Fosfor

Fosfor, ₁₅P

mumsu beyaz (sarı kesim), kırmızı (granül orta sol, yığın orta sağ) ve menekşe fosfor
Fosfor
Telaffuz	/ˈfɒsfərəs/ ​(FOS-fər-əs)
Görünüm	Renksiz, mumsu beyaz, sarı, kırmızı, kırmızı, menekşe, siyah
Standart atom ağırlığı Ar, std(P)	7001309737619980000♠30.973761998(5)
Bolluk
yer kabuğunda	5.2 (silikon = 100)
Periyodik tablodaki Fosfor
N ↑ P ↓ As silikon ← fosfor → sülfür
Atom numarası (Z)	15
Grup	15. grup (azot grubu)
Period	periyot 3
Blok	p-blok
Element kategorisi	Reaktif ametal
Elektron konfigürasyonu	[Ne] 3s2 3p3
Kabuk başına elektron	2, 8, 5
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	beyaz: 317.3 K ​(44.15 °C, ​111.5 °F) kırmızı: ∼860 K (∼590 °C, ∼1090 °F)
Kaynama noktası	beyaz: 553.7 K ​(280.5 °C, ​536.9 °F)
Süblimleşme noktası	kırmızı: ≈689.2–863 K ​(≈416–590 °C, ​≈780.8–1094 °F) menekşe: 893 K (620 °C, 1148 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	beyaz: 1.823 g/cm3 kırmızı: ≈2.2–2.34 g/cm3 menekşe: 2.36 g/cm3 siyah: 2.69 g/cm3
Isı entalpisi	beyaz: 0.66 kJ/mol
Buharlaştırma vaporisation	beyaz: 51.9 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	beyaz: 23.824 J/(mol·K)
Buhar basıncı (beyaz) P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 279 307 342 388 453 549
Vapour basınç (kırmızı, b.p. 431 °C) P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 455 489 529 576 635 704
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	−3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 (bir hafif asidik oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 2.19
Ionisation enerjisi	1.: 1011.8 kJ/mol 2.: 1907 kJ/mol 3.: 2914.1 kJ/mol (daha fazlası)
Kovalent yarıçapı	107±3 pm
Van der Waals yarıçapı	180 pm
fosfor spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	​hacim merkezli kübik (bcc)
Termal iletkenlik	beyaz: 0.236 W/(m·K) siyah: 12.1 W/(m·K)
Manyetik sıralama	beyaz, kırmızı, menekşe, siyah: diyamanyetik
Manyetik alınganlık	−20.8·10−6 cm3/mol (293 K)
Bulk modülü	beyaz: 5 GPa kırmızı: 11 GPa
CAS Numarası	7723-14-0 (kırmızı) 12185-10-3 (beyaz)
Tarihçe
Keşfeden	Hennig Brand (1669)
Recognised as an element by	Antoine Lavoisier (1777)
fosfor ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma 31P 100% kararlı 32P iz 14.28 d β− 32S 33P trace 25.3 d β− 33S

Fosfor, sembolü P ve atom numarası 15 olan kimyasal bir elementtir. Element fosfor, beyaz fosfor ve kırmızı fosfor olmak üzere iki ana formda bulunur, ancak yüksek derecede reaktif olduğu için fosfor Dünya'da asla serbest bir element olarak bulunmaz. Dünya kabuğunda kilogram başına yaklaşık bir gram konsantrasyona sahiptir. Minerallerde fosfor genellikle fosfat olarak bulunur.

Elemental fosfor ilk olarak 1669 yılında beyaz fosfor olarak izole edildi. Beyaz fosfor, oksijene maruz kaldığında hafif bir parıltı yayar - bu nedenle Yunan mitolojisinden alınan "Φωσφόρος", "ışık taşıyıcı" anlamına gelen (Latince Lucifer), "Sabah Yıldızı", Venüs gezegeni anlamında ifade edilir. Aydınlatmadan sonra parıltı anlamına gelen "fosforesans" terimi, fosforun bu özelliğinden türetilir, ancak kelime o zamandan beri parıltı üreten çeşitli fiziksel bir süreç için kullanılmıştır. Fosforun ışıltısı, şimdi kemilüminesans olarak adlandırılan bir süreç olan beyaz (ancak kırmızı değil) fosforun oksidasyonundan kaynaklanır. Azot, arsenik, antimon ve bizmut ile birlikte fosfor bir piktojen olarak sınıflandırılır.

