Fosfor

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Fosfor / Phosphorus
Periodiek systeem
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Fosfor
Fosfor
Algemeen
Naam Fosfor / Phosphorus
Symbool P
Atoomnummer 15
Groep Stikstofgroep
Periode Periode 3
Blok P-blok
Reeks Niet-metalen
Kleur Rood/wit
Chemische eigenschappen
Atoommassa (u) 30,974
Elektronenconfiguratie [Ne]3s2 3p3
Oxidatietoestanden -3, +3, +5
Elektronegativiteit (Pauling) 2,19
Atoomstraal (pm) 110
1e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 1011,82
2e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 1907,47
3e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 2914,14
Fysische eigenschappen
Dichtheid (kg·m−3) 1820 (wit)
Smeltpunt (K) 317
Kookpunt (K) 553
Aggregatietoestand Vast
Smeltwarmte (kJ·mol−1) 0,65
Verdampingswarmte (kJ·mol−1) 12,13
Van der Waalse straal (pm) 180
Kristalstructuur verschillend
Molair volume (m3·mol−1) 17,02x10-6 (wit, per atoom)
Specifieke warmte (J·kg−1·K−1) 770
Elektrische weerstandΩ·cm) 1×1017
Warmtegeleiding (W·m−1·K−1) 0,236
SI-eenheden en standaardtemperatuur en -druk worden gebruikt,
tenzij anders aangegeven
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Fosfor is een scheikundig element met symbool P en atoomnummer 15. Het is een niet-metaal dat in verschillende kleuren kan voorkomen waarvan rode fosfor en witte fosfor - (vroeger) ook gele fosfor genoemd[1] - het bekendst zijn.

Ontdekking[bewerken]

Fosfor is in 1669 ontdekt door de Duitse alchemist Hennig Brand toen hij urine onderzocht. In een poging de zouten in te dampen, viel het Brand op dat er een wittige stof achterbleef die oplichtte in het donker en zeer brandbaar was. De naam heeft fosfor te danken aan het Griekse woord phosphoros, dat (net als het Latijnse woord lucifer) te vertalen is met "lichtdrager". Phosphoros was in de Griekse mythologie een van de personificaties van de planeet Venus.

Toepassingen[bewerken]

Vroeger werd het giftige witte fosfor gebruikt voor lucifers. In het verleden is fosfor ook veelvuldig gebruikt om mensen te vermoorden. Later werd het minder giftige en brandbare rode fosfor gebruikt voor lucifers.

Tegenwoordig is fosfor vooral van belang in de landbouw voor de productie van kunstmest. Hiervoor worden geconcentreerde oplossingen van fifosforpentoxide (P4O10) als basis gebruikt. Andere gebieden waarin fosfor wordt gebruikt zijn:

  • Fosfaten dienen als grondstof voor speciaal glas dat wordt gebruikt voor natriumlampen
  • Calciumfosfaat wordt in China veel gebruikt voor de productie van vuurwerk
  • Fosfor wordt soms toegevoegd aan staal
  • In de vorm van natriumtrifosfaat (Na5P3O10) wordt het gebruikt om de hardheid van water te verlagen
  • Voor militaire doeleinden wordt fosfor gebruikt bij de productie van onder andere rookbommen
  • Met zwavel reageert het tot fosforpentasulfide dat een belangrijk industrieel chemisch tussenproduct is

Verder wordt fosfor toegepast bij het maken van veiligheidslucifers, pesticiden en tandpasta.

In de biologie speelt fosfor een belangrijke rol. DNA en RNA bestaan voor een deel uit anorganisch fosfor en in de vorm van adenosine trifosfaat (ATP) is fosfor belangrijk voor de opslag en transport van energie. Botten bestaan voor een groot deel uit calciumfosfaat. In planten is fosfor van belang voor de ontwikkeling van wortels, voor de bloei en voor het rijpen van vruchten en zaden.

Vormen van fosfor[bewerken]

In de gasfase bestaat fosfor uit tetraedrische P4-moleculen. Bij hoge temperaturen (>800 °C) vallen deze moleculen uiteen tot P2-moleculen, te vergelijken met distikstof. Bij kamertemperatuur levert een damp van P4 na condensatie een vaste stof op, die witte fosfor heet. De P4-tetraëders zijn dan allemaal intact en in die vorm is het goed oplosbaar in bijvoorbeeld zwavelkoolstof (CS2). De P4-tetraëders maken dat witte fosfor chemisch reactief is. Het kan spontaan ontbranden en ook reageren met bijvoorbeeld een hete natriumhydroxideoplossing (NaOH) en vormt dan onderfosforigzuur. De reactiviteit komt door de instabiliteit van de P4-tetraëder en ook door de "spanning" erin aanwezig.

