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Fósforo

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Fósforo
15 P
N

P

Como
silício ← → fósforo enxofre
Aparência
incolor, branco ceroso, amarelo, escarlate, vermelho, violeta, preto

branco ceroso (corte amarelo), vermelho (grânulos de centro esquerda, centro pedaço direita), e violetas fósforo
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número fósforo, P, 15
Pronúncia / f ɒ s f ər ə s / FOS -fər-əs
Categoria elemento metalóide
Grupo, período, bloco 15 (pnictogens), 3, p
Peso atômico padrão 30.973762 (2)
Configuração eletrônica [ Ne ] 3s 2 3p 3
2, 8, 5
Conchas de electrões de fósforo (2, 8, 5)
História
Descoberta Henning Brand (1669)
Reconhecido como um elemento por Antoine Lavoisier (1777)
Propriedades físicas
Fase sólido
Densidade (perto RT) (Branco) 1.823, (vermelho) ≈ 2,2-2,34, (violeta) 2,36, (preto) 2,69 g · cm -3
Ponto de fusão (Branco) de 44,2 ° C, (preto) 610 ° C
Ponto de sublimação (Vermelho) ≈ 416-590 ° C, (violeta) 620 ° C
Ponto de ebulição (Branco) 280,5 ° C
Calor de fusão (Branco) 0,66 kJ mol -1 ·
Calor de vaporização (Branco) 12,4 kJ · mol -1
Capacidade calorífica molar (Branco)
23,824 J · · mol -1 K -1
Pressão de vapor (branco)
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em T (K) 279 307 342 388 453 549
Pressão de vapor (vermelho, bp. 431 ° C)
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em T (K) 455 489 529 576 635 704
Propriedades atômicas
Estados de oxidação 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2, -3
(Moderadamente ácida óxido)
Eletronegatividade 2,19 (escala de Pauling)
Energias de ionização
( Mais)
1º: 1011,8 kJ · mol -1
2: 1907 kJ · mol -1
3: 2914,1 kJ · mol -1
O raio de covalência 107 ± 15:00
Van der Waals raio 180 pm
Miscelânea
A estrutura de cristal triclinic
O fósforo tem uma estrutura cristalina triclinic simples
Ordenamento magnético (Branco, vermelho, violeta, preto) diamagnetic
Condutividade térmica (Branco) 0,236 (preto) 12.1 W · m -1 · K -1
Massa de módulo (Branco) 5, (vermelho) 11 GPa
Número de registo CAS 7723-14-0
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de fósforo
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP
31 P 100% 31 P é estável com 16 neutrões
32 P syn 14,28 d β - 1.709 32 S
33 P syn 25,3 d β - 0,249 33 S

O fósforo é um elemento químico com o símbolo P e número atômico 15. A multivalente metalóide do grupo de azoto, fósforo, tal como um mineral está quase sempre presente no seu estado oxidado no máximo, como inorgânico rochas fosfáticas. Existe fósforo elementar em dois grandes forms- fósforo branco e fósforo, mas vermelhas, devido à sua alta reatividade, fósforo nunca é encontrado como elemento livre na Terra.

A primeira forma de fósforo elementar a ser produzido (fósforo branco, em 1669) emite um brilho fraco em cima da exposição ao oxigénio - daí o seu nome dado da mitologia grega, Φωσφόρος que significa "portador da luz" (latim Lúcifer), referindo-se ao " Estrela da Manhã ", o planeta Vênus . O termo " fosforescência ", significando brilho após a iluminação, deriva originalmente a partir desta propriedade de fósforo, embora esta palavra, uma vez foi usado para um processo físico diferente que produz um brilho. O brilho de fósforo origina-se a partir da oxidação do branco (mas não vermelho) fósforo - um processo agora denominado quimioluminescência.

A grande maioria dos compostos de fósforo são consumidos como fertilizantes . Outras aplicações incluem o papel de compostos organofosforados em detergentes, pesticidas e agentes nervosos, e partidas.

O fósforo é essencial para a vida. Tal como fosfato, é um componente de ADN , ARN, o ATP , e também o fosfolípidos que se formam todas as membranas celulares. Demonstrando a ligação entre o fósforo e vida, fósforo elementar foi historicamente isolado pela primeira vez a partir de urina humana e cinzas de osso foi uma importante fonte de fosfato cedo. Minerais de fosfato são fósseis. Baixos níveis de fosfato são um limite importante para o crescimento em alguns sistemas aquáticos. O uso comercial de compostos de fósforo principal para a produção de fertilizantes é devido à necessidade de substituir o fósforo que as plantas remover do solo.

Características

Físico

P 4 molécula

O fósforo existe como várias formas ( allotropes ) que exibem propriedades notavelmente diferentes. Os dois alótropos mais comuns são fósforo branco e fósforo vermelho. Outra forma, escarlate fósforo, é obtido deixando uma solução de fósforo em branco dissulfureto de carbono se evapore sob a luz solar. Preto fósforo é obtido por aquecimento de fósforo branco sob pressões elevadas (cerca de 12.000 atmosferas normalizadas ou 1,2 gigapascals). Na aparência, propriedades e estrutura, assemelha-se grafite, ser negro e escamosa, um condutor de eletricidade, e enrugada folhas de átomos ligados. Outra é allotrope difosforoso; que contém um fósforo dímero como uma unidade estrutural e é altamente reactivo.

Fósforo branco
O fósforo branco expostos ao ar brilha na escuridão

Fósforo branco e formas moleculares relacionados

A forma mais importante de fósforo elementar a partir da perspectiva de aplicações e literatura química é fósforo branco. É constituída por quatro moléculas de P tetraédricas, em que cada átomo é ligado aos outros três átomos por uma ligação simples. Este P 4 tetraedro também está presente em fósforo líquido e gasoso até a temperatura de 800 ° C quando se começa a decompor P 2 moléculas. Branco sólido existe em duas formas. Em baixas temperaturas-, a forma β é estável. At-altas temperaturas a forma α é predominante. Estas formas diferem em termos das orientações relativas do componente P 4 tetraedros.

