Fosforhistoria, egenskaper, struktur, erhållning, användning

han match Det är ett icke -metalliskt element som representeras av den kemiska symbolen P och har atomnummer 15. Den presenterar tre huvudsakliga allotropiska former: vit, röd och svart fosfor. Vit fosfor är fosforescerande, bränner spontant när de utsätts för luften och är också mycket giftig.

Vit fosfor vid 250 ° C temperaturen blir röd fosfor; en polymerform, olöslig och som inte brinner i luften. Vid höga temperaturer och tryck, såväl som i närvaro eller inte av katalysatorer, erhålls svart fosfor, vilket liknar grafit och är en bra elektricitetsledare.

Vit fosfor lagras i en flaska med vatten. Källa: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]

Fosfor isolerades för första gången av h. Varumärke 1669. För att göra detta, urin som används som källa till detta element. 1770, w. Scheele upptäckte att han också kunde isolera benfosfor.

Därefter, på grund av skapandet av den elektriska ugnen av J. Burgess Readman (1800), fosfatbergarter blev den huvudsakliga källan för fosforproduktion från fluoroapatite malm, närvarande i dem.

Fosfor är det tolv mer rikliga elementet i jordskorpan och representerar 0,1% av den efter vikt. Dessutom är det det sjätte elementet i överflöd i människokroppen; huvudsakligen koncentrerad i ben i form av hydroxylapatit.

Det är därför ett väsentligt element för levande varelser och blir en av de tre huvudsakliga näringsämnena i växter. Fosfor är en del av den kemiska strukturen hos nukleinsyror; av energilagringsföreningar (ATP), koenzymer; och i allmänhet av metabolismföreningar.

[TOC]

Historia

- Upptäckt

I urinen

Joseph Wright från Derby -målning där fosforupptäckten illustrerar. Källa: Joseph Wright från Derby [Public Domain]

Fosfor isolerades av Henning Brand 1669, var den första människan som isolerade ett element. Varumärket var en tysk alkemist från Hamburg och lyckades få en fosforförening från urin. För att göra detta samlade han urinen på 50 hinkar och tillät honom att sönderdelas.

Varumärket avdunstade sedan urinen och erhöll en svartaktig rest, som behöll i flera månader. Till denna tillagda sand och värmde den, lyckades eliminera gaser och oljor. Slutligen fick han ett vitt fast ämne som lyste i mörkret med en grön färg, som han kallade "Cold Fire".

Termen "fosfor", kommer tillfället från det grekiska ordet "fosfor" som betyder ljusbärare.

Varumärket publicerade inte sina experimentella resultat och sålde det till flera alkemister, inklusive: Johann Kraft, Kunckel Lowenstern och Wilhelm Leibniz. Förmodligen rapporterade några av dem varumärkets arbete till Academy of Sciences of Paris och sprider därmed sina utredningar.

Varumärket isolerade emellertid inte riktigt fosfor, utan ammoniacal natriumfosfat [NH (NH₄) PO₄]. 1680 förbättrade Robert Boyle Brands procedur, genom vilket han kunde få en alotropisk form av fosfor (P₄).

I benen

Johan Gottlieb Gahn och Carl Wihelm Scheele grundade 1769 att en fosforförening, kalciumfosfat, var i benen. De olyckliga benen utsattes för en matsmältningsprocess med starka syror, såsom svavelsyra.

Därefter upphettades matsmältningsprodukten i stålbehållare med kol och kol, vilket fick vit fosfor genom destillation i retort. Benen var den viktigaste källan som fick fosfor fram till 1840, då de ersattes för detta ändamål av guano.

I Guano

Guano är en blandning av fåglar av fåglar och nedbrytningsprodukter av dem. Det användes som en källa till fosfor och gödselmedel på 1800 -talet.

- Industriell utveckling

Fosfatbergarter användes 1850 som en fosforkälla. Detta, tillsammans med uppfinningen av den elektriska ugnen för att beräkna klipporna av James Burges Readman (1888), gjorde fosfatiska bergarter till det huvudsakliga råmaterialet i fosforproduktion och gödselmedel.

1819 etablerades Cerrillas fabriker och startade den industriella utvecklingen av fosfor.

Fysiska och kemiska egenskaper

Utseende

Beroende på den allotropiska formen kan den vara färglös, stängd vit, gul, skarlakansröd, röd, violet eller svart.