Fosfor yaşam için gereklidir. Fosfatlar (fosfat iyonu, PO₄³⁻ içeren bileşikler), DNA, RNA, ATP ve fosfolipitlerin bir bileşenidir. Elementel fosfor önce insan idrarından izole edildi ve kemik tozu önemli bir erken fosfat kaynağıydı. Fosfat madenleri fosil içerir, çünkü fosfat hayvan kalıntıları ve dışkıların fosilleşmiş tortularında bulunur. Düşük fosfat seviyeleri bazı su sistemlerinde büyüme için önemli bir sınırdır. Çıkarılan fosfor bileşiklerinin büyük çoğunluğu gübre olarak tüketilmektedir. Bitkilerin topraktan çıkardığı fosforun yerini almak için fosfat gereklidir ve yıllık talebi insan nüfusunun büyümesinin neredeyse iki katı kadar artmaktadır. Diğer uygulamalar arasında deterjanlar, böcek ilaçları ve sinir ajanlarındaki organofosfor bileşikleri bulunur.

Özellikleri

Allotropları

Fosfor, çarpıcı derecede farklı özellikler sergileyen birkaç allotropa sahiptir. en yaygın iki allotrop beyaz fosfor ve kırmızı fosfordur.

Uygulamalar ve kimyasal literatür açısından bakıldığında elemental fosforun en önemli formu, genellikle WP olarak kısaltılan beyaz fosfordur. Her bir atomun diğer üç atoma tek bir bağ ile bağlandığı tetrahedral P₄ moleküllerinden oluşan yumuşak, mumsu bir katıdır. Bu P₄ tetrahedron, P₂ moleküllerine ayrışmaya başladığında 800 °C (1,470 °F) sıcaklığa kadar sıvı ve gaz halinde fosforda da bulunur. Beyaz fosfor iki kristal formda bulunur: α (alfa) ve β (beta). Oda sıcaklığında, a-formu stabildir, bu daha yaygındır ve kübik kristal yapıya sahiptir ve 195.2 K (−78.0 °C) 'de altıgen kristal yapıya sahip β-formuna dönüşür. Bu formlar, P₄ tetrahedera bileşeninin nispi yönelimleri açısından farklılık gösterir.

Beyaz fosfor, allotropların en az kararlı, en reaktif, en uçucu, en az yoğun ve en toksik olanıdır. Beyaz fosfor yavaş yavaş kırmızı fosfora dönüşür. Bu dönüşüm ışık ve ısı ile hızlanır ve beyaz fosfor örnekleri neredeyse her zaman kırmızı fosfor içerir ve buna göre sarı görünür. Bu nedenle, yaşca veya başka şekilde saf olmayan beyaz fosfora (örneğin, laboratuar sınıfı WP yerine silah sınıfı) sarı fosfor da denir. Oksijene maruz kaldığında, beyaz fosfor karanlıkta çok hafif yeşil ve mavi bir renk tonuyla parlar. Hava ile temas ettiğinde son derece yanıcı ve piroforiktir (kendiliğinden tutuşur). Piroforikliği nedeniyle, napalmde bir katkı maddesi olarak beyaz fosfor kullanılır. Bu formun yanma kokusu karakteristik bir sarımsak kokusuna sahiptir ve numuneler genellikle fosfor atomları arasına ve köşelerine yerleştirilen oksijenli P
4O
10 tetrahedradan oluşan beyaz "fosfor pentoksit" ile kaplanır. Beyaz fosfor suda çözünmez ancak karbon disülfürde çözünür.