O fósforo branco é a menos estável, o mais reactivo, o mais volátil, a menos densa , e o mais tóxico das formas alotrópicas. O fósforo branco muda gradualmente ao fósforo vermelho. Esta transformação é acelerada pela luz e calor, e as amostras de fósforo branco quase sempre conter algum fósforo vermelho e, consequentemente, uma aparência amarela. Por esta razão, é também chamado fósforo amarelo. Ele brilha no escuro (quando exposto ao oxigênio), com um leve tom de verde e azul, é altamente e inflamável pirofórico (auto-inflamabilidade) ao entrar em contato com o ar e é tóxico (causando lesão hepática grave por ingestão). Devido à sua piroforicidade, fósforo branco é utilizado como um aditivo em napalm. O odor de combustão deste tipo tem um cheiro característico de alho, e as amostras são normalmente revestidos com branco "(di) pentóxido de fósforo ", que consiste em P 4 O 10 tetraedros com oxigénio inserido entre os átomos de fósforo e os seus vértices. O fósforo branco é insolúvel em água mas solúvel em dissulfeto de carbono.

Thermolysis (quebrado) de P 4 em 1100 kelvin) dá difosforoso, P 2. Esta espécie não é estável como um sólido ou líquido. A unidade dimérica contém uma ligação tripla e é análogo ao N 2. Também pode ser gerado como um intermediário transiente em solução por termólise de reagentes precursores de organo fósforo. A temperaturas ainda mais elevadas, P 2 se dissocia em P. atômica

Embora o termo fosforescência é derivado de fósforo, a reação que dá fósforo seu brilho, é chamada de quimiluminescência (brilhando devido a uma reação química frio), não fosforescência (luz que anteriormente caiu sobre uma substância e animado re-emissores de luz).

Estrutura cristalina do fósforo vermelho
fósforo vermelho

O fósforo vermelho

O fósforo vermelho é polimérico na estrutura. Pode ser visto como um derivado de P 4, em que uma ligação PP é quebrado, e uma ligação adicional é formado com o tetraedro vizinha resultando numa estrutura do tipo cadeia. O fósforo vermelho pode ser formado por aquecimento de fósforo branco a 250 ° C (482 ° F) ou por exposição à luz solar fósforo branco. Fósforo após este tratamento é amorfo. Após aquecimento adicional, este material cristaliza. Neste sentido, o fósforo vermelho não é um alótropo, mas sim uma fase intermediária entre o branco e violeta de fósforo, e a maioria das suas propriedades têm uma gama de valores. Por exemplo, recentemente preparada, de fósforo vermelho brilhante é altamente reactivo e inflama-se a cerca de 300 ° C, embora ainda seja mais estável do que o fósforo branco, que inflama a cerca de 30 ° C. Após o aquecimento ou armazenamento prolongado, as escurece cor (ver imagens de Infobox); o produto resultante é mais estável e não se inflamam espontaneamente no ar.

Fósforo violeta

Fósforo violeta é uma forma de fósforo que pode ser produzido por um dia de duração do recozimento de fósforo vermelho acima de 550 ° C. Em 1865, Hittorf descoberto que, quando o fósforo foi recristalizado a partir de fundido de chumbo , uma forma vermelho / púrpura é obtido. Por isso, esta forma é conhecida como "fósforo de Hittorf" (ou violeta ou α-metálicos fósforo).

Estrutura cristalina do fósforo preto

Fósforo Preto

Negro de fósforo é o alótropo menos reactivo e a forma termodinamicamente estável abaixo de 550 ° C. É também conhecido como fósforo β-metálico e tem uma estrutura que se assemelha um pouco de que grafite. Altas pressões são geralmente necessários para a produção de negro de fósforo, mas também podem ser produzidos em condições ambientais, utilizando sais metálicos como catalisadores.

Propriedades de alguns alótropos do fósforo
Forma branco (α) branco (β) violeta preto
Simetria Cúbica de corpo centrado Triclínico Monoclinic Orthorhombic
Símbolo Pearson aP24 mP84 OS8
Grupo espacial I 4 3m P 1 No.2 P2 / c No.13 CMCA No.64
Densidade (g / cm 3) 1.828 1.88 2.36 2.69
Bandgap (eV) 2.1 1,5 0.34
?ndice de refração 1,8244 2.6 2.4

Isótopos

Vinte e três isótopos de fósforo são conhecidos, incluindo todas as possibilidades de 24 de P até 46 P. Apenas 31 P é estável e é, por conseguinte, presente em 100% de abundância. A semi-inteiro spin nuclear e alta abundância de 31 P make fósforo-31 espectroscopia de RMN de uma ferramenta analítica muito útil em estudos de amostras contendo fósforo.

Dois isótopos radioactivos de fósforo têm semi-vidas que os tornam úteis para experiências científicas. 32 P tem uma meia-vida de 14,262 dias 33 e P tem uma meia-vida de 25,34 dias. As biomoléculas podem ser "etiquetados" com um radioisótopo para permitir o estudo de amostras muito diluídas.

Radioactivos isótopos de fósforo incluem

  • 32 P, uma beta-emissor (1.71 MeV) com uma semi-vida de 14,3 dias, que é usada rotineiramente em laboratórios de ciências da vida, principalmente para produzir radiomarcado ADN e ARN sondas, por exemplo para utilização em As transferências de Northern ou Southern blots. Uma vez que as partículas beta de alta energia produzidos pele penetrar e córneas , e porque todo o 32 P ingeridos, inalados, ou absorvida é prontamente incorporado em osso e ácidos nucleicos, Occupational Safety and Health Administration nos Estados Unidos, e instituições similares em outros países desenvolvidos exigem que um jaleco, luvas descartáveis e óculos de segurança ou óculos de ser usado quando se trabalha com 32 P, e que trabalhar diretamente sobre um recipiente aberto ser evitados, a fim para proteger os olhos. Monitoramento, roupas e contaminação da superfície pessoal também é necessária. Além disso, devido à elevada energia das partículas beta, protegendo desta radiação com os materiais densos normalmente utilizados (por exemplo, chumbo), dá origem à emissão secundária de Os raios X através Bremsstrahlung (radiação de frenagem). Portanto blindagem deve ser realizado com materiais de baixa densidade, por exemplo de Plexiglas (Lucite), outros plásticos, água, ou (quando a transparência não é necessária), mesmo de madeira.
  • 33 P, um beta-emissor (0.25 MeV) com uma semi-vida de 25,4 dias. Ela é usada em laboratórios de ciências de vida em aplicações nas quais menores emissões de energia beta são vantajosas, tais como DNA sequenciamento.