Atomvikt

30.973 U

Atomantal (z)

femton

Smältpunkt

Vit fosfor: 44,15 ºC

Röd fosfor: ~ 590 ºC

Kokpunkt

Vit fosfor: 280,5 ºC

Densitet (omgivningstemperatur)

Vit: 1 823 g/cm³

Röd: 2,2-2,34 g/cm³

Violet: 2,36 g/cm³

Svart: 2,69 g/cm³

Fusionsvärme

Vit fosfor: 0,66 kJ/mol

Förångningsvärme

Vit fosfor: 51,9 kJ/mol

Molorisk kapacitet

Vit fosfor: 23.824 J/(mol.K)

Oxidationstillstånd

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

Beroende på elektronegativiteten hos de element som fosfor kan visa oxidationstillståndet +3 eller -3. Fosfor, till skillnad från kväve, tenderar att reagera helst med oxidationstillstånd +5; Så är fallet med fosfor pentoxid (P₂ANTINGEN₅ eller s₂⁵⁺ANTINGEN₅²⁺).

Kan tjäna dig: lösliga material

Elektronnegativitet

2,19 på Pauling -skalan

Joniseringsenergi

-Först: 1.101 kJ/mol

-Andra: 2.190,7 kJ/mol

-Tredje: 2.914 kJ/mol

Värmeledningsförmåga

Vit fosfor: 0,236 W/(M · K)

Svart fosfor: 12.1 W/(M · K)

Det visar hur svart fosfor leder nästan sex gånger mer värme än vit fosfor.

Magnetisk ordning

Vita, röda, violetta och svarta matcher är diamagnetiska.

Isotoper

Fosfor har 20 isotoper, som är de viktigaste: ³¹P, den enda stabila isotopen med ett överflöd på 100%; ³²P, emitter ß -isotop^- och med ett halvt liv på 14,28 dagar; och ³³P, en ß -emitterisotop^- Och med ett halvt liv på 25,3 dagar.

Fosforescens

Vit fosfor är fosforescerande och avger ett grönt ljus i mörkret.

Allotropa förändringar

Vit fosfor är instabil och ändrar temperaturer nära 250 ºC till en polymerform som kallas röd fosfor, som kan variera orange till lila orange. Det är ett amorft ämne, men det kan bli kristallint; Lyser inte i mörkret eller bränner i luften.

Vit fosfor vid höga temperaturer och tryck, eller i närvaro av katalysatorer, förvandlas till en annan polymerform än röd fosfor: svart fosfor. Detta är ett svart, inert kristallint ämne, liknande grafit, och det har förmågan att utföra elektricitet.

Löslighet

Vit fosforren är olöslig i vatten, även om det kan solubiliseras i kolsulfid. Samtidigt är röda och svarta matcher olösliga i vattnet och är mindre flyktiga än vit fosfor.

Reaktivitet

Fosfor brinner spontant i luften för att bilda p₂ANTINGEN_5, Och detta i sin tur kan reagera med tre vattenmolekyler för att bilda ortofosforsyra eller fosforsyra (h₃Po₄).

Genom verkan av varmt vatten har det fosfin (pH₃) och fosfor oxacider.

Fosforsyra verkar på fosfaterade bergarter som orsakar dihydrogen eller superfosfatkalciumfosfat [CA₂Po₄)₂].

Du kan reagera med halogener för att bilda PX -halogeniderna₃, representerar X till F, CL, BR eller I; o Haluros med PX -formel₅, Att vara x, cl eller br.

Fosfor reagerar också med metaller och metalloider för att orsaka fosfider och svavel att bilda flera sulfider. Å andra sidan binder det till syre för att komma från estrar. På samma sätt kombineras det med kol för att bilda fosfororganiska föreningar.

Elektronisk struktur och konfiguration

- Länkar och tetraedral enhet

Fosforatomer har följande elektroniska konfiguration:

[NE] 3S² 3p³

Därför fem elektroner från Valencia, såsom kväve och de andra elementen i grupp 15. Eftersom det är ett icke -metalliskt element måste dess atomer bilda kovalenta bindningar tills Octeto de Valencia slutförs. Kväve uppnår det när det är etablerat som datomiska molekyler n₂, Med en trippellänk, N≡N.

Detsamma gäller för fosfor: Två av dess P -atomer är kopplade till en trippelbindning för att bilda P -molekylen₂, P≡P; Detta är, difosfor alotrope. Fosfor har emellertid en större atommassa än kväve, och dess 3p -orbitaler, mer diffus än 2P kväve, överlappar varandra med mindre effektivitet; Därför p₂ Det finns bara i gasformigt tillstånd.

