O partida É um elemento não metálico representado pelo símbolo químico P e possui número atômico 15. Possui três formas alotrópicas principais: fósforo branco, vermelho e preto. O fósforo branco é fosforescente, queima espontaneamente quando exposto ao ar e também é altamente venenoso..
O fósforo branco a uma temperatura de 250 ºC transforma-se em fósforo vermelho; uma forma polimérica insolúvel que não arde no ar. Em altas temperaturas e pressões, bem como na presença ou não de catalisadores, obtém-se fósforo negro, que se assemelha ao grafite e é um bom condutor de eletricidade..
O fósforo foi isolado pela primeira vez por H. Brand em 1669. Para isso, ele usou a urina como fonte desse elemento. Em 1770, W. Scheele descobriu que ele também poderia isolar o fósforo dos ossos.
Posteriormente, com a criação do forno elétrico por J. Burgess Readman (1800), as rochas fosfáticas passaram a ser a principal fonte de produção de fósforo a partir do mineral fluoroapatita, nelas presente..
O fósforo é o décimo segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, respondendo por 0,1% dele em peso. Além disso, é o sexto elemento em abundância no corpo humano; principalmente concentrado nos ossos na forma de hidroxiapatita.
É, portanto, um elemento essencial para os seres vivos, tornando-se um dos três principais nutrientes das plantas. O fósforo faz parte da estrutura química dos ácidos nucléicos; de compostos de armazenamento de energia (ATP), coenzimas; e em geral, de compostos do metabolismo.
Índice do artigo
O fósforo foi isolado por Henning Brand em 1669, sendo o primeiro ser humano a isolar um elemento. Brand era um alquimista alemão de Hamburgo e conseguiu obter um composto de fósforo da urina. Para fazer isso, ele coletou a urina de 50 baldes e permitiu que se decomponha.
Brand então evaporou a urina e obteve um resíduo enegrecido, que guardou por vários meses. A isso acrescentou areia e a aqueceu, conseguindo eliminar gases e óleos. Finalmente, ele obteve um sólido branco que brilhava no escuro com uma cor verde, que ele chamou de "fogo frio"..
O termo 'fósforo', coincidentemente, vem da palavra grega "Fósforo" que significa portador de luz..
Brand não publicou seus resultados experimentais e os vendeu a vários alquimistas, incluindo: Johann Kraft, Kunckel Lowenstern e Wilhelm Leibniz. Provavelmente, alguns deles relataram o trabalho de Brand à Academia de Ciências de Paris, divulgando assim suas pesquisas.
No entanto, Brand não isolou realmente o fósforo, mas o fosfato de amônia e sódio [Na (NH4) PO4] Em 1680, Robert Boyle melhorou o procedimento de Brand, pelo qual ele foi capaz de obter uma forma alotrópica de fósforo (P4).
Johan Gottlieb Gahn e Carl Wihelm Scheele estabeleceram em 1769 que um composto de fósforo, o fosfato de cálcio, foi encontrado nos ossos. Os ossos desengordurados foram submetidos a um processo de digestão com ácidos fortes, como o ácido sulfúrico.
Em seguida, o produto da digestão era aquecido em recipientes de aço com carvão e carvão, obtendo-se fósforo branco por destilação em retortas. Os ossos foram a principal fonte de fósforo até 1840, quando foram substituídos para esse fim pelo guano..
Guano é uma mistura de excrementos de pássaros e produtos de decomposição de pássaros. Foi usado como fonte de fósforo e fertilizantes no século 19.
Rochas fosfáticas passaram a ser utilizadas em 1850 como fonte de fósforo. Isso, junto com a invenção do forno elétrico para calcinação de rochas por James Burgess Readman (1888), fez das rochas fosfáticas a principal matéria-prima para a produção de fósforo e fertilizantes..
Em 1819, as fábricas de fósforos foram instaladas, dando início ao desenvolvimento industrial do uso do fósforo..
Dependendo da forma alotrópica, pode ser incolor, branco ceroso, amarelo, escarlate, vermelho, roxo ou preto.
30.973 u
quinze
Fósforo branco: 44,15 ºC
Fósforo vermelho: ~ 590 ºC
Fósforo branco: 280,5 ºC
Branco: 1,823 g / cm3
Vermelho: 2,2-2,34 g / cm3
Violeta: 2,36 g / cm3
Preto: 2,69 g / cm3
Fósforo branco: 0,66 kJ / mol
Fósforo branco: 51,9 kJ / mol
Fósforo branco: 23,824 J / (mol.K)
-3, -2, -1, +1, +2, +3, +4 e +5
Dependendo da eletronegatividade dos elementos com os quais se combina, o fósforo pode apresentar o estado de oxidação +3 ou -3. O fósforo, ao contrário do nitrogênio, tende a reagir preferencialmente com o estado de oxidação +5; tal é o caso do pentóxido de fósforo (PdoisOU5 ou Pdois5+OU5dois+).
