Φώσφορος

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
(Ανακατεύθυνση από Φωσφόρος)
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Φώσφορος
ΠυρίτιοΦώσφοροςΘείο
Άζωτο

P

Αρσενικό
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif

Electron shell 015 Phosphorus (el).svg
Κατανομή ηλεκτρονίων ανά στιβάδα στον Φώσφορο

PhosphComby.jpg
Μορφές του φωσφόρου

Ιστορία
Ταυτότητα του στοιχείου
Όνομα, σύμβολο Φώσφορος (P)
Ατομικός αριθμός (Ζ) 15
Κατηγορία Αμέταλλα
ομάδα, περίοδος,
τομέας
15 ,3, p
Σχετική ατομική
μάζα (Ar)
30.973762(2)  amu
Ηλεκτρονική
διαμόρφωση
[ Ne ] 3s2 3p3
Ατομικές ιδιότητες
Ατομική ακτίνα 128 pm
Ηλεκτραρνητικότητα 2,19 (κλίμακα Pauling)
Κυριότεροι αριθμοί
οξείδωσης
0, ±3, +5
Ενέργειες ιονισμού 1011,8 kJ/mole (P → P+ + e-)
1.907 kJ/mole (P+ → P2+ + e-)

2.914,1 kJ/mole (P2+ → P3+ + e-)

Φυσικά χαρακτηριστικά
Σημείο τήξης 44,2 °C (λευκός)
610 °C (μεταλλικός)
Σημείο βρασμού 280,5 °C (λευκός)
Πυκνότητα 1.823 kg/m3 (λευκός)
2.200 – 2.340 kg/m3 (ερυθρός)

2.360 kg/m3 (πορφυρός)
2.690 (μεταλλικός)

Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Ο Φώσφορος (Phosphorus) είναι το αμέταλλο χημικό στοιχείο με χημικό σύμβολο P, ατομικό αριθμό 15 και ατομικό βάρος 30,97376. Πρόκειται για ένα χημικό στοιχείο της ομάδας του αζώτου (VA ή 15) με τέσσερεις (4) πιο γνωστές στερεές αλλοτροπικές μορφές. Οι δυο κυριότερες από αυτές είναι ο λευκός και ο ερυθρός φώσφορος. Η χαρακτηριστική ιδιότητα του φωσφορισμού σχετίζεται μόνο με το λευκό φώσφορο.

Πρόκειται για εξαιρετικά δραστικό στοιχείο και γι' αυτό ποτέ δεν βρέθηκε σε στοιχειακή κατάσταση στη φύση της Γης. Συνήθως βρίσκεται σε φωσφορούχα πετρώματα, αλλά αποτελεί σημαντικό συστατικό και σημαντικών βιοχημικά (και όχι μόνο) οργανοφωσφορικών ενώσεων, όπως (μεταξύ άλλων) το DNA, το RNA, η ATP και η ADP. Είναι απαραίτητο στοιχείο για κάθε ζωντανό κύτταρο.

Ετυμολογία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το όνομα Φώσφορος στην Αρχαία Ελλάδα είχε δοθεί στον πλανήτη Αφροδίτη και προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις φως και φέρω. Δηλαδή, η λέξη Φώσφορος κυριολεκτικά σημαίνει αυτός που μεταφέρει φως[1]. Ο ίδιος πλανήτης ονομαζόταν (και παραδοσιακά ακόμη ονομάζεται) επίσης Αυγερινός (δηλαδή πρωινό άστρο), Έσπερος ή Εσπερινός ή Αποσπερίτης (δηλαδή απογευματινό άστρο), καθώς και Εωσφόρος (έπαψε να χρησιμοποιείται από την έλευση του Χριστιανισμού, γιατί το όνομα αυτό ταυτίστηκε με το Διάβολο). Ιδιαίτερα η τελευταία λέξη έχει εντελώς παρόμοια σημασία με το όνομα φωσφόρος.