Ocorrência

Em termos de nucleossíntese estelar, formas estáveis de fósforo são produzidos em grandes (superiores a 3 massas solares) estrelas pela fusão de duas oxigênio átomos juntos. Isto exige temperaturas superiores a 1000 megakelvins.

O fósforo não é encontrado livre na natureza, mas é amplamente distribuído em diversos minerais , principalmente fosfato. Fontes comerciais historicamente importantes, mas limitadas foram orgânicos, tais como cinza de ossos e (no último século 19) guano. Rocha de fosfato inorgânico, que é parcialmente feita de apatita (um tri-cálcio mineral impuro fosfato), é hoje a fonte comercial principal deste elemento. Cerca de 50 por cento das reservas mundiais de fósforo estão nas nações árabes. Grandes depósitos de apatita estão localizados na China , Rússia , Marrocos , Florida , Idaho, Tennessee, Utah, e em outros lugares. Albright e Wilson no Reino Unido ea sua Niagara Falls planta, por exemplo, estavam usando rocha fosfática na década de 1890 e 1900 de Tennessee, Flórida, ea Îles du Connétable ( fontes ilha de guano fosfato); em 1950 eles estavam usando fosfato de rocha principalmente a partir de Tennessee e norte da ?frica. No início de 1990 de Albright e Wilson negócio ácido fosfórico molhado purificada estava sendo prejudicado por vendas de rocha fosfática por parte da China e da entrada de seus fornecedores de longa data de fosfato marroquinas no negócio de ácido fosfórico molhado purificada.

Em 2012, o USGS estimou 71 bilhões de toneladas de reservas de mundo, onde as figuras de reserva referem-se ao montante recuperável assumiu a preços correntes de mercado; 0.190 milhões de toneladas foram minadas em 2011.

Relatórios recentes sugerem que a produção de fósforo pode ter atingido o pico, levando à possibilidade de escassez mundial em 2040. Em 2007, a taxa de consumo, a oferta de fósforo foi estimada a esgotar-se em 345 anos. No entanto, alguns cientistas acreditam agora que um " fósforo pico "irá ocorrer em 30 anos e que" No ritmo atual, as reservas estarão esgotados nos próximos 50 a 100 anos. "O fósforo compreende cerca de 0,1% da massa da rocha média e, consequentemente, de suprimentos da Terra é grande, embora diluída .

Produção

A maior parte dos compostos contendo fósforo são produzidos para utilização como fertilizantes. Para este efeito, os minerais contendo fosfato são convertidos em ácido fosfórico. Duas rotas distintas são empregadas, sendo o principal tratamento de minerais de fosfato com ácido sulfúrico. O outro processo utiliza fósforo branco, que podem ser produzidos pela reacção e destilação a partir de fontes de fosfato grau muito baixo. O fósforo branco é então oxidado para o ácido fosfórico e subsequentemente neutralizado com uma base para dar sais de fosfato. De ácido fosfórico obtida via fósforo branco é relativamente puro e é a principal fonte de fosfatos utilizados em detergentes e outras aplicações não-fertilizantes.

Fósforo elementar

Atualmente, cerca de 1.000.000 toneladas curtas (910.000 t) de fósforo elementar é produzido anualmente. Fosfato de cálcio (fosfato de rocha), geralmente extraído em Florida e Norte da ?frica, pode ser aquecido a 1200-1500 ° C com areia, que é principalmente SiO2, e coque (carvão impuro) para produzir P vaporizado 4. O produto é subsequentemente condensado em forma de um pó branco sob a água para evitar a oxidação pelo ar. Mesmo debaixo de água, fósforo branco é lentamente convertido no fósforo vermelho mais estável alótropo . A equação química para este processo quando começando com fluoroapatite, um mineral de fosfato comum, é:

4 Ca 5 (PO 4) 3 F + 18 SiO2 + 30 C → 3 P 4 + 30 + 18 CO CaSiO3 + 2 CaF2

Produtos secundários de esta produção incluem ferrofósforos, uma forma grosseira de Fe 2 P, decorrentes de impurezas de ferro nos precursores minerais. O silicato escória é um material de construção útil. O flúor é, por vezes, recuperada para uso em fluoretação da água. Mais problemática é uma "lama", que contêm quantidades significativas de fósforo branco. Produção de fósforo branco é realizado em grandes instalações, em parte, porque é muita energia. O fósforo branco é transportado na forma fundida. Alguns acidentes graves têm ocorrido durante o transporte, treinar descarrilamentos em Brownston, Nebraska e Miamisburg, Ohio levou a grandes incêndios. O pior incidente nos últimos tempos foi um problema ambiental em 1968, quando o mar ficou contaminada devido a derrames e / ou inadequadamente tratada de esgoto de uma fábrica de fósforo branco em Placentia Bay, Newfoundland.

Outro processo através do qual é extraído fósforo elementar inclui a aplicação a altas temperaturas (1500 ° C):

2 Ca 3 (PO 4) 2 + 6 SiO2 + 10 C → 6CaSiO 3 + 10 + P CO 4

Thermphos Internacional é a única produtora de fósforo elementar com a capacidade anual de 80.000 t fornecidos por uma fábrica em Vlissingen, Países Baixos da Europa.

Compostos

Oxoacids de fósforo

Oxoacids fósforo são extensas, muitas vezes comercialmente importante, e às vezes estruturalmente complicado. Eles têm todos os prótons ácidos ligados a átomos de oxigênio e alguns têm prótons não ácidos que estão ligados directamente ao fósforo. Embora muitos oxoacids de fósforo são formadas, apenas nove são importantes, e três deles, ácido hipofosforoso, ácido fosforoso e ácido fosfórico, particularmente importantes são aqueles.