1100 kelvin'de P_{4</sub'ün termolizi difosfor, P2 verir. Bu tür bir katı veya sıvı olarak kararlı değildir. Dimerik ünite üçlü bir bağ içerir ve N2'ye benzer. Organofosfor öncü reaktiflerinin termolizi ile çözeltide geçici bir ara madde olarak da üretilebilir. Daha yüksek sıcaklıklarda, P2 atomik P'ye ayrışır.}

Kırmızı fosforun yapısı polimeriktir. Bir P-P bağının kırıldığı ve komşu tetrahedron ile zincir benzeri bir yapı ile sonuçlanan bir ek bağın oluşturulduğu bir P₄ türevi olarak görülebilir. Kırmızı fosfor, beyaz fosforun 250 °C'ye (482 °F) ısıtılması veya beyaz fosforun güneş ışığına maruz bırakılmasıyla oluşturulabilir. Bu işlemden sonra fosfor amorftur. Daha fazla ısıtma üzerine, bu malzeme kristalleşir. Bu anlamda, kırmızı fosfor bir allotrop değil, beyaz ve mor fosfor arasındaki bir ara fazdır ve özelliklerinin çoğunun bir dizi değeri vardır. Örneğin, taze hazırlanmış, parlak kırmızı fosfor oldukça reaktiftir ve yaklaşık 300 °C'de (572 °F) tutuşur, ancak yaklaşık 30 °C'de (86 °F) tutuşan beyaz fosfordan daha kararlıdır. Uzun süreli ısıtma veya depolamadan sonra renk kararır (bkz. Bilgi kutusu resimleri); ortaya çıkan ürün daha kararlıdır ve havada kendiliğinden tutuşmaz.

Menekşe fosfor, 550 °C'nin üzerindeki kırmızı fosforun gün boyu tavlanmasıyla üretilebilen bir fosfor şeklidir. 1865 yılında Hittorf, erimiş kurşundan fosfor yeniden kristalleştirildiğinde kırmızı / mor bir form elde edildiğini keşfetti. Bu nedenle, bu form bazen "Hittorf'un fosforu" (veya menekşe veya a-metalik fosfor) olarak bilinir.

Siyah fosfor, en az reaktif allotroptur ve 550 °C'nin (1.022 °F) altında termodinamik olarak kararlı formdur. Β-metalik fosfor olarak da bilinir ve grafitinkine benzeyen bir yapıya sahiptir. Beyaz fosforun yüksek basınç altında (yaklaşık 12.000 standart atmosfer veya 1.2 gigapaskal) ısıtılmasıyla elde edilir. Ayrıca ortam koşullarında metal tuzları, örn. katalizör olarak cıva. Görünüm, özellikler ve yapı olarak, grafiti andırır, siyah ve pul pul olur, bir elektrik iletkeni ve bağlantılı atomların büzüşmüş tabakalarına sahiptir.

Başka bir form olan kızıl fosfor, karbon disülfür içindeki beyaz fosfor çözeltisinin güneş ışığında buharlaşmasına izin verilerek elde edilir.

Bazı fosfor allotroplarının özellikleri

Form	beyaz(α)	beyaz(β)	menekşe	siyah
Simetri	hacim merkezli kübik	triklinik	monoklinik	ortorombik
Pearson sembolü		aP24	mP84	oS8
Uzay grubu	I43m	P1 No.2	P2/c No.13	Cmca No.64
Yoğunluk (g/cm3)	1.828	1.88	2.36	2.69
Bant aralığı (eV)	2.1		1.5	0.34
Kırılma indisi	1.8244		2.6	2.4

Kemilüminesans

İlk izole edildiğinde, beyaz fosfordan çıkan yeşil parıltı, tıkalı bir kavanozda bir süre devam edecek, ancak sonra duracaktır. 1680'lerde Robert Boyle havayı “zayıflatmaya” çalıştı. Aslında oksijen tüketiliyor. 18. yüzyılda saf oksijenden fosforun hiç parlamadığı biliniyordu; sadece bir dizi kısmi basınç vardır. Reaksiyonu daha yüksek basınçlarda sürmek için ısı uygulanabilir.

1974'te parıltı R.J. van zee ve A.U. Khan tarafından açıklandı. Oksijen ile bir reaksiyon, katı (veya sıvı) fosforun yüzeyinde gerçekleşir ve her ikisi de görünür ışık yayan kısa ömürlü HPO ve P
2O
2 moleküllerini oluşturur. Reaksiyon yavaştır ve lüminesansı üretmek için ara maddelerin çok azına ihtiyaç duyulur, bu nedenle ışıltı tıkanmış bir kavanozda devam eder.

