ondanks hoe asymmetrisch de structuur eruit ziet, slagen deze polymere ketens erin om goed genoeg en periodiek te bestellen, zodat violette fosfor.

Zwarte fosfor

Zwarte fosforstructuur gezien vanuit verschillende hoeken. Bron: Benjah-bmm27 [Public Domain].

En tot slot hebben we de meest stabiele fosfor alotroop: de zwarte kleur. Bereidt de witte fosfor onder een druk van 12.000 ATM.

In de bovenste afbeelding (hieronder) is te zien dat de structuur ervan, uit een hoger vlak, een zekere gelijkenis heeft met die van grafiet; Het is een steil netwerk van zeshoekige ringen (hoewel ze er vierkant uitzien).

In de linkerbovenhoek van de afbeelding kunt u de nieuw becommentarieerde beter waarderen. Moleculaire omgevingen van P -atomen zijn trigonale piramide. Merk op dat de structuurweergave lateraal (rechterbovenhoek) is gerangschikt in lagen die op de andere passen.

De structuur van de zwarte fosfor is vrij symmetrisch en geordend, wat overeenkomt met zijn vermogen om zich te vestigen als ortorrombische kristallen. Het stapelen van zijn polymeerlagen veroorzaakt P -atomen die niet beschikbaar zijn voor veel chemische reacties; En daarom is het aanzienlijk stabiel en weinig reactief.

Hoewel het niet nodig is om het te vermelden, zijn de Londense dispersiekrachten en de molaire massa's van deze fosforische vaste stoffen die welke van zijn fysieke eigenschappen regeren; Terwijl hun structuren en bindingen P-P de chemische eigenschappen en andere definiëren.

Waar is het en verkrijgt

Apatita en fosforiet

Het is het twaalf element van de korst van de aarde en vertegenwoordigt 0,1% ervan op gewicht. Er zijn ongeveer 550 mineralen die fosfor bevatten, waarbij de apatita het belangrijkste mineraal is om fosfor te verkrijgen.

Apatita is een fosfor- en calciummineraal dat variabele hoeveelheden fluoride, chloride en hydroxide kan bevatten, waarvan de formule als volgt is: [CA₁₀(PO₄))₆(F, CL of OH)₂)]. Naast de apatiet zijn er andere fosfor -mineralen van commercieel belang; Dat is het geval van Wavelita en Vivianita.

Fosfaat- of fosforietrots is de belangrijkste fosforbron. Het is een niet-detritische sedimentaire rots met een fosforgehalte van 15-20%. Fosfor is meestal aanwezig als CA₁₀(PO₄))₆F₂ (fluoroapatita). Het is ook aanwezig als hydroxyapatiet, hoewel in mindere mate.

Bovendien is fluoroapatiet te vinden onderdeel van de stolling en metamorfe rotsen, evenals kalksteen en schalie.

Elektrothermische reductie van fluorapatita

Geselecteerde fosfaatrotsen worden overgebracht naar de zuiveringsinstallatie voor verwerking. Aanvankelijk worden ze verpletterd om rotsfragmenten te verkrijgen die vervolgens worden gemalen in balfabrieken met 70 revoluties per minuut.

Vervolgens wordt het product van het slijpen van de rotsfragmenten gezeefd om ze te kunnen fracteren. Die breuken worden gekozen met een 34% fosforgehalte zoals fosfor pentoxide (P₂OF₅)).

Witte fosfor (p₄) Het wordt industrieel verkregen door de elektrothermische reductie van fluorapatiet met koolstof bij een temperatuur van 1.500 ºC in aanwezigheid van siliciumoxide:

2CA₃(PO₄))₂(s) + 6sio₂(s) + 10 c (s) => p₄(g) + Casio₃(L) + co (g)

De P₄ In een gasvormige toestand, na condenseren, wordt het verzameld en opgeslagen als een witte vaste stof die in het water wordt ondergedompeld om te voorkomen dat reageren met de externe lucht.

