1. WYSTĘPOWNAIE FOSFORU

Fosfor został odkryty przez alchemika Brandta w 1669 roku podczas poszukiwania kamienia filozoficznego w trakcie ogrzewania zagęszczonego moczu bez dostępu powietrza. W 1771 roku Scheele otrzymał fosfor poprzez prażenia kości z piaskiem.

Najprawdopodobniej największe ilości fosforu znajdują się w rdzeniu kuli ziemskiej. Takie wnioski można wyciągnąć na podstawie badań nad składem chemicznym meteorytów, które oprócz żelaza i niklu zawierają więcej fosforu niż powierzchniowe warstwy Ziemi.

Fosfor występuje najpowszechniej w formie fosforytów, czyli ortofosforanu trójwapniowego Ca3(PO4)2, który z chlorkiem, fluorkiem lub węglanem wapnia tworzy trwałe zespoły zwane apatytami np.:

  • Węglanoapatyt 3Ca3(PO4)2 CaCO3
  • Hydroksoapatyt 3Ca3(PO4)2 Ca(OH)2
  • Fluoroapatyt 3Ca3(PO4)2 Ca(F,Cl)2

W fluoroapatycie część atomów fluoru zastąpiona jest przez atomami chloru.

Najbogatsze złoża fosforytów znajdują się na Półwyspie Kola w Rosji, w Północnej Afryce, W Ameryce Północnej na Florydzie.

Fosfor jest głównym składnikiem organizmów żywych zwierzęcych i roślinnych. Znajduje się w substancji białkowej i wchodzi w skład fosforoproteidów i nukleoproteidów. Zawierają one fosfor w postaci lecytyn tzn. estrów glicerynowych kwasów fosforowych lub w postaci kwasów nukleinowych. Wyjątkowo obfita w fosfor jest substancja mózgowa, substancja nerwowa, krew, mleko oraz żółtko jaja. Fosfor jest także bardzo ważnym składnikiem kości gdyż tam związany jest jako hydroksoapatyt.

  1. OTRZYMYWANIE FOSFORU

Fosfor można otrzymać poprzez redukcję fosforytów. Proces taki przeprowadza się zazwyczaj przez ogrzanie do bardzo wysokich temperatur fosforytów z piaskiem i węgłem. Pod wpływem działania piasku powstaje metakrzemian i trójfosforan wapniowy, który ulega reakcji redukcji. Działanie piasku polega na utworzeniu lepiej redukującego się trójfosforanu wapniowego. Powstałą mieszaninę par fosforu z tlenkiem węgla przepuszcza się przez specjalne płuczki z wodą, dzięki którym pary fosforu ulęgają kondensacji a tlenek węgla uchodzi.

W procesie tym powstaje dużo krzemianu wapniowego pod postacią żużla, który z pewnymi dodatkami ma właściwości zaprawy i można go stosować zamiast cementu.

  1. ODMIANY ALOTROPOWE FOSFORU

Fosfor występuje w kilku odmianach alotropowych jako:

  • Fosfor biały - na świetle lub pod wpływem promieni rentgenowskich częściowo przechodzi w fosfor czerwony i wykazuje pośrednią miedzy biała a fioletową. Zazwyczaj jest koloru żółtawego. Fosfor biały powoduje bardzo bolesne poparzenia i jest bardzo silnie trujący. Cecha charakterystyczna dla tej odmiany fosforu jest to, że świeci ona w ciemności. Taki rodzaj luminescencji nazywa się chemiluminescencji. Zjawisko to powstaje dzięki utlenianiu się fosforu.
  • Fosfor czerwony - powstaje w wyniku polimeryzacji fosforu białego, którego końcowym produktem jest fosfor fioletowy. Ta odmiana fosforu nie ma właściwości trujących.
  • Fosfor czarny - nazywa się go również metalicznym gdyż jest niepalny i przewodzi prąd elektryczny jako półprzewodnik. Jest najtrwalszą odmianą alotropową fosforu.
  1. ZWIAZKI FOSFORU
  • ZWIĄZKI FOSFORU Z WODOREM
  • PH3 fosfowodór (fosforniak)
  • P2H4 wodorek fosforu
  • ZWIĄZKI FOSFORU Z SIARKĄ

Fosfor z siarka tworzy cztery związki takie jak: P4S3, P4S5, P4S7, P4S10. Związki te otrzymywane są przez bezpośrednią syntezę z czerwonego fosforu i siarki. Związek P4S3 jest łatwopalny i stosuje się go do produkcji zapałek.

  • ZWIĄZKI FOSFORU Z AZOTEM

Azot z fosforem tworzy tylko jeden, związek a jest to azotek P3N5.

  • ZWIĄZKI AZOTOWCÓW Z FLUOROWCAMI

Cechą charakterystyczną tych związków jest to, że nie są trwałe i ulęgają rozkładowi pod wpływem wilgoci.