I stället, vid rumstemperatur, föredrar atomer P att organisera kovalent på ett annat sätt: i en tetraedral molekyl P₄:

P4 molekylenheter i vita fosforkristaller. Källa: Benjah-Bmm27 via Wikipedia.

Observera att alla p -atomer i den överlägsna bilden har tre enkla länkar istället för en trippellänk. Således fosfor i P₄ Slutför sin Octeto de Valencia. Emellertid i s₄ Det finns spänning i P-P-länkarna, eftersom deras vinklar går till blotta ögat att vara 109,5 °.

- Alotroper

Vit fosfor

Samma bild av P -enheterna₄ Och dess instabilitet förklarar varför vit fosfor är den mest instabila alotropiken i detta element.

Enheterna P₄ De beordras i rymden för att definiera en BCC -kristall (fas a) under normala förhållanden. När temperaturen går ner till -77,95 ºC förvandlas BCC -glaset till en HCP (förmodligen), tätare (p -fas). Det vill säga P -enheterna₄ De beställs i två alternativa lager, A och B, för att upprätta en ABAB -sekvens ..

Röda fosfor

Röd fosforkedjestruktur. Källa: Gabriel Bolívar.

I den övre bilden visas endast ett litet segment av den röda fosforstrukturen. Att vara de tre enheterna justerade "symmetriskt" kan det sägas att det är en kristallin struktur, som erhålls genom att värma denna fosfor över 250 ºC.

Röd fosfor emellertid består den för det mesta av en solid amorf, så dess struktur är rörig. Så polymerkedjorna från P₄ De skulle ha utan uppenbart mönster, ett ovanför och andra under samma plan godtyckligt.

Observera att detta är den viktigaste strukturella skillnaden mellan vit och röd fosfor: i det första₄ De är individuella och i de andra bildande kedjorna. Detta är möjligt eftersom en av P-P-länkarna bryts in i tetrahedronen för att kunna länka till den angränsande tetrahedronen. Således reduceras den ringformiga spänningen och den röda fosforet mer stabilitet.

Kan tjäna dig: zink: historia, egenskaper, struktur, risker, användningar

När det finns en blandning av båda alotroperna erbjuds den i sikte som en gul fosfor; En blandning av tetrahedra och amorfa fosforkedjor. Faktum är att vit fosfor.

Violet eller Hittorf fosfor

Molekylstruktur av violett fosfor. Källa: Kadmium på engelska Wikipedia [Public Domain]

Violet fosfor är den slutliga utvecklingen av rött fosfor. Som framgår av den överlägsna bilden fortsätter den att bestå av en polymerkedja; Men nu är strukturerna mer komplicerade. Det verkar som att strukturenheten inte längre är P₄ men s₂, ordnade på ett sådant sätt att de bildar oregelbundna femkantiga ringar.

Trots hur asymmetrisk strukturen ser ut, lyckas dessa polymerkedjor beställa tillräckligt bra och regelbundet så att violett fosfor.

Svart fosfor

Svart fosforstruktur sett från flera vinklar. Källa: Benjah-Bmm27 [Public Domain].

Och slutligen har vi den mest stabila fosforalotropen: den svarta färgen. Förbereder den vita fosforet under ett tryck av 12.000 atm.

I den övre bilden (nedan) kan man se att dess struktur, från ett högre plan, har en viss likhet med grafitens; Det är ett brant nätverk av sexkantiga ringar (även om de ser fyrkantiga ut).

I det övre vänstra hörnet av bilden kan du bättre uppskatta de nyligen kommenterade. Molekylära miljöer av P -atomer är trigonal pyramid. Observera att strukturvyn i sidled (övre högra hörnet) är ordnat i lager som passar på den andra.

Strukturen för den svarta fosforet är ganska symmetrisk och ordnad, vilket överensstämmer med dess förmåga att etablera sig som ortorrombiska kristaller. Stapling av dess polymerlager orsakar P -atomer som inte är tillgängliga för många kemiska reaktioner; Och det är därför det är betydligt stabilt och lite reaktivt.

Även om det inte är nödvändigt att nämna det, är London -spridningskrafterna och de molmassorna i dessa fosforfasta ämnen de som styr några av dess fysiska egenskaper; Medan deras strukturer och bindningar p-p definierar de kemiska egenskaperna och andra.

Var är det och få

Apatita och fosforit

Det är det tolv elementet i jordskorpan och representerar 0,1% av det efter vikt. Det finns cirka 550 mineraler som innehåller fosfor, Apatita är det viktigaste mineralet för att få fosfor.