Το επίθετο φωσφορώδης, φωσφορώδες χρησιμοποιείται για να δηλώσει ενώσεις του φωσφόρου με βαθμό οξείδωσης +3, ενώ το φωσφορικός, φωσφορική, φωσφορικό δηλώνει ενώσεις του φωσφόρου με βαθμό οξείδωσης +5. Χρησιμοποιούνται ακόμη, το επίθετο υποφωσφορώδης, υποφωσφορώδες για βαθμό οξείδωσης +1, ο όρος φωσφίδιο για βαθμό οξείδωσης -3.

Ιστορικό[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ανακαλύφθηκε το 1669 από τον αλχημιστή Μπραντ που αναζητώντας την φιλοσοφική λίθο έλαβε δια ξηράς απόσταξης από υπολείμματα ούρων, μια ουσία η οποία παρουσίαζε την περίεργη ιδιότητα να εκπέμπει φως στο σκοτάδι. Εξ αυτής ακριβώς της ιδιότητας την ονόμασε (φως+φέρον) φωσφόρο.
Αυτόν τον πρωτογενή τρόπο παρασκευής προσπάθησε να κρατήσει επτασφράγιστο μυστικό μέχρι που δεν άντεξε και ο ίδιος ο Μπραντ το εκμυστηρεύθηκε στον Κραφτ όπου και εκείνος με την σειρά του τελικά επέδειξε το "περίεργο" αυτό στοιχείο στην Αυλή του Βασιλέως της Αγγλίας Κάρολου τον Β΄ το 1677.
Παράλληλα όμως και ο Κούνκελ εργαζόμενος ανεξάρτητα παρήγαγε ίδια ουσία το 1676, ενώ ο Άγγλος φυσικός και χημικός Μπόυλ μελέτησε τη νέα αυτή φωτοβόλο ουσία την οποία και ονόμασε noctiluca. Έτσι το σύνηθες πλέον όνομα που καθιερώθηκε τότε για το στοιχείο αυτό ήταν ο αγγλικός φωσφόρος ή φωσφόρος του Μπόυλ σε διάκριση από τον φωσφόρο της Μπολόνιας ή Βολωνίας που ήταν θειούχο βάριο με κάποιες άλλες προσμίξεις που εξέπεμπε όμως φως μόνο μετά από έκθεση στον Ήλιο.
Ένα αιώνα αργότερα το 1770 ο Γκαν ανακάλυψε ότι το κυριότερο στοιχείο των οστών είναι το φωσφορικό ασβέστιο και ο Σέελε εξ αυτού καταφέρνει το 1777 να κατασκευάσει φωσφόρο από την τέφρα οστών. Το ίδιο δε έτος ο Λαβουαζιέ διαπιστώνει και την πραγματική φύση του φωσφόρου ως χημικό στοιχείο όπου και μελέτησε τις ιδιότητές του.

Προέλευση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο φώσφορος δεν απαντάται ελεύθερος στη φύση αλλά μόνο ενωμένος με άλλα στοιχεία. Το κυριότερο ορυκτό του είναι ο απατίτης που αποτελείται από φωσφορικό ασβέστιο συγκρυσταλλωμένο με φθοριούχο ή χλωριούχο ασβέστιο επονομαζόμενος χλωραπατίτης. Ο λεγόμενος φωσφορίτης είναι στην πραγματικότητα προϊόν αποσάθρωσης του απατίτη (φωσφορικό ασβέστιο). Άλλα ορυκτά του φωσφόρου είναι: ο μοναζίτης (πρόκειται για φωσφορικό άλας μετάλλων σπανίων γαιών), ο βιβιανίτης (φωσφορικός δισθενής σίδηρος) κ.ά. Ειδικότερα όμως ο φώσφορος αποτελεί βασικό συστατικό των φυτικών και ζωικών κυτάρων. Απαντάται ιδίως στα οστά, τα ούρα, τα νεύρα, στους μυς, στον εγκέφαλο, στο νωτιαίο μυελό, στ' αυγά, στους σπόρους κ.λπ. Η συνήθης μορφή με την οποία βρίσκεται στον οργανισμό είναι η λεκιθίνη (ένας μικτός οργανικός εστέρας γλυκερίνης με φωσφορικό οξύ). Κατά την πορεία του μεταβολισμού οι λεκιθίνες διασπώνται και το φωσφορικό οξύ αποβάλλεται δια των νεφρών μαζί με τα ούρα. Επειδή δε το στοιχείο αυτό θεωρείται απαραίτητο στην ανάπτυξη του οργανισμού, θα πρέπει οι απώλειές του να αναπληρώνονται με λήψη φωσφορούχων τροφών. Τα φυτά λαμβάνουν το στοιχείο αυτό από το έδαφος (φωσφορικό ασβέστιο) που είναι διαλυτό στο νερό περιέχοντας ανθρακικό οξύ. Στα οστά ο φώσφορος βρίσκεται σε αναλογία 12% ως φωσφορικό ασβέστιο και γι' αυτό αποτελούσαν παλαιότερα την μοναδική πηγή παρασκευής του.