  • TLENKI FOSFORU

Dwa podstawowe tlenki fosforu, w których fosfor jest na +3, +4 I +5 stopniu utleniania to:

  • P2O3 trójtlenek fosforu
  • P2O4 czterotlenek fosforu
  • P2O5 pięciotlenek fosforu
  • KWASY FOSFORU

Z tlenków fosforu powstają liczne kwasy:

  • H3PO2 kwas podfosforawy
  • H3PO3 kwas ortofosforowy
  • H4P2O5 kwas pirofosforawy
  • HPO2 kwas metafosforawy
  • H4P2O6 kwas podfosforowy
  • HPO3 kwas metafosforowy
  • H4P2O7 kwas pirofosforowy
  • H3PO4 kwas ortofosforowy
  • SOLE KWASÓW FOSFOROWYCH
Największe znaczenie w praktyce mają sole kwasów fosforowych, ale przede wszystkim sole kwasu ortofosforowego. W przyrodzie kwas ten występuje pod postacią fosforytów bądź apatytów. Apatyty charakteryzują się specyficzną strukturą sieciową oraz dużą trwałością.

W kwasie ortofosforowym trzy atomy wodoru mogą być podstawione przez kationy metaliczne. W przypadku soli powstałych przez podstawienie jednego, dwóch lub trzech atomów wodoru powstają związki takie jak:

  • H3PO4 kwas ortofosforowy
  • NaH2PO4 fosforan jednosodowy, dwuwodorofosforan sodowy
  • Na2HPO4 fosforan dwusodowy, wodorofosforan sodowy
  • Na3PO4 fosforan trójsodowy, fosforan sodowy, ortofosforan sodu
  • Ca(H2PO4)2 fosforan jednowapniowy, dwuwodorofosforan wapniowy
  • CaHPO4 fosforan dwuwapniowy, wodorofosforan wapniowy
  • Ca3(PO4)2 fosforan trójwapniowy, fosforan wapniowy
  • Al(H2PO4)3 fosforan jednoglinowy, dwuwodorofosforan glinowy
  • Al2(PO4)3 fosforan dwuglinowy, wodorofosforan glinowy
  • AlPO4 fosforan trójglinowy, fosforan glinowy, ortofosforan glinu
  1. ZASTOSOWANIE FOSFORU

Fosfor stosowany jest do produkcji zapałek a także do produkcji pięciotlenku fosforu i kwasu fosforowego. W czasie II Wojny Światowej duże ilości fosforu stosowano do produkcji bomb zapalających i zasłon dymnych.

Obecnie w użyciu są zapałki, których główki składają się z masy łatwopalnej w skład, której wchodzi siarczek antymonu, siarczek fosforu i chloran potasowy. Główkę zapałki pociera się o masę zawierającą fosfor czerwony, dwutlenek manganu i proszek szklany zwiększający tarcie. Przez potarcie wyzwala się trochę ciepła, które powoduje zapalenia się fosforu a następnie przeniesienie się płomienia na drewno.

Związki kwasów fosforowych maja duże znaczenia jako nawozy sztuczne. Rośliny mają ograniczoną możliwość asymilowania fosforu z jego związków i asymilują głównie tylko te związki fosforowe, które rozpuszczają się w wodzie lub w rozcieńczonych kwasach organicznych. Dlatego fosforyty występujące w przyrodzie nie mogą być bezpośrednio zastosowane gdyż są trudno rozpuszczalne. Aby otrzymać nawozy sztuczne fosforyty muszą być odpowiednio przekształcone przez kwasy na superfosfaty. W wyniku takiej przemiany w superfosfatach zawarty jest fosforan, jednowapniowy który jest rozpuszczalny wodzie i może być asymilowany przez rośliny.

Fosforany mają bardzo wiele zastosowań w różnych dziedzinach np.:

  • AlPO4 fosforan trójglinowy, fosforan glinowy, ortofosforan glinu - jest stosowany do wytwarzania cementów dentystycznych a także stosowany jest w kosmetyce, farmacji i przemyśle papierniczym,
  • Na3PO4 fosforan trójsodowy, fosforan sodowy, ortofosforan sodu - służy do zmiękczania wody kotłowej, jako zmywacz do farb oraz jest stosowany w medycynie i przemyśle papierniczym,
  • Fosforki są stosowane głównie w przemyśle elektronicznym,
  • Fosfor czerwony jest używany do wyrobu zapałek, świec dymnych, ogni sztucznych, oraz jako dodatek do brązów fosforanowych,
  • Fosfor biały stosowany w przemyśle farmaceutycznym a także do wyrobu trutek na gryzonie.

Zwiększenie stężenie w wodzie jonów fosforanowych, których źródłem są nawozy fosforowe powoduje eutrofizację wód, czyli nadmierne zarastanie zbiorników wodnych. Fosfor jest pierwiastkiem niezbędnym do życia, ale nadmierne wzbogacania się zbiorników wodnych w substancje odżywcze, którymi są pierwiastki biogenne a w tym głównie azot i fosfor, potas i sód prowadzi do nadmiernej produkcji biomasy glonów - "zakwit glonów". Prowadzi do zmian właściwości wody tzn. zmiany zabarwienia, zapachu i w warstwie górnej oraz powstaniu warunków beztlenowych w głębszych warstwach, co jest przyczyną wymierania organizmów zwierzęcych, zwłaszcza ryb. Eutrofizacja powoduje to ze zaczynają dominować organizmy beztlenowe i zaczyna gromadzić się coraz większa ilości materii organicznej np. mułów. Konsekwencją tego jest to, że zbiornik wodny zaczyna się spłycać i może przekształcić się w staw, bagno czy nawet torfowisko niskie. Aby zapobiegać nadmiernej eutrofizacji wód należy ograniczyć dopływ pierwiastków biogennych głównie z pól uprawnych oraz eliminować je ze ścieków przemysłowych przez oczyszczanie.