Apatita är ett fosfor- och kalciummineral som kan innehålla variabla mängder fluorid, klorid och hydroxid, vars formel är som följer: [CA₁₀(PO₄)₆(F, CL eller OH)₂)]]. Förutom apatiten finns det andra fosformineraler av kommersiell betydelse; Sådan är fallet med wavelita och vivianita.

Fosfat- eller fosforitberg är den viktigaste fosforkällan. Det är en icke-detritisk sedimentär berg som har ett 15-20% fosforinnehåll. Fosfor är vanligtvis närvarande som CA₁₀(PO₄)₆F₂ (Fluoroapatita). Det är också närvarande som hydroxyapatit, men i mindre utsträckning.

Dessutom kan fluoroapatit hittas en del av de stolliga och metamorfiska bergarterna, såväl som kalkstenar och skiffer.

Elektrotermisk reduktion av fluoroapatita

Valda fosfatbergarter överförs till behandlingsanläggningen för bearbetning. Ursprungligen krossas de för att få stenfragment som sedan malas i bollverk med 70 varv per minut.

Sedan siktas produkten från slipningen av bergfragmenten för att kunna fraktionera dem. Dessa fraktioner väljs med ett 34% fosforinnehåll såsom fosforpentoxid (P₂ANTINGEN₅).

Vit fosfor (P₄) Det erhålls industriellt genom den elektrotermiska reduktionen av fluoroapatit med kol vid en temperatur av 1.500 ºC i närvaro av kiseloxid:

2CA₃(PO₄)₂(s) + 6sio₂(S) + 10 C (S) => P₄(g) + casio₃(L) + co (g)

P₄ I ett gasformigt tillstånd, efter kondensering, samlas det och lagras som ett vitt fast fast nedsänkt i vattnet för att förhindra att reagera med den yttre luften.

Legeringar

Koppar-

Fosforhöljet tillverkas med olika procentsatser av koppar och fosfor: CU 94 % - P 6 %; CU 92% - P 8%; CU 85% - P 15%, etc. Legeringen används som deoxidant, fuktgivande medel för kopparindustrin och även som kärnor inom aluminiumindustrin.

Bronkin

De är koppar-, fosfor- och tennlegeringar som innehåller 0,5 - 11% fosfor och 0,01 - 0,35% tenn. Tenn ökar korrosionsmotståndet, medan fosfor.

Det används i utarbetandet av fjädrar, bultar och i allmänhet i artiklar som kräver trötthet, slitage och kemisk korrosion. Dess användning i fartygets propeller rekommenderas.

Kan tjäna dig: kadmium (CD): historia, egenskaper, struktur, användningar

Nictelladas

Den mest kända legeringen är NIP_tjugo, Använd det fosforerade nickelet i starka svetslegeringar, för att förbättra dess resistens mot kemisk erosion, oxidation och höga temperaturer.

Legeringen används i gas- och reaktionsmotorer -komponenter, galvanoplastik och i produktion av svetselektroder.

Risker

Vit fosfor producerar allvarliga hudförbränningar och är ett kraftfullt gift som kan vara dödligt vid en dos av 50 mg. Fosfor hämmar celloxidation, störande cellulär syrehantering, vilket kan leda till fettdegeneration och cellens död.

Akut fosforförgiftning producerar inom de första fyra dagarna av intag av buksmärta, eld, andas med lukten av vitlök, fosforescerande kräkningar, svettning, muskelkramper och till och med ett chocktillstånd.

Därefter, en gulsot, petechiae, blödning, myokardiell påverkan med arytmier, förändring av centrala nervsystemet och döden på den tionde intagdagen.

Den mest uppenbara manifestationen av kronisk fosforförgiftning är skada på käkens benstruktur.

En ökning av plasmafosforkoncentrationen (hyperfospathia) presenteras vanligtvis hos patienter med njursvikt. Detta orsakar en onormal avsättning av fosfater i mjuka vävnader, vilket kan leda till vaskulär dysfunktion och hjärt -kärlsjukdom.

Ansökningar

Fosfor är ett väsentligt element för växter och djur. Det är en av de tre huvudsakliga näringsämnena i växter, som är nödvändig för deras tillväxt och energikrav. Dessutom är det en del av nukleinsyror, fosfolipider, mellanprodukter av metaboliska processer etc.

I ryggradsdjur finns fosforet i ben och tänder i form av hydroxylapatit.

- Grundfosfor

En låda med matcher eller "fosfor". Källa: Pxhere.