De witte vorm is een metastabiele fase die bij kamertemperatuur een lichaamsgecentreerd kubische kristalstructuur heeft. Bij 195.2 K gaat deze reversibel over in een andere, waarschijnlijk hexagonale structuur.

Onder invloed van daglicht of verhitting gaan de tetraëders openklappen en ontstaat langzaam de stabielere rode fosfor. Die is veel minder reactief en ontbrandt niet spontaan aan de lucht. Bij kamertemperatuur vormt zich onder invloed van licht in eerste instantie een amorfe vaste stof die maar zeer langzaam uitkristalliseert. Bij temperaturen hoger dan 200 °C) vindt dit proces veel sneller plaats en vormt zich de stabiele kristallijne rode fase.

Het voorkomen in meerdere verschijningsvormen van fosfor wordt allotropie genoemd. Naast de witte en rode vorm zijn er nog een aantal andere modificaties bekend zoals de zwarte en de scharlakenrode en de vezelachtige fase, ieder met hun eigen kristalstructuren.

De giftigheid van de witte fosfor komt ook door de reactieve P4-tetraëders. De stabiele rode fosfor op het strijkvlak van een luciferdoosje is niet meer gevaarlijk.

Opmerkelijke eigenschappen[bewerken]

Fosfor komt het meest voor als een witte vaste stof met een karakteristieke geur. Het is niet oplosbaar in water maar wel in koolstofdisulfide. Zuivere fosfor ontbrandt spontaan bij aanwezigheid van lucht tot (di)fosforpentoxide (P4O10, vaak foutief aangeduid als P2O5). Fosfor wordt daarom doorgaans onder water of olie bewaard.

Fosfor kan onder water branden. Brandende fosfor kan niet met water worden gedoofd. Om de brandende fosfor te doven is bordelese pap nodig, een oplossing van 2 gewichtsdelen koper(II)sulfaat en 1 deel kalk in 100 delen water. Brandend fosfor wordt ook wel Grieks vuur genoemd, omdat een soortgelijk wapen door de Oude Grieken gebruikt werd om vijandelijke schepen tot zinken te brengen.

Verschijning[bewerken]

Omdat het zo gemakkelijk reageert met andere materialen komt fosfor niet in ongebonden toestand voor in de natuur. Het heeft echter een grote verschijningsvorm als fosformineralen en is in die vorm een belangrijke bron voor de industrie. Deze mineralen worden in grote hoeveelheden gewonnen in onder andere Rusland, Marokko en de Verenigde Staten. Zuivere fosfor wordt uit mineralen gewonnen door verhitting in aanwezigheid van koolstof of silicium.

Fosforchemie[bewerken]

Fosforzuren en afgeleide zouten[bewerken]

Er is een vrij groot aantal op de oxiden van fosfor gebaseerde zuren en zouten bekend:

formule oxidatiegetal naam bekend als naam zuurrest
H3PO2 +1 onderfosforigzuur zuur / zout hypofosfiet
HPO2 +3 metafosforigzuur zuur / zout metafosfiet
H4P2O5 +3 pyrofosforigzuur zuur / zout pyrofosfiet
H3PO3 +3 orthofosforigzuur zuur / zout orthofosfiet
H4P2O6 +4 onderfosforzuur zuur / zout hypofosfaat
HPO3 +5 metafosforzuur zout metafosfaat
H5P3O10 +5 trifosforzuur zout trifosfaat
H4P2O7 +5 pyrofosforzuur zuur / zout pyrofosfaat
H3PO4 +5 orthofosforzuur zuur/zout orthofosfaat
H3PO5 +5 peroxomonofosforzuur zout peroxomonofosfaat
H4P2O8 +5 peroxodifosforzuur zout peroxodifosfaat

Isotopen[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie Isotopen van fosfor voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Stabielste isotopen
Iso RA (%) Halveringstijd VV VE (MeV) VP
31P 100 stabiel met 16 neutronen
32P syn 14,262 d β- 1,711 32S
33P syn 25,34 d β- 5845 33S

Naast het stabiele 31P kunnen de radioactieve isotopen 32P en 33P worden verkregen.

Toxicologie en veiligheid[bewerken]

Voor mensen is fosfor giftig en de LD50 waarde ligt rond 50 mg/kg lichaamsgewicht. Witte fosfor moet onder water worden bewaard om te voorkomen dat het ontbrandt aan de lucht. Rode fosfor is minder gevaarlijk dan de witte variant. Toch moet fosfor ook in deze vorm voorzichtig worden behandeld omdat het bij sommige temperaturen zeer giftige dampen kan afgeven.

Externe links[bewerken]

Bronnen
Zoek dit woord op in WikiWoordenboek