Keşfinden bu yana, fosforlar ve fosforesans, yanmadan karanlıkta parlayan maddeleri tanımlamak için gevşek bir şekilde kullanıldı. Fosforesans terimi fosfordan türetilmiş olsa da, fosforun parlamasını veren reaksiyona fosforesans (daha önce bir maddeye düşen ve onu uyaran ışığı yeniden yayan) değil, kemilüminesans (soğuk bir kimyasal reaksiyondan dolayı parlayan) denir.

İzotopları

25
P ila 47
P arasında değişen 23 fosfor izotopu bilinmektedir. Sadece 31
P stabildir ve bu nedenle %100 bollukta bulunur. Yarı-tamsayılı nükleer spin ve yüksek miktarda ³¹P, fosfor-31 NMR spektroskopisini fosfor içeren örneklerin çalışmalarında çok yararlı bir analitik araç haline getirir.

İki radyoaktif fosfor izotopu biyolojik bilimsel deneyler için uygun yarı ömürlere sahiptir. Bunlar:

• ³²P, 14.3 günlük yarılanma ömrüne sahip bir beta yayıcı (1.71 MeV) olup, yaşam bilimi laboratuvarlarında rutin olarak, öncelikle radyoaktif olarak etiketlenmiş DNA ve RNA probları üretmek için kullanılır; Kuzey lekelerinde veya Güney lekelerinde kullanım için.
• ³³P, 25.4 günlük yarılanma ömrüne sahip bir beta yayıcıdır (0.25 MeV). Yaşam bilimi laboratuvarlarında DNA sekanslama gibi düşük enerji beta emisyonlarının avantajlı olduğu uygulamalarda kullanılır.

³²P'den yüksek enerjili beta parçacıkları cilde ve kornealara nüfuz eder ve yutulan, solunan veya emilen herhangi bir ³²P, kemik ve nükleik asitlere kolayca dahil edilir. Bu nedenlerden dolayı, ABD'deki İş Sağlığı ve Güvenliği İdaresi ve diğer gelişmiş ülkelerdeki benzer kurumlar, ³²P ile çalışan personelin laboratuvar önlüğü, tek kullanımlık eldivenler ve gözleri korumak için güvenlik gözlükleri veya gözlük takmasını ve doğrudan açıkta çalışmamasını gerektirir. Kişisel, giysi ve yüzey kontaminasyonunun izlenmesi de gereklidir. Ekranlama özel dikkat gerektirir. Beta parçacıklarının yüksek enerjisi, kurşun gibi yoğun koruyucu malzemelerde Bremsstrahlung (fren radyasyonu) yoluyla X-ışınlarının ikincil emisyonuna yol açar. Bu nedenle, radyasyon akrilik veya diğer plastik, su veya (şeffaflık gerekli olmadığında), hatta ahşap gibi düşük yoğunluklu malzemelerle korunmalıdır.

Oluşum

Evren

2013 yılında, gökbilimciler Cassiopeia A'da fosfor tespit ettiler ve bu element süpernovada süpernova nükleosentezinin bir yan ürünü olarak üretildiğini doğruladı. Süpernova kalıntısından gelen malzemedeki fosfor-demir oranı, genel olarak Samanyolu'ndan 100 kat daha yüksek olabilir.

2020'de gökbilimciler, fosfor taşıyan molekülleri ve kuyruklu yıldızların erken Dünya'ya nasıl taşındıklarını tespit etmek için büyük yıldız oluşturan bölge AFGL 5142'den ALMA ve ROSINA verilerini analiz ettiler.

Kabuk ve organik kaynaklar

Fosfor, Dünya'nın kabuğunda kilogram başına yaklaşık bir gram konsantrasyona sahiptir. Doğada serbest bulunmaz, ancak genellikle fosfatlar gibi birçok mineralde yaygın olarak dağılır. Kısmen apatitten (bir grup mineral, genellikle pentakalsiyum triorfosfat florür (hidroksit) olan) inorganik fosfat kayası bugün bu elementin başlıca ticari kaynağıdır. ABD Jeoloji Araştırması'na (USGS) göre, küresel fosfor rezervlerinin yaklaşık yüzde 50'si Arap ülkelerinde. Büyük apatit yatakları Çin, Rusya, Fas, Florida, Idaho, Tennessee, Utah ve başka yerlerde bulunur. Örneğin Birleşik Krallık'taki Albright ve Wilson ve Niagara Şelalesi fabrikası, Tennessee, Florida ve Îles du Connétable'den (guano adası fosfat kaynakları) 1890'larda ve 1900'lerde fosfat kayası kullanıyordu; 1950'de, çoğunlukla Tennessee ve Kuzey Afrika'dan gelen fosfat kayası kullanıyorlardı.