Estado de oxidação Fórmula Nome Prótons ácidos Compostos
+1 HH 2 PO 2 ?cido hipofosforoso 1 ácidos, sais
+3 H 2 HPO 3 O ácido fosforoso 2 ácidos, sais
+3 HPO 2 ácido metaphosphorous 1 sais
+3 H 3 PO 3 (Orto) ácido fosforoso 3 ácidos, sais
5 (HPO 3) n ?cido metafosfórico n sais (n = 3,4,6)
5 H (HPO 3) n OH ácidos polifosfóricos n + 2 ácidos, sais (n = 1-6)
5 H 5 P 3 O 10 ácido tripolifosfórico 3 sais
5 H 4 P 2 O 7 ácido pirofosfórico 4 ácidos, sais
5 H 3 PO 4 (Orto) ácido fosfórico 3 ácidos, sais

Fósforo (V) compostos

Óxidos

Os compostos mais prevalentes de fósforo são derivados de fosfato (PO 4 3-), um anião tetraédrico. O fosfato é a base conjugada do ácido fosfórico, que é produzida em grande escala para utilização em fertilizantes. Sendo triprotic, ácido fosfórico converte gradualmente até três bases conjugadas:

H 3 PO 4 + H2O está em equilíbrio com H 3 O + H 2 PO 4 - K a1 = 7,25 x 10 -3
H 2 PO 4 - + H2O está em equilíbrio com H3O + + K HPO 4 2- a2 = 6,31 x 10 -8
HPO 4 2- + H2O está em equilíbrio com H 3 O + + PO 4 3- K a3 = 3,98 × 10 -13

Fosfato apresenta a tendência para formar cadeias e anéis com ligações POP. Muitos polifosfatos são conhecidos, incluindo ATP . Os polifosfatos surgir por desidratação de fosfatos de hidrogénio, tais como HPO 4 2- e H 2 PO 4 -. Por exemplo, o trifosfato trissódico industrialmente importante (também conhecido como tripolifosfato de sódio, o STPP) é produzido industrialmente numa escala megatonne através desta reacção de condensação:

2 Na 2 [(HO) PO 3] + N ~ [(HO) 2 PO 2] → de Na 5 [O 3 POP (O) 2 -O-PO 3] + 2 H2O

Pentóxido de fósforo (P 4 O 10), é a anidrido de ácido de ácido fosfórico, mas vários intermediários são conhecidos entre os dois. Esta cera reage sólidos brancos vigorosamente com água.

A estrutura tetraédrica de P 4 S 10 e P 4 S 10.

Com metálicos catiões , fosfato forma uma variedade de sais. Estes sólidos são poliméricos, com ligações POM. Quando o catião de metal tem uma carga de 2+ ou 3+, os sais são geralmente insolúveis, portanto, eles existem como minerais comuns. Muitos sais de fosfato são derivados a partir de fosfato de hidrogénio (HPO 4 2-).

PCl 5 e PF 5 são compostos comuns. Ambos são volátil e pálido ou incolor. Os outros dois halogenetos, PBr 5 e 5 PI PI 5 são instáveis. O pentacloreto e pentafluoride adoptar bipirâmide trigonal geometria molecular e são ?cidos de Lewis. Com fluoreto, PF 5 formas PF6 -, um anião que é isoeletrônica com SF 6. O mais importante é oxi-halogeneto de oxicloreto de fósforo (POCI3), a qual é tetraédrica.

Antes de cálculos computacionais extensos eram viáveis, foi proposto que a ligação em fósforo (V) compostos envolvidos orbitais d. Aceita-se agora que a ligação pode ser melhor explicada por teoria orbital molecular e envolve apenas S- e orbitais p sobre o fósforo.

Nitretos

Os compostos da fórmula (2) PNCL n existem principalmente como anéis, tais como o trimer hexachlorophosphazene. Os fosfazenos surgir por tratamento de pentacloreto de fósforo com cloreto de amónio: PCl 5 + NH 4 Cl → 1 / N (NPCl 2) n + 4 HCl Os grupos cloreto pode ser substituído por alcóxido (RO -) para dar origem a uma família de polímeros com propriedades potencialmente úteis.

Sulfetos

Fósforo forma uma vasta variedade de sulfuretos, em que o fósforo pode ser P (V), P (III) ou outros estados de oxidação. O mais famoso é o de três vezes simétrica P 4 S 3 utilizadas em greve em qualquer lugar corresponde. P 4 S 10 e P 4 O 10 têm estruturas análogas.

Compostos de fósforo (III)

Fosfina (PH3) e os seus derivados orgânicos (PR 3) são análogos estruturais com amoníaco (NH3), mas os ângulos de ligação em fósforo estão mais próximas de 90 ° para a fosfina e os seus derivados orgânicos. É um mal-cheirosa, composto tóxico. A fosfina é produzido por hidrólise de fosforeto de cálcio, Ca 3 P 2. Ao contrário de amoníaco, fosfina é oxidado pelo ar. A fosfina é também muito menos básica de amoníaco.

Todos os quatro simétricos tri-halogenetos são bem conhecidos: gasoso PF 3, os líquidos amarelados PCI3 e PBr3 , e o sólido PI3. Estes materiais são sensíveis à humidade, a hidrólise para dar o ácido de fósforo. O tricloreto de um reagente comum, é produzido por cloração de fósforo branco:

P 4 + 6 Cl 2 → 4 PCI3

O trifluoreto é produzido por do tricloreto por permuta de halogeneto. PF 3 é tóxico porque se liga aos hemoglobina.

Óxido de fósforo (III), P 4 O 6 (também chamado hexa-óxido tetraphosphorus) é o anidrido de P (OH) 3, o tautómero menor de ácido fosforoso. A estrutura de P 4 O 6 é semelhante ao de P 4 O 10, menos os grupos de óxido de terminais.

Oxihaletos combinada e oxyhydrides de fósforo (III) são quase desconhecidos.