Med fosfor tillverkas en kemisk emalj som används för att belysa meddelanden placerade på aluminium och dess legeringar; såväl som i koppar och fosforerad brons.

Det används också för att göra brännande bomber, granater, rökpumpar och spårkulor. Röd fosfor används i utarbetandet av säkerhetsmatcher eller matcher.

Vit fosfor används för utarbetande av organofosfat. Dessutom används det vid produktion av fosforsyra.

En stor mängd producerad fosfor förbränns för produktion av fosfortetraxid (P₄ANTINGEN₁₀), erhållet som ett pulver eller ett fast ämne.

- Föreningar

Fosfin

Det är råmaterialet för utarbetande av flera fosforföreningar. Det fungerar som ett dopningsmedel för elektroniska komponenter.

Fosforsyra

Det används i utarbetandet av läskedrycker på grund av den karakteristiska smaken som ger dem. Handla på fosfatbergarter för att bilda dihydrogen kalciumfosfat₂Po₄)₂], även känd som superfosfat, som används som gödselmedel.

Fosforsyra är ett elementbalsam för tandemaljen för att underlätta vidhäftningen av materialet i dess restaurering. Det används också, blandat med olja, urea, paus, bitumen och sand, för att bilda asfalten; Material som används vid reparation av landkommunikationskanaler.

Organofosfor

Organofosforföreningar har många tillämpningar; Såsom: flamskyddsmedel, bekämpningsmedel, extraktionsmedel, nervverkningsmedel och vattenbehandling.

Dihydratdihydratkalciumfosfat

Det används som gödningsmedel, bakpulver, djurmat tillsats och i utarbetandet av tandpastor.

Fosforpentoxid

Det används i kemisk analys som ett dehydratiseringsmedel och i organisk syntes som kondensormedel. Föreningen tilldelas huvudsakligen för produktion av ortofosforsyra.

Natriumtripolyfosfat

Det används i tvättmedel och som en vattenmjukgörare, vilket förbättrar rörelsens verkan och hjälper till att undvika korrosion av rören.

Trisodisk fosfat

Det används som rengöringsmedel och vattenmjukgörare.

Natriumfosfater

Dibasiskt natriumfosfat (NA₂Hpo₄) och monobasiskt natriumfosfat (NAH₂Po₄) är komponenterna i ett pH -stötdämpare -system, som till och med verkar i levande varelser; Bland dem människor.

Referenser

1. Reid Danielle. (2019). Allotroper av fosfor: former, användning och exempel. Studie. Återhämtat sig från: studie.com
2. Prof. Robert J. Lancashire. (2014). Föreläsning 5c. Elementens struktur, fortsätt P, S och I. Återhämtad från: kem.Uwimona.Edu.Jm
3. Byju. (2019). Fosforröd. Återhämtat sig från: byju.com
4. Bing LI, Ceng-Ceng Ren, Shu-Feng Zhang, et al. (2019). Elektroniska strukturella och optiska egenskaper hos flerskiktsblått fosfor: En första principstudie. Journal of Nanomaterials, Vol. 2019, artikel ID 4020762, 8 sidor. doi.org/10.1155/2019/4020762
5. Doktor. Degstewar. (2019). Fosforelement fakta. Kemikkolis. Återhämtat sig från: Chemicool.com
6. Wikipedia. (2019). Fosfor. Hämtad från: i.Wikipedia.org
7. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (3 juli 2019). Fosforfakta (atomnummer 15 eller elementsymbol p). Återhämtat sig från: tankco.com
8. Linus Pauling Institute. (2019). Fosfor. Återhämtat sig från: LPI.Oregonstat.Edu
9. Bernardo Fajardo P. & Héctor Lozano v. (s.F.). National Fosforic Rock Processing för superfosfatproduktion. [Pdf]. Återhämtat sig från: bdigital.en i.Edu.co
10. Redaktörerna för Enyclopaedia Britannica. (16 november 2018). Fosforkemiskt element. Encyclopædia Britannica. Återhämtat sig från: Britannica.com
11. Reade International Corp. (2018). Kopparfosforlegering. Återhämtat sig från: Reade.com
12. KBM Affilips. (27 december 2018). Nickelfosfor (NIP) Masterlegering. Azom. Återhämtat sig från: azom.com
13. Lentech B.V. (2019). Period Tabell: Fosfor. Återhämtat sig från: Lentech.com
14. Naik. (21 februari 2018). Fosforanvändning. Återhämtat sig från: sciencestruck.com