Organik kaynaklar, yani idrar, kemik tozu ve (19. yüzyılın sonlarında) guano, tarihsel olarak önemliydi, ancak sadece ticari başarıları sınırlıydı. İdrar fosfor içerdiğinden, bugün İsveç dahil bazı ülkelerde, dışkıyı yeniden kullanma yöntemleri kullanılarak, halen kullanılmakta olan gübreleme özelliklerine sahiptir. Bu amaçla, idrar saf formda bir gübre olarak veya kanalizasyon veya kanalizasyon çamuru şeklinde suyla karıştırılmanın bir parçası olarak kullanılabilir.

Bileşikler

Fosfor (V)

En yaygın fosfor bileşikleri, tetrahedral bir anyon olan fosfat türevleridir (PO₄³⁻). Fosfat, gübrelerde kullanılmak üzere büyük bir ölçekte üretilen fosforik asidin konjugat bazdır. Triprotik olan fosforik asit, aşamalı olarak üç konjugat bazına dönüşür:

H₃PO₄ + H₂O ⇌ H₃O⁺ + H₂PO₄⁻       K_a1= 7.25×10⁻³

H₂PO₄⁻ + H₂O ⇌ H₃O⁺ + HPO₄²⁻       K_a2= 6.31×10⁻⁸

HPO₄²⁻ + H₂O ⇌ H₃O⁺ +  PO₄³⁻        K_a3= 3.98×10⁻¹³

Fosfat, P-O-P bağları içeren zincirler ve halkalar oluşturma eğilimi gösterir. ATP de dahil olmak üzere birçok polifosfat bilinmektedir. Polifosfatlar, HPO₄²⁻ ve H₂PO₄⁻ gibi hidrojen fosfatların dehidrasyonu ile ortaya çıkar. Örneğin, endüstriyel olarak önemli pentasodyum trifosfat (sodyum tripolifosfat, STPP olarak da bilinir) bu yoğunlaşma reaksiyonu ile endüstriyel olarak megaton tarafından üretilir:

2 Na₂[(HO)PO₃] + Na[(HO)₂PO₂] → Na₅[O₃P-O-P(O)₂-O-PO₃] + 2 H₂O

Fosfor pentoksit (P₄O₁₀), fosforik asidin asit anhidrididir, ancak ikisi arasında birkaç ara madde bilinmektedir. Bu mumsu beyaz katı su ile kuvvetli reaksiyona girer.

Metal katyonları ile fosfat çeşitli tuzlar oluşturur. Bu katılar polimeriktir ve P-O-M bağlantılarına sahiptir. Metal katyonu 2+ veya 3+ yüke sahip olduğunda, tuzlar genellikle çözünmezdir, bu nedenle ortak mineraller olarak bulunurlar. Birçok fosfat tuzu hidrojen fosfattan (HPO₄²⁻) türetilir.

PCl₅ ve PF₅ yaygın bileşiklerdir. PF₅ renksiz bir gazdır ve moleküller trigonal bipirami geometrisine sahiptir. PCl₅, PCl₄⁺ PCl₆⁻'nın iyonik bir formülasyonuna sahip olan, ancak erimiş veya buhar fazında trigonal bipirami geometrisini benimseyen renksiz bir katıdır. PBr₅, PBr₄⁺Br⁻ olarak formüle edilen kararsız bir katıdır ve PI₅ bilinmemektedir. Pentaklorür ve pentaflorür Lewis asitleridir.

Florür ile PF₅, SF₆ ile izoelektronik olan PF₆⁻'yi oluşturur. En önemli okshalid, yaklaşık tetrahedral olan fosfor oksiklorürdür (POCl₃).

Kapsamlı bilgisayar hesaplamaları mümkün olmadan önce, fosfor(V) bileşiklerindeki bağların d orbitaller içerdiği düşünülüyordu. Moleküler orbital teorisinin bilgisayar modellemesi, bu bağın sadece s- ve p-orbitalleri içerdiğini gösterir.