Compostos organofosforados

Os compostos com PC e POC títulos muitas vezes são classificados como compostos organofosforados. Eles são amplamente utilizados comercialmente. O PCl3 serve como fonte de P 3+ em rotas para organofosforados compostos (III). Por exemplo, é o precursor trifenilfosfina:

PCl 3 + 6 Na + 3 C 6 H 5 Cl → P (C 6 H 5) 3 + 6 de NaCl

O tratamento de tri-halogenetos de fósforo, com álcoois e fenóis , por exemplo, dá fosfitos trifenilfosfito:

PCl 3 + 3 C 6 H 5 OH → P (OC 6 H 5) 3 + 3 HCl

Reacções semelhantes ocorrer por oxicloreto de fósforo , obtendo-se trifenilfosfato:

OPCl 3 + 3 C 6 H 5 OH → OP (OC 6 H 5) 3 + 3 HCl

Fósforo (I) e (II) de fósforo compostos

Estes compostos geralmente apresentam ligações PP. Exemplos incluem derivados de fosfina e organophosphines catenated. O gás altamente inflamável difosfina (P 2 H 4) é o primeiro de uma série de derivados deste tipo. Difosfina é um análogo hidrazina. Compostos contendo P = P ligações duplas também têm sido observadas, embora sejam raras.

Um estábulo diphosphene, um derivado de fósforo (I).

Fosforetos

O ião fosforeto é P 3-. Fosforetos surgir por reacção de metais com fósforo vermelho. Os sais de 3- P não existem em solução e estes derivados são refractário, reflectindo a sua alta energia de rede. Ilustrado pelo comportamento fosforeto de cálcio, muitas fosforetos de metal hidrolisar em água com liberação de fosfina:

Ca 3 P 2 + 6 H2O → de PH 2 3 3 + Ca (OH) 2

Schreibersite é um fosforeto que ocorre naturalmente encontrado em meteoritos. Muitos polyphosphides são conhecidos, como derivados da OSP 2. Estes podem ser estruturalmente complexa que varia a partir de Na 3 P 7 e P 26 derivados de 4-. Muitas vezes, essas espécies adotar estruturas de gaiola que se assemelham fragmentos de fósforo violeta.

Ortografia e etimologia

O nome de fósforo na Grécia Antiga era o nome para o planeta Vênus e é derivado do grego palavras (φως = luz, φέρω = carry), que traduz aproximadamente como portador da luz ou veículo leve. (Na mitologia grega e tradição, Augerinus (Αυγερινός = estrela da manhã, em uso até hoje), Hesperus ou Hesperinus (Εσπερος ou Εσπερινός ou Αποσπερίτης = estrela da noite, em uso até hoje) e Eosphorus (Εωσφόρος = dawnbearer, não estiver em uso para o planeta depois do Cristianismo) são homólogos próximos, e também associado com Fósforo-o-planeta).

De acordo com o Dicionário de Inglês Oxford, a grafia correta do elemento é fósforo. A palavra de fósforo é a forma adjetiva da P 3+ valência: assim, como enxofre formas de enxofre compostos ic ous e enxofre, o fósforo nos forma de fósforo compostos ous (por exemplo, ácido fosfórico) e P 5 + valência de fósforo compostos IC (por exemplo, ácido fosfórico e fosfatos).

História e descoberta

O fósforo foi o elemento 13 a ser descoberto. Por este motivo, e também devido à sua utilização em explosivos, venenos e agentes nervosos, ele é por vezes referido como "elemento do diabo". Foi o primeiro elemento a ser descoberto que não era conhecido desde os tempos antigos. A descoberta do fósforo é creditado ao alquimista alemão Hennig Brand em 1669, embora outros químicos pode ter descoberto fósforo em torno do mesmo tempo. Marca experimentou com urina, que contém quantidades consideráveis de fosfatos dissolvidos de metabolismo normal. Trabalhando em Hamburgo , Brand tentou criar o lendário pedra filosofal através da destilação de alguns sais de evaporação da urina, e no processo produzido um material branco que ardeu no escuro e queimado brilhante. Foi nomeado mirabilis fósforo ("portador de luz milagrosa"). Seu processo originalmente envolvidos deixar a urina ficar por dias até que ele exalava um cheiro terrível. Então ele fervida para baixo até formar uma pasta, esta pasta aquecida a uma temperatura elevada, e levou os vapores através da água, onde ele esperava que eles condensam para o ouro. Em vez disso, ele obteve uma substância branca, cerosa que brilhava no escuro. Marca tinha descoberto fósforo, o primeiro elemento descoberto desde a antiguidade. Sabemos agora que a marca produziu fosfato de hidrogénio e sódio de amônio, (NH 4) NaHPO4. Enquanto as quantidades eram essencialmente correta (que demorou cerca de 1.100 L de urina para fazer cerca de 60 g de fósforo), não era necessário para permitir que a urina a apodrecer. Cientistas mais tarde viria a descobrir que a urina fresca produziu a mesma quantidade de fósforo.

Robert Boyle

Marca no primeiro tentou manter o método secreto, mas depois vendeu a receita para 200 táleres para D Krafft de Dresden, que agora poderia torná-lo tão bem, e percorreu grande parte da Europa com ele, incluindo a Inglaterra, onde se reuniu com Robert Boyle . O segredo que ela foi feita a partir de urina e vazou primeiro Johann Kunckel (1630-1703), na Suécia (1678) e mais tarde Boyle em Londres (1680) também conseguiu fazer fósforo. Boyle diz que Krafft não lhe deu informações sobre a preparação de outros fósforo do que o que foi derivado de "um pouco que pertenciam ao corpo de homem". Isso deu uma pista valiosa Boyle, no entanto, de modo que ele, também, conseguiu fazer com que o fósforo, e publicou o método de sua fabricação. Mais tarde, ele melhorou processo de Brand, usando areia na reação (ainda utilizando urina como material de base),

4 NaPO3 + 2 SiO2 + 10 C → 2 Na 2 SiO 3 + 10 + P CO 4

Robert Boyle foi o primeiro a usar fósforo para acender talas de madeira com ponta de enxofre, precursores dos nossos jogos modernos, em 1680.