Παρασκευή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Πρώτη παρασκευή φωσφόρου ήταν η αποτέφρωση οστών. Ο λαμβανόμενος οστεάνθρακας χρησιμοποιείτο ως αποχρωστικό μέσο στη βιομηχανία σακχάρεως. Η τέφρα αυτή των οστών που περιείχε 80% φωσφορικό ασβέστιο και μικρότερα ποσά ανθρακικού και φθοριούχου ασβεστίου, προσβαλλόταν από πυκνό και θερμό θειικό οξύ και το δε ελευθερούμενο φωσφορικό οξύ θερμαινόταν σε κλειστά αποστακτικά κεράτια σε ανάμιξη με κωκ οπότε και σχηματιζόταν φώσφορος, ο οποίος και αποσταζόταν.
Σήμερα όμως ο φώσφορος παρασκευάζεται κατά μέθοδο που ανακαλύφθηκε το 1829 από τον Βαίλερ με άμεση αναγωγή του φωσφορικού ασβεστίου υπό άνθρακα με την παρουσία και διοξειδίου του πυριτίου, με την επίδραση του οποίου ελευθερώνεται πεντοξείδιο του φώσφορος το οποίο στη συνέχεια ανάγεται υπό άνθρακα σε φωσφόρο.

Ca3(PO4)2 + 3SiO2 = 3CaSiO3 + P2O5
P2O5 +5C = 2P + 5CO

Η μέθοδος αυτή απαιτεί υψηλή θερμοκρασία γι' αυτό και κατέστη δυνατή η εφαρμογή της μετά την εμφάνιση των ηλεκτρικών καμίνων που σήμερα λειτουργούν με βολταϊκό τόξο κονιοποιουμένου μίγματος φωσφορικού ασβεστίου (φωσφορίτη ή απατίτη) μαζί με κωκ σε θερμοκρασία περίπου 1500 βαθμούς Κελσίου. Το σχηματιζόμενο έτσι πυριτικό ασβέστιο σχηματίζει σε τέτοια θερμοκρασία τήγμα που απομακρύνεται από υφιστάμενη έξοδο στη βάση της καμίνου. Η δε κατανάλωση ρεύματος φθάνει τις 5Wh ανά kgr παραγόμενου φωσφόρου. Η μέθοδος αυτή ονομάζεται μέθοδος Βάιλερ.

Ιδιότητες - Είδη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο φώσφορος εμφανίζεται με πολλές αλλοτροπικές μορφές των οποίων βασικότερες είναι ο λευκός φώσφορος, ο ερυθρός φωσφόρος, ο πορφυρούς φωσφόρος και ο μεταλλικός φωσφόρος. Οι τέσσερις αυτές μορφές παρουσιάζουν μεγάλες διαφορές τόσο στις φυσικές όσο και στις χημικές ιδιότητες. Όλες δε οι άλλες μορφές του, αποτελούν (θεωρούνται) παραλλαγές των τεσσάρων βασικών μορφών.

  • Πολλοί θεωρούν τον πορφυρούν παραλλαγή του ερυθρού θεωρώντας έτσι τρεις βασικές μορφές.

Λευκός φώσφορος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο λευκός φώσφορος είναι σώμα λευκό που μοάζει με το κερί. Εκτειθέμενος στον Ήλιο καθίσταται κίτρινος. Λαμβάνεται κατά τη συνήθη παρασκευή του φωσφόρου. Διακρίνεται σε δύο τύπους: α και β.