Fosfor (III)

Dört simetrik trihalidin hepsi iyi bilinmektedir: gazlı PF₃, sarımsı sıvılar PCl₃ ve PBr₃ ve katı PI₃. Bu malzemeler neme karşı hassastır, fosfor asidi vermek için hidrolize edilir. Yaygın bir reaktif olan triklorür, beyaz fosforun klorlanmasıyla üretilir:

P₄ + 6 Cl₂ → 4 PCl₃

Triflorür, halit değişimiyle triklorürden üretilir. PF₃ toksiktir çünkü hemoglobine bağlanır.

Fosfor(III) oksit, P₄O₆ (tetrafosfor heksoksit olarak da bilinir), fosfor asidin küçük tautomeri olan P(OH)₃'ün anhidritidir. P₄O₆'nın yapısı terminal oksit grupları olmayan P₄O₁₀'a benzer.

Fosfor(I) ve fosfor(II)

Stabil bir difosfen, fosfor türevi (I).

Bu bileşikler genellikle P-P bağlarına sahiptir. Örnekler arasında katetilen fosfin ve organofosfin türevleri bulunur. P = P çift bağı içeren bileşikler de nadir olmasına rağmen gözlenmiştir.

Fosfitler ve fosfinler

Fosfitler, metallerin kırmızı fosfor ile reaksiyonu sonucu ortaya çıkar. Alkali metaller (grup 1) ve toprak alkali metaller, fosfid iyonu P³⁻ içeren iyonik bileşikler oluşturabilir. Bu bileşikler su ile reaksiyona girerek fosfin oluştururlar. Diğer fosfidler, örneğin Na₃P₇, bu reaktif metaller için bilinmektedir. Geçiş metalleri ve monofosfitler ile, genellikle metalik bir parlaklığa sahip sert refrakter bileşikler olan metal bakımından zengin fosfitler ve daha az kararlı olan ve yarı iletkenler içeren fosfor açısından zengin fosfitler vardır. Schreibersite, meteoritlerde bulunan doğal olarak oluşan metal bakımından zengin bir fosfittir. Metal zengini ve fosfor zengini fosfitlerin yapıları karmaşık olabilir.

Fosfin (PH₃) ve organik türevleri (PR₃) amonyak (NH₃) yapısal analoglarıdır, ancak fosfordaki bağ açıları fosfin ve organik türevleri için 90 °'ye daha yakındır. Kötü kokulu, toksik bir bileşiktir. Fosforun oksidasyon sayısı fosfin içinde -3'tür. Fosfin, kalsiyum fosfit, Ca₃P₂'nin hidrolizi ile üretilir. Amonyaktan farklı olarak, fosfin hava ile oksitlenir. Fosfin amonyaktan çok daha az baziktir. Dokuz fosfor atomuna kadar zincirler içeren ve P_nH_n+2 formülüne sahip olan diğer fosfinler bilinmektedir. Kolay alevlenir gaz difosfini (P₂H₄), hidrazinin bir analogudur.

Oksoasitler

Fosfor oksoasitler geniştir, genellikle ticari olarak önemlidir ve bazen yapısal olarak karmaşıktır. Hepsinin oksijen atomlarına bağlı asidik protonları vardır, bazılarında doğrudan fosfora bağlı asidik olmayan protonlar vardır ve bazılarında fosfor-fosfor bağları bulunur. Birçok fosfor oksoasit oluşmasına rağmen, sadece dokuz tanesi ticari olarak önemlidir ve bunlardan üçü hipofosfor asit, fosfor asit ve fosforik asit özellikle önemlidir.

Paslanma durumu	Formül	Adı	Asidik protonlar	Bileşikler
+1	HH2PO2	hipofosfor asit	1	asit, tuzlar
+3	H2HPO3	fosfor asidi	2	asit, tuzlar
+3	HPO2	metaphosphorous acid	1	tuzlar
+3	H3PO3	(ortho)fosfor asidi	3	asit, tuzlar
+4	H4P2O6	hipofosforik asit	4	asit, tuzlar
+5	(HPO3)n	metafosforik asit	n	tuzlar (n=3,4,6)
+5	H(HPO3)nOH	polifosforik asit	n+2	asit, tuzlar (n=1-6)
+5	H5P3O10	tripolifosforik asit	3	tuzlar
+5	H4P2O7	pirofosforik asit	4	asit, tuzlar
+5	H3PO4	(ortho)fosforik asit	3	asit, tuzlar