2,19 na escala de Pauling
-Primeiro: 1.101 kJ / mol
-Segundo: 2.190,7 kJ / mol
-Terceiro: 2.914 kJ / mol
Fósforo branco: 0,236 W / (mK)
Fósforo preto: 12,1 W / (mK)
Mostra como o fósforo preto conduz quase seis vezes mais calor do que o fósforo branco.
Fósforos brancos, vermelhos, roxos e pretos são diamagnéticos.
O fósforo possui 20 isótopos, sendo os principais: 31P, o único isótopo estável com abundância de 100%; 32Isótopo emissor de P, β- e com meia-vida de 14,28 dias; Y 33P, um isótopo emissor de β- e com meia-vida de 25,3 dias.
O fósforo branco é fosforescente e emite uma luz verde no escuro.
O fósforo branco é instável e muda em temperaturas próximas a 250ºC para uma forma polimérica conhecida como fósforo vermelho, que pode variar da cor laranja ao roxo. É uma substância amorfa, mas pode se tornar cristalina; não brilha no escuro nem arde no ar.
O fósforo branco em altas temperaturas e pressões, ou na presença de catalisadores, transforma-se em uma forma polimérica diferente do fósforo vermelho: fósforo preto. É uma substância cristalina de cor preta, inerte, semelhante ao grafite, e que tem a capacidade de conduzir eletricidade.
O fósforo branco na forma pura é insolúvel em água, embora possa ser solubilizado em sulfeto de carbono. Enquanto isso, o fósforo vermelho e preto são insolúveis em água e são menos voláteis do que o fósforo branco..
O fósforo queima espontaneamente no ar para formar PdoisOU5, e este, por sua vez, pode reagir com três moléculas de água para formar ácido ortofosfórico ou fosfórico (H3PO4).
Através da ação da água quente, a fosfina (PH3) e oxácidos de fósforo.
O ácido fosfórico atua nas rochas de fosfato, causando dihidrogênio fosfato de cálcio ou superfosfato [Ca (HdoisPO4)dois].
Pode reagir com halogênios para formar haletos PX3, X representa F, Cl, Br ou I; ou haletos com fórmula PX5, onde X é o F, Cl ou Br.
Além disso, o fósforo reage com metais e metalóides para formar fosfetos e com enxofre para formar vários sulfetos. Por outro lado, ele se liga ao oxigênio para criar ésteres. Da mesma forma, ele se combina com o carbono para formar compostos orgânicos de fósforo..
Os átomos de fósforo têm a seguinte configuração eletrônica:
[Ne] 3sdois 3p3
Portanto, possui cinco elétrons de valência, como o nitrogênio e os demais elementos do grupo 15. Por ser um elemento não metálico, seus átomos precisam formar ligações covalentes até que o octeto de valência seja completado. O nitrogênio consegue isso estabelecendo-se como moléculas diatômicas Ndois, com uma ligação tripla, N≡N.
O mesmo acontece com o fósforo: dois de seus átomos P se ligam com uma ligação tripla para formar a molécula Pdois, P≡P; ou seja, o alótropo difósforo. No entanto, o fósforo tem uma massa atômica maior do que o nitrogênio, e seus orbitais 3p, mais difusos que os 2p do nitrogênio, se sobrepõem com menos eficiência; portanto, o Pdois só existe no estado gasoso.
Em vez disso, à temperatura ambiente, os átomos de P preferem se organizar covalentemente de outra maneira: em uma molécula tetraédrica P4:
Observe que na imagem superior todos os átomos P têm três ligações simples em vez de uma ligação tripla. Assim, o fósforo em P4 completa seu octeto de valência. No entanto, no P4 há tensão nas ligações P-P, pois seus ângulos estão longe de 109,5º a olho nu.
Mesma imagem das unidades P4 e sua instabilidade explica porque o fósforo branco é o alótropo mais instável deste elemento.
Unidades P4 eles são dispostos no espaço para definir um cristal bcc (fase α) em condições normais. Quando a temperatura cai para -77,95 ° C, o cristal bcc se transforma em um hcp mais denso (presumivelmente) (fase β). Ou seja, as unidades P4 eles são dispostos em duas camadas alternadas, A e B, para estabelecer uma sequência ABAB ...