Legeringen

Koperachtig

De fosforafdekking wordt vervaardigd met verschillende percentages koper en fosfor: Cu 94 % - P 6 %; Cu 92% - P 8%; Cu 85% - P 15%, etc. De legering wordt gebruikt als deoxidant, hydraterende agent voor de koperindustrie en ook als nucleant in de aluminiumindustrie.

Broncine

Het zijn koper-, fosfor- en tinlegeringen die 0,5 - 11% fosfor en 0,01 - 0,35% tin bevatten. Tin verhoogt de corrosieweerstand, terwijl fosfor.

Het wordt gebruikt bij de uitwerking van veren, bouten en in het algemeen in artikelen die vermoeidheid, slijtage en chemische corrosie vereisen. Het gebruik ervan in schippropellers wordt aanbevolen.

Kan u dienen: cadmium (CD): geschiedenis, eigenschappen, structuur, gebruik

Nictelladas

De bekendste legering is de NIP_twintig, Het gebruik van het gefosforeerde nikkel in sterke laslegeringen, om de weerstand tegen chemische erosie, oxidatie en hoge temperaturen te verbeteren.

De legering wordt gebruikt in componenten van gas en reactiemotoren, galvanoplastiek en bij de productie van laselektroden.

Risico's

Witte fosfor produceert ernstige huidbrandwonden en is een krachtig gif dat sterfelijk kan zijn bij een dosis van 50 mg. Fosfor remt celoxidatie, interfereert cellulair zuurstofbeheer, wat kan leiden tot vet degeneratie en de dood van de cel.

Acute fosforvergiftiging produceert binnen de eerste vier dagen na de inlaatbuikpijn, enthousiasme, adem met de geur van knoflook, fosforescerend braken, zweten, spierkrampen en zelfs een schoktoestand.

Vervolgens wordt een geelzucht, petechiae, bloeding, myocardiale affectatie met aritmieën, wijziging van het centrale zenuwstelsel en de dood op de tiende dag van inname gemanifesteerd.

De meest voor de hand liggende manifestatie van chronische fosforvergiftiging is schade aan de botstructuur van de kaak.

Een toename van de plasmafosforconcentratie (hyperfospathia) wordt meestal gepresenteerd bij patiënten met nierfalen. Dit veroorzaakt een abnormale afzetting van fosfaten in zachte weefsels, wat kan leiden tot vasculaire disfunctie en hart- en vaatziekten.

Toepassingen

Fosfor is een essentieel element voor planten en dieren. Het is een van de drie belangrijkste voedingsstoffen van planten, die nodig zijn voor hun groei- en energievereisten. Bovendien maakt het deel uit van nucleïnezuren, fosfolipiden, tussenproducten van metabole processen, enz.

In gewervelde dieren is de fosfor aanwezig in botten en tanden in de vorm van hydroxylapatiet.

- Elementair fosfor

Een doos met wedstrijden of "fosfor". Bron: Pxhere.

Met fosfor wordt een chemisch email vervaardigd dat wordt gebruikt om kennisgevingen op aluminium en zijn legeringen te verlichten; evenals in koper en gefosforeerd brons.

Het wordt ook gebruikt om brandbommen, granaten, rookpompen en tracer -kogels te maken. Rode fosfor wordt gebruikt bij de uitwerking van veiligheidswedstrijden of wedstrijden.

Witte fosfor wordt gebruikt voor de uitwerking van organofosfaat. Bovendien wordt het gebruikt bij de productie van fosforzuur.

Een grote hoeveelheid geproduceerde fosfor wordt verbrand voor de productie van fosfor -tetraxide (P₄OF₁₀), verkregen als een poeder of een vaste stof.

- Verbindingen

Fosfine

Het is de grondstof voor de uitwerking van verschillende fosforverbindingen. Het fungeert als een dopingmiddel voor elektronische componenten.