Nitrürler

PN molekülü kararsız olarak kabul edilir, ancak 1100 K'da kristal fosfor nitrür ayrışmasının bir ürünüdür. Benzer şekilde, H₂PN kararsız olarak kabul edilir ve F₂PN, Cl₂PN, Br₂PN, ve I₂PN oligomeri gibi fosfor nitrür halojenler siklik Polifosfazlara dönüşür. Örneğin, formül (PNCl₂)_n'ye ait bileşikler esas olarak trimer hekzaklorofosfazen gibi halkalar halinde bulunur. Fosfazenler, fosfor pentaklorürün amonyum klorür ile işlenmesiyle ortaya çıkar:

PCl₅ + NH₄Cl → 1/n (NPCl₂)_n + 4 HCl

Klorür gruplarının yerini alkoksit (RO⁻) aldığı zaman, potansiyel olarak faydalı özelliklere sahip bir polimer ailesi üretilir.

Sülfitler

Fosfor, fosforun P(V), P(III) veya diğer oksidasyon durumlarında olabileceği çok çeşitli sülfitler oluşturur. Üç katlı simetrik P₄S₃, strike -anywhere eşleşir. P₄S₁₀ ve P₄O₁₀ benzer yapılara sahiptir. Karışık oksahidler ve fosforun oksihidridleri (III) neredeyse bilinmemektedir.

Organofosfor bileşikleri

P-C ve P-O-C bağları olan bileşikler genellikle organofosfor bileşikleri olarak sınıflandırılır. Ticari olarak yaygın olarak kullanılırlar. PCl₃, organofosfor (III) bileşiklerine giden yollarda P³⁺ kaynağı olarak işlev görür. Örneğin, trifenilfosfinin öncüsüdür:

PCl₃ + 6 Na + 3 C₆H₅Cl → P(C₆H₅)₃ + 6 NaCl

Fosfor trihalidlerin alkoller ve fenollerle tedavisi fosfit verir, örn. trifenilfosfıt:

PCl₃ + 3 C₆H₅OH → P(OC₆H₅)₃ + 3 HCl

Trifenilfosfat veren fosfor oksiklorür için benzer reaksiyonlar meydana gelir.

OPCl₃ + 3 C₆H₅OH → OP(OC₆H₅)₃ + 3 HCl

Tarihçe

Etimoloji

Antik Yunanistan'daki Fosfor adını Venüs gezegeni için bir addı ve kabaca ışık getiren veya ışık taşıyıcı olarak çeviren Yunanca kelimelerden (φῶς = ışık, φέρω = taşıyıcı) elde edildi. (Yunan mitolojisinde ve geleneğinde Augerinus (Αυγερινός = sabah yıldızı, bugün hala kullanımda), Hesperus veya Hesperinus (΄Εσπερος veya Εσπερινός veya Αποσπερίτης = akşam yıldızı, bugün hala kullanımda) ve Eosphorus (Εωσφόρος = şafak vakti kullanımda değil) Hıristiyanlık sonrası gezegen) yakın homologlardır ve aynı zamanda gezegen Fosforu ile ilişkilidir).

Oxford İngilizce Sözlüğü'ne göre, elementin doğru yazımı fosfordur. Fosfor kelimesi P³⁺ değerliklerinin sıfat biçimidir: yani, kükürt sülfür ve sülfürik bileşikler oluştururken, fosfor fosfor bileşikleri (örneğin, fosfor asit) ve P⁵⁺ değerlik fosforik bileşikleri (örneğin, fosforik asitler ve fosfatlar) oluşturur.

Keşif

Antik çağlardan beri bilinmeyen keşfedilen ilk unsur olan fosforun keşfi, 1669'da Alman simyacı Hennig Brand kredilendirilmiş, ancak diğer kimyagerler aynı zamanda fosfor keşfetmiş olabilir. Marka, normal metabolizmadan önemli miktarda çözünmüş fosfat içeren idrarla denedi. Hamburg'da çalışan Brand, idrarı buharlaştırarak bazı tuzların damıtılmasıyla efsanevi filozofun taşını yaratmaya çalıştı ve bu süreçte karanlıkta parlayan ve parlak bir şekilde yanan beyaz bir malzeme üretti. Fosfor mirabilis ("mucizevi ışık taşıyıcı") olarak adlandırıldı.