1. Λευκός φώσφορος α: Ειδικό βάρος: 1,83 Σημείο τήξης: 44,1 , Σημείο ζέσεως: 287° C περίπου (σε απουσία αέρος ή οξυγόνου). Είναι σώμα μαλακό που μπορεί εύκλα να κοπεί με μαχαίρι. Σε θερμοκρασίες κατώτερες των 5° C γίνεται στιλπνός και κρυσταλλικός. Διαλύεται ελάχιστα στο νερό (ενα προς 300.000 μέρη νερου), πολύ όμως ευκολα σε οργανικούς διαλύτες και ιδίως σε διθειάνθρακα σε αναλογία 9:1, μέχρι ακόμη και σε ελαιόλαδο. Από την εξάτμιση των διθειανθρακικών διαλυμάτων του "φωσφόρου α" λαμβάνεται αυτός σε κρυσταλλική μορφή (ρομβικά δεκάεδρα).
2. Λευκός φώσφορος β: Ο τύπου β λαμβάνεται δια ψύξεως του α τύπου στους -77° C ή με άσκηση επ΄αυτού πίεσης 12.000 atm όπου και κρυσταλλούται στο εξαγωγικό σύστημα.

Ερυθρός φώσφορος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο ερυθρός φώσφορος είναι ένα ερυθροϊώδες μικροκρυσταλλικό στερεό με Ειδικό βάρος: 2,1 , Σημείο τήξεως 500-600° C. Λαμβάνεται με πύρωση του λευκού για λίγες ώρες στους 240° C σε αδρανή ατμόσφαιρα (αζώτου). Το σημείο μετατροπής του είναι μεταξύ 230-250° C ενώ σε μεγαλύτερη θερμοκρασία το φαινόμενο αυτό γίνεται αντιστρεπτό. Ατμοί ερυθρού φωσφόρου αν ψυχθούν αποθέτουν λευκό φώσφορο. Η αντίδραση μετατροπής του λευκού σε ερυθρό είναι εξώθερμη παρουσιάζοντας έκλυση 3,7 χιλιοθερμίδες ανά γραμμομόριο.

Πορφυρός φώσφορος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο πορφυρός φώσφορος λαμβάνεται υπό μορφή άμορφης πορφυράς σκόνης με Ειδικό βάρος: 1,87 , δια βρασμού διαλύματος 10% λευκού φωσφόρου σε τριβρωμίδιο του φωσφόρου επί 10 ώρες περίπου, ή διά θερμάνσεως του τριβρωμιδίου με υδράργυρο στους 240° C. Είναι περισσότερος δραστικός από τον ερυθρό, διαφέρει δε από το λευκό στο ότι οξειδώνεται βραδύτερα στον αέρα και δεν παρουσιάζει τοξικές ιδιότητες. Διαλύεται στα αλκάλια με έκλυση φωσφίνης. Στο μόριο του πορφυρού φωσφόρου αποδίδεται ο τύπος Ρ2.

Μεταλλικός φώσφορος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο Μεταλλικός φώσφορος ή μέλας φώσφορος είναι η τέταρτη αλλοτροπική μορφή του φωσφόρου που όπως ο λευκός έτσι και ο μεταλλικός εμφανίζεται υπό δύο μορφές α και β μεταλλικός φωσφόρος.

1. Μεταλλικός φώσφορος α: Ο τύπου α μεταλλικός λαμβάνεται με θέρμανση του ερυθρού στους 530° C ή με διάλυση λευκού φωσφόρου σε μόλυβδο στους 400° C μέσα σε κλειστό σωλήνα και μετά την κρυστάλλωση του μίγματος διάλυσης του μολύβδου σε αραιό νιτρικό οξύ. Είναι σώμα κρυσταλλικό σε μονοκλινικούς ή ρομβοεδρικούς κρυστάλλους με Ειδικό βάρος: 2,32. Κατά την εξάχνωσή του δεν οξειδώνεται. Είναι ηλεκτρομονωτικό.
2. Μεταλλικός φώσφορος β: Ο τύπου β μεταλλικός λαμβάνεται από τον λευκό φώσφορο με θέρμανση στους 200° C και υπό πίεση 12.000 atm. Είναι σώμα κρυσταλλικό με Ειδικό βάρος: 2,7 και Σημείο τήξεως 587,5° C. Παρουσιάζει λίαν σταθερή μορφή και δεν αναφλέγεται στον αέρα ακόμη και αν θερμανθεί στους 400° C. Είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισμού.

Εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο φώσφορος χρησιμοποιείται κυρίως στη βιομηχανία πυρείων (σπίρτων), στη μεταλλουργία για την παρασκευή φωσφορούχων ορειχάλκων, στη βιομηχανία χημικών προϊόντων για την παρασκευή πεντοξειδίου, πεντοχλωριδίου και τριχλωριδίου του φωσφόρου κυρίως ως μυοκτόνο αλλά και στη βιομηχανία χρωμάτων. Ο φώσφορος ενώνεται άμεσα ή έμμεσα με μεγάλο αριθμό χημικών στοιχείων (με μέταλλα ή αμέταλλα).

Παράγωγα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σπουδαιότερες χημικές ενώσεις του Φωσφόρου είναι:

  1. Τα αλογονίδια του φωσφόρου (PX3 και PX5, όπου X αλογόνο).
  2. Οι φωσφίνες (PR3, όπου R μονοσθενής οργανική ρίζα ή υδρογόνο).
  3. Τα φωσφοράνια (PR5, όπου R μονοσθενής οργανική ρίζα ή υδρογόνο).
  4. Τα οξείδια του φωσφόρου (PxOy).
  5. Τα υποφωσφορώδη οξέα (το υποφωσφορώδες οξύ έχει χημικό τύπο H3PO2, ενώ με αντικατάσταση στον τύπο ενός ή δύο ατόμων υδρογόνου από οργανική ρίζα (R), παράγονται τα οργανοϋποφωσφορώδη οξέα).
  6. Τα φωαφορώδη οξέα ή ορθοφωσφορώδη οξέα (το φωσφορώδες οξύ έχει χημικό τύπο H3PO3, ενώ με αντικατάσταση στον τύπο ενός ατόμου υδρογόνου ή και ενός υδροξυλίου από οργανική ρίζα (R), παράγονται τα οργανοφωσφορώδη οξέα).
  7. Τα φωσφορικά οξέα ή ορθοφωσφορρικά οξέα [το φωσφορικό οξύ έχει χημικό τύπο H3PO4, ενώ με αντικατάσταση στον τύπο ενός ή δύο (2) υδροξυλίων από οργανική ρίζα (R), παράγονται τα οργανοφωσφικά οξέα ].
  8. Τα πυροφωσφορικό οξέα [το πυροφωσφορικό οξύ έχει χημικό τύπο H4P2O7, ενώ με αντικατάσταση στον τύπο έως και τριών (3) υδροξυλίων από οργανική ρίζα (R), παράγονται τα οργανοπυροφωσφικά οξέα ].
  9. Τα τριφωσφορικό οξέα [το τριφωσφορικό οξύ έχει χημικό τύπο H5P3O10, ενώ με αντικατάσταση στον τύπο έως και τεσσάρων (4) υδροξυλίων από οργανική ρίζα (R), παράγονται τα οργανοτριφωσφικά οξέα ].
  10. Τα μεταφωσφορικά οξέα [τα μεταφωσφορικά οξέα έχουν χημικό τύπο (HPO3)n , όπου n = 3 ή 4, ενώ με αντικατάσταση στον τύπο ενός έως και n-1 υδροξυλίων από οργανική ρίζα (R), παράγονται τα οργανομεταφωσφορικά οξέα ].
  11. Τα παραπάνω οξέα, ανόργανα και οργανικά, παράγουν τους αντίστοιχους εστέρες.
  12. Τα σουλφίδια του φωσφόρου (PxSy).

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Parkes and Mellor, p. 717.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Wiktionary logo
Το Βικιλεξικό έχει λήμμα που έχει σχέση με το λήμμα:
Commons logo
Τα Wikimedia Commons έχουν πολυμέσα σχετικά με το θέμα


Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Phosphorus της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).