Em 1769 Johan Gottlieb e Gahn Carl Wilhelm Scheele mostrou que o fosfato de cálcio (Ca 3 (PO 4) 2) é encontrada em ossos, e eles obtiveram fósforo elementar a partir de cinzas de osso. Antoine Lavoisier reconhecido como um elemento fósforo em 1777. cinzas óssea foi a principal fonte de fósforo até a 1840. O método iniciado por torrefacção ossos, em seguida, empregue a utilização de argila retortas envolto em um forno de tijolo muito quente para destilar o produto fósforo elementar altamente tóxico. Alternativamente, fosfatos precipitados poderia ser feita a partir de ossos de terra-se que tinha sido de-lubrificados e tratados com ácidos fortes. fósforo branco pode ser, em seguida, ser feito por aquecimento dos fosfatos precipitados, misturado com carvão ou terra carvão vegetal em uma panela de ferro, e destilação de vapor de fósforo em um retorta. Monóxido de carbono e outros gases inflamáveis produzidos durante o processo de redução foram queimados em uma pilha flare.

Na década de 1840, a produção de fosfato mundo virou-se para a mineração de depósitos ilha tropical formado a partir de aves e morcegos guano (ver também Guano Islands Act). Estes tornaram-se uma importante fonte de fosfatos de fertilizantes na segunda metade do século 19.

Rocha de fosfato, um mineral que contém fosfato de cálcio, foi usado pela primeira vez em 1850 para fazer o fósforo, e na sequência da introdução do forno a arco elétrico em 1890, a produção de fósforo elementar trocou o aquecimento osso-cinzas, a produção de arco elétrico de rocha fosfática. Após a depleção de fontes de guano mundo aproximadamente ao mesmo tempo, os fosfatos minerais tornou-se a principal fonte de produção de fertilizantes de fosfato. Produção de rocha fosfática aumentou muito após a Segunda Guerra Mundial, e continua a ser a fonte primária mundial de fósforo e produtos químicos de fósforo hoje. Veja o artigo sobre fósforo pico para obter mais informações sobre a história eo atual estado de mineração de fosfato. Fosfato natural continua a ser uma matéria-prima na indústria de fertilizantes, onde é tratada com ácido sulfúrico para produzir vários " superfosfato "produtos fertilizantes.

O fósforo branco foi feito comercialmente pela primeira vez no século 19 para o indústria jogo. Este utilizado cinza de osso para uma fonte de fosfato, tal como descrito acima. O processo de osso-cinzas tornou-se obsoleto quando o forno a arco submerso para a produção de fósforo foi introduzido para reduzir rocha fosfática. O método permitiu a produção de forno eléctrico para aumentar ao ponto em que o fósforo podia ser utilizada em armas de guerra. Na Primeira Guerra Mundial foi usado em bombas incendiárias, cortinas de fumaça e balas traçantes. Uma bala especial incendiário foi desenvolvido para atirar em hidrogênio -filled Zepelins mais de Grã-Bretanha (hidrogênio sendo altamente inflamável se ele pode ser inflamado). Durante a Segunda Guerra Mundial , Coquetéis molotov de benzeno e fósforo foram distribuídos na Grã-Bretanha para os civis especialmente selecionados dentro da operação resistência britânica, para a defesa; e fósforo bombas incendiárias foram usadas na guerra em grande escala. Queimando fósforo é difícil de se extinguir e se espirrada na pele humana tem efeitos terríveis.

Jogos adiantados usaram fósforo branco em sua composição, que era perigoso devido à sua toxicidade. Assassinatos, suicídios e acidentais envenenamentos resultou da sua utilização. (Um conto apócrifo fala de uma mulher tentar assassinar o marido com fósforo branco em sua comida, que foi detectado pelo ensopado de emitindo vapor luminosa). Além disso, a exposição aos vapores deu aos trabalhadores uma grave jogo necrose dos ossos da mandíbula, o infame " mandíbula phossy ". Quando um processo seguro para a fabricação de fósforo vermelho foi descoberto, com sua inflamabilidade e toxicidade muito menor, as leis foram promulgadas, sob a Convenção de Berna (1906), requerendo a sua adopção como uma alternativa mais segura para a fabricação jogo. A toxicidade de fósforo branco levou à interrupção do que usar nos jogos. Em uma coincidência histórica, os Aliados usaram fósforo bombas incendiárias na II Guerra Mundial para destruir Hamburgo, o lugar onde o "portador de luz milagrosa" foi descoberto pela primeira vez.

O brilho, a explicação, e o termo derivado dele

. Ele era conhecido desde os tempos primitivos que o brilho verde que emana de fósforo branco iria persistir por um tempo em um frasco com rolha, mas, em seguida, deixar de Robert Boyle na década de 1680 atribuiu-a "debilidade" do ar; na verdade, é oxigénio sendo consumido. Por volta do século 18, sabia-se que com oxigênio puro, o fósforo não brilha em tudo; há apenas um intervalo de pressão parcial no que ele faz. O calor pode ser aplicado para conduzir a reacção a pressões mais elevadas.

Em 1974, o brilho foi explicado por RJ van Zee e AU Khan. A reacção com o oxigénio tem lugar na superfície do sólido (ou líquidos) de fósforo, formando as moléculas de vida curta HPO e P 2 ó 2 que ambos emitem luz visível. A reacção é lenta e apenas muito pouco dos intermediários são necessários para produzir a luminescência, por conseguinte, o longo período de tempo o brilho continua em um frasco rolhado.

Desde aquela época, fósforos e fosforescência foram usadas livremente para descrever substâncias que brilham no escuro, sem queima. No entanto, como mencionado acima, mesmo que o termo fosforescência foi originalmente inventado como um termo, por analogia com o brilho da oxidação de fósforo elementar, é agora reservado para um outro processo de re-emissão de luz fundamentalmente diferente após a iluminação.