Fosforzuur

Het wordt gebruikt bij de uitwerking van frisdranken vanwege de karakteristieke smaak die ze verleent. Werken op fosfaatrotsen om dihydrogene calciumfosfaat te vormen₂Po₄))₂], ook bekend als superfosfaat, dat wordt gebruikt als meststof.

Fosforzuur is een elementconditioner van het tandglazuur om de hechting van de materialen van zijn restauratie te vergemakkelijken. Het wordt ook gebruikt, gemengd met olie, ureum, pauze, bitumen en zand, om het asfalt te vormen; Materiaal dat wordt gebruikt bij de reparatie van landcommunicatiekanalen.

Organofosfor

Organofosforverbindingen hebben tal van toepassingen; zoals: vlamvertragers, pesticiden, extractiemiddelen, zenuwactiemiddelen en waterbehandeling.

Dihydraat dihydraat calciumfosfaat

Het wordt gebruikt als meststof, bakpoeder, dierlijk voedseladditief en in de uitwerking van tandheelkundige pasta's.

Fosfor pentoxide

Het wordt gebruikt in chemische analyse als een uitdratingsmiddel en in organische synthese als condensormiddel. De verbinding wordt voornamelijk toegewezen voor de productie van orthofosforzuur.

Natriumtripolyfosfaat

Het wordt gebruikt in wasmiddelen en als een waterontharder, wat de werking van wasmiddelen verbetert en helpt de corrosie van de leidingen te voorkomen.

Trisodisch fosfaat

Het wordt gebruikt als reinigingsmiddel en waterverzachter.

Natriumfosfaten

Dibasisch natriumfosfaat (NA₂HPO₄) en monobasisch natriumfosfaat (NAH₂Po₄) zijn de componenten van een pH -schokdempersysteem, dat zelfs in levende wezens werkt; Onder hen mensen.

Referenties

1. Reid Danielle. (2019). Allotropen van fosfor: vormen, gebruik en voorbeeld. Studie. Hersteld van: studie.com
2. Profit. Robert J. Lancashire. (2014). Lezing 5c. Structuur van de elementen, ga door P, S en I. Hersteld van: chem.Uwimona.Edu.JM
3. Byju's. (2019). Fosfor rood. Hersteld van: byjus.com
4. Bing Li, Ceng-Ceng Ren, Shu-Feng Zhang, et al. (2019). Elektronische structurele en optische eigenschappen van meerlagige blauwe fosfor: een eerste principe-studie. Journal of Nanomaterials, Vol. 2019, artikel ID 4020762, 8 pagina's. doen.org/10.1155/2019/4020762
5. Dr. Deeg Stewar. (2019). Fosfor -elementenfeiten. Chemicool. Hersteld van: chemicool.com
6. Wikipedia. (2019). Fosfor. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
7. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (3 juli 2019). Fosforfeiten (atoomnummer 15 of elementsymbool P). Hersteld van: Thoughtco.com
8. Linus Pauling Institute. (2019). Fosfor. Hersteld van: LPI.Oregonstate.Edu
9. Bernardo Fajardo P. & Héctor Lozano V. (S.F.)). Nationale fosforrotsverwerking voor de productie van superfosfaat. [PDF]. Hersteld van: bdigital.een i.Edu.co
10. De redacteuren van Enyclopaedia Britannica. (16 november 2018). Fosforchemisch element. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: Britannica.com
11. Reade International Corp. (2018). Koperfosfor (beker) legering. Hersteld van: Reade.com
12. KBM Affilips. (27 december 2018). Nikkelfosfor (NIP) Master Alloy. Azom. Hersteld van: Azom.com
13. Lentech B.V. (2019). Periodetabel: fosfor. Hersteld van: Lentech.com
14. Abhijit Naik. (21 februari 2018). Fosforgebruik. Hersteld van: sciencestruck.com