Apenas um pequeno segmento da estrutura do fósforo vermelho é mostrado na imagem superior. Como as três unidades estão alinhadas "simetricamente", pode-se dizer que se trata de uma estrutura cristalina, que se obtém aquecendo esse fósforo acima de 250 ºC..
O fósforo vermelho, no entanto, na maioria das vezes consiste em um sólido amorfo, então sua estrutura é confusa. Então, as cadeias poliméricas de P4 seriam arranjados sem um padrão aparente, alguns acima e outros abaixo do mesmo plano arbitrariamente.
Observe que esta é a principal diferença estrutural entre o fósforo branco e o vermelho: no primeiro, o P4 eles são individuais, e no segundo formando cadeias. Isso é possível porque uma das ligações P-P dentro do tetraedro é quebrada para se ligar ao tetraedro vizinho. Assim, a tensão anular é reduzida e o fósforo vermelho ganha maior estabilidade..
Quando há uma mistura de ambos os alótropos, ela é oferecida ao olho como um fósforo amarelo; uma mistura de tetraedros e cadeias de fósforo amorfas. Na verdade, o fósforo branco fica amarelado quando exposto aos raios solares, pois a radiação favorece a quebra da ligação P-P já mencionada..
O fósforo violeta é a evolução final do fósforo vermelho. Como pode ser visto na imagem acima, ele ainda consiste em uma cadeia de polímero; mas agora as estruturas são mais complexas. Parece que a unidade estrutural não é mais o P4 mas o Pdois, dispostos de forma a formar anéis pentagonais irregulares.
Apesar de a estrutura parecer assimétrica, essas cadeias poliméricas conseguem se organizar bem e com periodicidade para que o fósforo violeta estabeleça cristais monoclínicos..
E, finalmente, temos o alótropo de fósforo mais estável: o preto. É preparado por aquecimento de fósforo branco sob uma pressão de 12.000 atm.
Na imagem superior (abaixo), pode-se observar que sua estrutura, vista de um plano superior, apresenta certa semelhança com a do grafite; é uma rede íngreme de anéis hexagonais (mesmo que pareçam quadrados).
No canto superior esquerdo da imagem, o que acabou de ser comentado pode ser melhor apreciado. Os arredores moleculares dos átomos de P são pirâmides trigonais. Observe que a estrutura vista de lado (canto superior direito), é organizada em camadas que se encaixam uma sobre a outra.
A estrutura do fósforo preto é bastante simétrica e ordenada, o que é consistente com sua capacidade de se estabelecer como cristais ortorrômbicos. O empilhamento de suas camadas poliméricas torna os átomos de P indisponíveis para muitas reações químicas; e é por isso que é consideravelmente estável e não muito reativo.
Embora valha a pena mencionar, as forças de dispersão de London e as massas molares desses sólidos fosfóricos são o que governam algumas de suas propriedades físicas; enquanto suas estruturas e ligações P-P definem as propriedades químicas e outras propriedades.
É o décimo segundo elemento da crosta terrestre e representa 0,1% em peso. São cerca de 550 minerais que contêm fósforo, sendo a apatita o mineral mais importante para a obtenção do fósforo..
A apatita é um mineral de fósforo e cálcio que pode conter quantidades variáveis de flúor, cloreto e hidróxido, cuja fórmula é a seguinte: [Ca10(PO4)6(F, Cl ou OH)dois)]. Além da apatita, existem outros minerais de fósforo de importância comercial; tal é o caso de wavelita e vivianita.
A rocha fosfática ou fosforito é a principal fonte de fósforo. É uma rocha sedimentar não detrítica que possui um teor de fósforo de 15-20%. O fósforo está geralmente presente como Ca10(PO4)6Fdois (fluoroapatita). Também está presente como hidroxiapatita, embora em menor extensão.
Além disso, a fluoroapatita pode ser encontrada como parte de rochas ígneas e metamórficas, bem como calcário e xistos..
As rochas fosfáticas selecionadas são transferidas para a estação de tratamento para processamento. Inicialmente, eles são triturados para obter fragmentos rochosos que são então triturados em moinhos de bolas a 70 rotações por minuto.
Em seguida, o produto da trituração dos fragmentos de rocha é peneirado para poder fracioná-los. Essas frações com um teor de fósforo de 34% são escolhidas como pentóxido de fósforo (PdoisOU5).
Fósforo branco (P4) é obtido industrialmente pela redução eletrotérmica de fluoroapatita com carbono a uma temperatura de 1.500 ºC na presença de óxido de silício:
2Ca3(PO4)dois(s) + 6SiOdois(s) + 10 C (s) => P4(g) + CaSiO3(l) + CO (g)
O p4 no estado gasoso, após a condensação, é coletado e armazenado como um sólido branco submerso em água para evitar que reaja com o ar externo.