Aplicações

Fertilizantes

A aplicação de fósforo é dominante em fertilizantes, que fornece fosfato como necessário para toda a vida e é muitas vezes um nutriente limitante para as culturas. O fósforo, sendo um nutriente essencial planta, encontra a sua maior utilização como componente de fertilizantes para agricultura e na produção agrícola sob a forma de ácidos fosfóricos concentrados, que podem consistir de 70% a 75% de P 2 O 5. A demanda global por fertilizantes levou ao grande aumento no fosfato (PO 4 3-) de produção na segunda metade do século 20. Devido à natureza essencial de fósforo para os organismos vivos, a baixa solubilidade de compostos contendo fósforo naturais, e o ciclo natural lenta de fósforo, a indústria agrícola é fortemente dependente de fertilizantes que contêm fosfato, principalmente sob a forma de superfosfato de cal. Superfosfato de cal é uma mistura de dois sais de fosfato, di-hidrogenofosfato de cálcio Ca (H 2 PO 4) 2 e de sulfato de cálcio di-hidratado CaSO4 · 2H 2 O produzido pela reacção de ácido sulfúrico e água com fosfato de cálcio.

Compostos amplamente utilizados Uso
Ca (H 2 PO 4) 2 · H2O Fermento em pó e fertilizantes
CaHPO4 · 2H 2 O Animal aditivo alimentar, toothpowder
H 3 PO 4 Fabricação de adubos fosfatados
PCI3 Fabricação de POCl 3 e pesticidas
POCl3 Plastificante Manufacturing
P 4 S 10 Fabricação de aditivos e pesticidas
Na 5 P 3 O 10 Detergentes

Compostos organofosforados

Fósforo branco é amplamente usado para fazer compostos organofosforados, através dos intermediários cloretos de fósforo e dois sulfuretos de fósforo, pentassulfureto de fósforo, e sesquissulfureto de fósforo. Compostos organofosforados tem muitas aplicações, incluindo em plastificantes, retardadores de chama, pesticidas, Agentes de extracção, e tratamento de água. em particular, o herbicida glifosato comercializado sob o nome de marca Roundup.

Aspectos metalúrgicos

O fósforo também é um componente importante em aço produção, na fabricação de bronze de fósforo, e em muitos outros produtos relacionados. O fósforo é adicionado ao cobre metálico durante o seu processo de fusão para reagir com o oxigénio presente como impureza no cobre e para produzir cobre (contendo fósforo CuOFP) ligas com uma maior resistência a hidrogenização do que o cobre normal.

Fósforos

Superfície impressionante jogo feito de uma mistura de fósforo vermelho, cola e vidro moído. O pó de vidro é usado para aumentar o atrito.

Partidas Fósforo-contidos, foram produzidos pela primeira vez na década de 1830 e continha uma mistura de fósforo branco, um composto libertador de oxigénio ( clorato de potássio, dióxido de chumbo ou algum nitrato ) e um ligante na cabeça. Eles foram bastante sensíveis às condições de armazenamento, tóxico e perigoso, como eles poderiam ser iluminada por marcante em qualquer superfície áspera. Portanto, sua produção foi gradualmente proibido entre 1872 e 1925 em diferentes países. O internacional Convenção de Berna, aprovada em 1906, proibiu o uso de fósforo branco em partidas. Como conseqüência, os jogos 'strike-em qualquer lugar' foram gradualmente substituídos por «fósforos de segurança", onde o fósforo branco foi substituído por sesquissulfureto fósforo (P 4 S 3 ), enxofre ou sulfeto de antimônio. Essas partidas são difíceis de inflamar sobre uma superfície arbitrária e exigem uma faixa especial. A faixa contém fósforo vermelho que aquece em cima marcante, reage com o composto de libertação de oxigénio na cabeça e inflama o material inflamável da cabeça.

Amaciamento de água

Sódio feita a partir de ácido fosfórico é utilizado em detergentes para a roupa, em alguns países, mas proibida para este uso em outros. É útil para amaciar a água para melhorar o desempenho dos detergentes e para evitar tubo / caldeira de tubo corrosão .

Aplicações de nicho

  • Os fosfatos são utilizados na fabricação de especiaisóculosque são usados ​​paraas lâmpadas de sódio.
  • Osso de sódio,fosfato de cálcio, é usado na produção de porcelana fina.
  • O ácido fosfórico feita a partir de fósforo elementar é usado em aplicações alimentares, tais como algumas bebidas refrigerantes. O ácido também é um ponto de partida para fazer fosfatos de qualidade alimentar. Estes incluem fosfato de mono-cálcio que é empregado em fermento em pó e tripolifosfato de sódio e outros fosfatos de sódio. Entre outros usos estes são utilizados para melhorar as características de carne e de queijo processado. Outros são usados ​​em pastas de dente.
  • O fósforo branco, chamado de "WP" (gíria "Willie Peter") é usado em aplicações militares como bombas incendiárias, para smoke-triagem como potes de fumo e bombas de fumaça, e em munição traçante. É também uma parte de um obsoleto granada de mão M34 fósforo branco EUA. Esta granada multiuso foi o mais utilizado para a sinalização, cortinas de fumaça e inflamação; ele também pode causar queimaduras graves e teve um impacto psicológico sobre o inimigo. Usos militares de fósforo branco são limitados pela lei internacional
  • Em pequenas quantidades, o fósforo é utilizado como umcontaminante paraos semicondutores tipo n.
  • 32P e33P são usados ​​como marcadores radioactivos em laboratórios bioquímicos.
  • O fosfato é um forteagente de complexação para a hexavalenteuranilo (UO2 2+espécies) e esta é a razão pela qualapatite e outros fosfatos naturais, muitas vezes pode ser muito rica emurânio.
  • Tributilo é umorganofosforado solúvel emquerosene e usado para extrair urânio noprocesso Purex aplicada no reprocessamento decombustível nuclear irradiado.

Papel biológico

Fósforo inorgânico, sob a forma do fosfato de PO 3-
4
é necessária para todas as formas conhecidas de vida , que joga um papel importante em moléculas biológicas, tais como ADN e ARN, onde forma parte da armação estrutural destas moléculas. As células vivas também usar fosfato para transportar energia celular na forma de trifosfato de adenosina (ATP). Quase todos os processos celulares que utiliza energia obtém-lo sob a forma de ATP. ATP também é importante para a fosforilação, um acontecimento chave na regulação das células. Os fosfolípidos são os principais componentes estruturais de todas as membranas celulares. sais de fosfato de cálcio ajudar no endurecimento ossos.

As células vivas são definidos por uma membrana que separa de seus arredores. As membranas biológicas são feitas a partir de uma matriz e fosfolipido proteínas, tipicamente sob a forma de uma bicamada. Os fosfolípidos são derivados de glicerol, de tal modo que dois de hidroxilo de glicerol (OH) protões foram substituídos com ácidos gordos como um éster, e o terceiro de protões hidroxilo foi substituído por fosfato ligado a outro álcool.

Um ser humano adulto médio contém cerca de 0,7 kg de fósforo, cerca de 85-90% dos quais está presente nos ossos e nos dentes, na forma de apatite, e o restante em tecidos moles e fluidos extracelulares (~ 1%). Os teores de fósforo aumenta de cerca de 0,5% em peso na infância para 0,65-1,1% em peso em adultos. A concentração média de fósforo no sangue é de cerca de 0,4 g / L, cerca de 70% do que é orgânico e 30% de fosfatos inorgânicos. Um adulto bem alimentado no mundo industrializado consome e excreta cerca de 1-3 gramas de fósforo por dia, com o consumo na forma de fosfato inorgânico e biomoléculas contendo fósforo, tais como ácidos nucleicos e fosfolípidos; e excreção quase exclusivamente sob a forma de iões fosfato, tais como H 2 PO -
4
e HPO 2-
4
. Apenas cerca de 0,1% de fosfato de corpo circula no sangue, e este valor reflecte a quantidade de fosfato disponível para as células dos tecidos moles.

Ossos e dentes esmalte

O componente principal do osso é hidroxiapatite, assim como as formas amorfas de fosfato de cálcio, possivelmente incluindo carbonato. A hidroxiapatita é o componente principal do esmalte do dente. fluoretação da água melhora a resistência à deterioração dos dentes pela conversão parcial desse mineral para o material ainda mais difícil chamado fluoroapatite:

Ca5(PO4)3OH+F-Ca5(PO4)3F+OH-

A deficiência de fósforo

Na medicina, síndromes de baixo fosfato são causadas por desnutrição, por falta de absorver fosfato, e por síndromes metabólicas que atraem fosfato do sangue (como re-alimentação depois de desnutrição) ou passam muito do que na urina. Todos são caracterizados por hipofosfatemia, que é uma condição de níveis baixos de fosfato solúvel níveis no soro do sangue, e, por conseguinte, no interior das células. Os sintomas de hipofosfatemia incluem muscular e disfunção neurológica, e ruptura das células musculares e de sangue, devido à falta de ATP. O excesso de fosfato pode levar a diarreia e calcificação (endurecimento) de órgãos e de tecidos moles, e pode interferir com a capacidade do organismo para utilizar o ferro, o cálcio, magnésio, e zinco.

O fósforo é um elemento essencial para as plantas de macrominerais, que é extensivamente estudadas em edaphology, a fim de compreender a absorção pelas plantas a partir do solo sistemas. Em ecológicos termos, o fósforo é muitas vezes um fator limitante em muitos ambientes; ou seja, a disponibilidade de fósforo regula a taxa de crescimento de muitos organismos. Em ecossistemas de um excesso de fósforo pode ser problemático, especialmente em sistemas aquáticos, resultando em eutrofização que levam por vezes a proliferação de algas.

Precauções

Os compostos orgânicos de fósforo formar uma ampla classe de materiais, muitos são necessários para a vida, mas algumas são extremamente tóxicos. fluorofosfato ésteres estão entre os mais potentes conhecidos neurotoxinas. Uma vasta gama de compostos organofosforados são utilizados para a sua toxicidade para determinados organismos, como pesticidas ( herbicidas, insecticidas, fungicidas, etc.) e weaponised como agentes nervosos. A maioria dos fosfatos inorgânicos são nutrientes relativamente não tóxicos e essenciais.

O allotrope fósforo branco apresenta um risco significativo porque inflama no ar e produz resíduo do ácido fosfórico. Envenenamento por fósforo branco crônica leva à necrose da mandíbula chamado de " mandíbula phossy ". Ingestão de fósforo branco pode causar uma condição médica conhecida como "Síndrome Stool Smoking".

Explosão fósforo

Após a exposição ao fósforo elementar, no passado, foi sugerido para lavar a área afectada com 2% de solução de sulfato de cobre para formar compostos inofensivos que podem ser lavados. De acordo com o recente Tratamento da Marinha dos EUA de Acidentes e Lesões agente químico convencional Militar Químicas: FM8-285: Part 2 Lesões convencional Militar Químicas ", Cupric (cobre (II)) sulfato tem sido usado por militares norte-americanos no passado e ainda está sendo utilizado por alguns países. No entanto, sulfato de cobre é tóxico e seu uso será descontinuado. O sulfato de cobre pode produzir toxicidade renal e cerebral, bem como hemólise intravascular. "

O manual sugere, em vez " uma solução de bicarbonato para neutralizar o ácido fosfórico, que permitirá então que a remoção de fósforo branco visível. As partículas muitas vezes pode ser localizado por sua emissão de fumaça quando o ar atinge-los, ou por sua fosforescência no escuro. Em ambientes escuros, fragmentos são vistos como manchas luminescentes. Prontamente debride a queimadura se a condição do paciente irá permitir a remoção de pedaços de WP (fósforo branco) que pode ser absorvido mais tarde e, possivelmente, produzir intoxicação sistêmica. NÃO aplique oleosas à base de pomadas até que esteja certo de que todos WP foi removido. Após a remoção completa das partículas, tratar as lesões como queimaduras térmicas. " Como fósforo branco facilmente se mistura com óleos, quaisquer substâncias oleosas ou pomadas não são recomendados até que a área está completamente limpo e tudo o fósforo branco removido.

Lista de status US DEA I

O fósforo pode reduzir elementar iodo de ácido iodídrico, a qual é um reagente eficaz para reduzir a efedrina ou pseudoefedrina à metanfetamina. Por esta razão, o fósforo vermelho e branco foram designados pelos Estados Unidos Drug Enforcement Administration como Lista I precursores químicos sob 21 CFR 1.310,02 em vigor em 17 de novembro de 2001. Como resultado, nos Estados Unidos, manipuladores de fósforo vermelhas ou brancas estão sujeitas a rigorosas de controlo regulamentar.

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