A manta de fósforo é fabricada com diferentes percentagens de cobre e fósforo: Cu 94% - P 6%; Cu 92% - P 8%; Cu 85% - P 15%, etc. A liga é utilizada como desoxidante, agente umectante para a indústria do cobre e também como nucleante na indústria do alumínio.
São ligas de cobre, fósforo e estanho que contêm 0,5 a 11% de fósforo e 0,01 a 0,35% de estanho. O estanho aumenta a resistência à corrosão, enquanto o fósforo aumenta a resistência ao desgaste da liga e confere-lhe rigidez.
É utilizado na fabricação de molas, parafusos e, em geral, em artigos que requeiram resistência à fadiga, ao desgaste e à corrosão química. Seu uso é recomendado nas hélices dos barcos.
A liga mais conhecida é NiPvinte, usando fósforo-níquel em ligas de brasagem para melhorar sua resistência à erosão química, oxidação e altas temperaturas.
A liga é usada em turbinas a gás e componentes de motores a jato, galvanoplastia e na produção de eletrodos de soldagem.
O fósforo branco causa queimaduras na pele graves e é um veneno poderoso que pode ser fatal com uma dose de 50 mg. O fósforo inibe a oxidação celular, interferindo no gerenciamento do oxigênio celular, o que pode levar à degeneração gordurosa e morte celular.
O envenenamento agudo por fósforo produz nos primeiros quatro dias de ingestão dor abdominal, queimação, hálito com cheiro de alho, vômito fosforescente, sudorese, cãibras musculares e até mesmo um estado de choque..
Posteriormente, icterícia, petéquias, hemorragia, comprometimento miocárdico com arritmias, alteração do sistema nervoso central e morte no décimo dia após a ingestão..
A manifestação mais óbvia de envenenamento por fósforo crônico é o dano à estrutura óssea da mandíbula.
Um aumento na concentração plasmática de fósforo (hiperfosfatemia), geralmente ocorre em pacientes com insuficiência renal. Isso causa um depósito anormal de fosfatos nos tecidos moles, o que pode levar à disfunção vascular e doenças cardiovasculares..
O fósforo é um elemento essencial para plantas e animais. É um dos três principais nutrientes das plantas, sendo necessário para o seu crescimento e necessidades energéticas. Além disso, faz parte de ácidos nucléicos, fosfolipídios, produtos intermediários de processos metabólicos, etc..
Nos vertebrados, o fósforo está presente nos ossos e dentes na forma de hidroxiapatita..
Com o fósforo, é feito um esmalte químico que serve para iluminar letreiros colocados sobre o alumínio e suas ligas; bem como fósforo cobre e bronze.
Também é usado para fazer bombas incendiárias, granadas, bombas de fumaça e balas traçadoras. O fósforo vermelho é usado para fazer fósforos ou fósforos de segurança.
O fósforo branco é usado para fazer organofosforados. Além disso, é utilizado na produção de ácido fosfórico.
Uma grande quantidade do fósforo produzido é incinerada para a produção de tetraóxido de fósforo (P4OU10), obtido como um pó ou um sólido.
É a matéria-prima para a produção de diversos compostos de fósforo. Atua como agente dopante para componentes eletrônicos.
É utilizado na produção de refrigerantes devido ao sabor característico que lhes confere. Ele atua sobre as rochas de fosfato para formar fosfato de dihidrogênio cálcio [Ca (HdoisPO4)dois], também conhecido como superfosfato, que é usado como fertilizante.
O ácido fosfórico é um elemento condicionador do esmalte dentário para facilitar a adesão dos materiais de restauração. Também é utilizado, misturado com óleo, uréia, alcatrão, betume e areia, para formar asfalto; material utilizado na reparação de vias de comunicação terrestre.
Os compostos organofosforados têm inúmeras aplicações; tais como: retardadores de chama, pesticidas, agentes de extração, agentes de ação nervosa e para tratamento de água.
É utilizado como fertilizante, fermento em pó, aditivo para ração animal e na fabricação de dentifrícios.
É usado em análises químicas como agente desidratante e em síntese orgânica como agente condensador. O composto se destina principalmente à produção de ácido ortofosfórico.
Usado em detergentes e como amaciante de água, o que melhora a ação dos detergentes e ajuda a prevenir a corrosão de tubos.
Usado como agente de limpeza e amaciante de água.
Fosfato de sódio dibásico (NadoisHPO4) e fosfato de sódio monobásico (NaHdoisPO4) são os componentes de um sistema tampão de pH, que atua inclusive em seres vivos; incluindo seres humanos.
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