Markanın süreci başlangıçta idrarın korkunç bir koku verene kadar günlerce bekletilmesini içeriyordu. Daha sonra bir macun olana kadar kaynattı, bu macunu yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtıldı ve buharları suyla yönlendirdi, burada altına yoğunlaşacaklarını umuyordu. Bunun yerine, karanlıkta parlayan beyaz, mumsu bir madde elde etti. Brand fosfor keşfetmişti. Artık Brand'nın amonyum sodyum hidrojen fosfat ((NH
4)NaHPO
4 ürettiğini biliyoruz. Miktarlar esasen doğru olsa da (yaklaşık 60 g fosfor yapmak için yaklaşık 1.100 litre [290 US gal] idrar gerekir), önce idrarın çürümesine izin vermek gereksizdi. Daha sonra bilim adamları, taze idrarın aynı miktarda fosfor verdiğini keşfettiler.

Brand ilk önce yöntemi gizli tutmaya çalıştı, ancak daha sonra 200 talyer için tarifi şimdi de yapabilen Dresden'den D. Krafft'a sattı ve Robert Boyle ile tanıştığı İngiltere de dahil olmak üzere onunla Avrupa'nın çoğundan gezdi. İdrardan elde edilen sır sızdırıldı ve ilk İsveç'te (1678-1703) Johann Kunckel (1630-1703) ve daha sonra Londra'da Boyle (1680) de muhtemelen yardımcısı Ambrose Godfrey-Hanckwitz'in yardımıyla fosfor yapmayı başardı daha sonra fosfor üretimi ile ilgili bir iş yaptı.

Boyle, Krafft'ın ona "bir şekilde insanın bedenine ait olan" fosforun hazırlanmasıyla ilgili hiçbir bilgi vermediğini belirtiyor. Bu Boyle'ye değerli bir ipucu verdi, böylece o da fosfor yapmayı başardı ve üretim yöntemini yayınladı. Daha sonra reaksiyonda kum kullanarak Marka'nın sürecini geliştirdi (hala temel malzeme olarak idrar kullanıyor).

4 NaPO
3 + 2 SiO
2 + 10 C → 2 Na
2SiO
3 + 10 CO + P
4

Robert Boyle, 1680'de modern kibritin öncüsü olan kükürt uçlu tahta atelleri ateşleyen ilk fosforu kullanıyordu.

Fosfor keşfedilecek 13. elementti. Havada yalnız bırakıldığında kendiliğinden yanma eğilimi nedeniyle, bazen "Şeytanın elementi" olarak adlandırılır.

Kemik tozu ve martı gübresi

1769'da Johan Gottlieb Gahn ve Carl Wilhelm Scheele kalsiyum fosfatın Kemiklerde (Ca
3(PO
4)
2) bulunduğunu ve kemik tozunda elementel fosfor elde etti. Antoine Lavoisier, fosforu 1777'de bir element olarak tanıdı. Kemik tozu 1840'lara kadar başlıca fosfor kaynağıydı. Yöntem, kemiklerin kavurulmasıyla başlatıldı, daha sonra, çok toksik elementel fosfor ürününü damıtmak için çok sıcak bir tuğla fırında bulunan kil imbiklerinin kullanılmasıydı. Alternatif olarak, çökeltilmiş fosfatlar yağdan arındırılmış ve kuvvetli asitlerle muamele edilmiş olan öğütülmüş kemiklerden yapılabilir. Daha sonra beyaz fosfor çöktürülmüş fosfatların ısıtılması, demir tencerede öğütülmüş kömür veya kömür ile karıştırılması ve bir imbikte fosfor buharının damıtılmasıyla yapılabilir. İndirgeme işlemi sırasında üretilen karbon monoksit ve diğer yanıcı gazlar bir parlama yığınında yakıldı.

1840'larda dünya fosfat üretimi, kuş ve yarasa gübresinden oluşan tropik ada yataklarının madenciliğine dönüştü (ayrıca bkz. Guano Adaları Yasası). Bunlar 19. yüzyılın ikinci yarısında gübre için önemli bir fosfat kaynağı haline geldi.

Fosfat kayası

Genellikle kalsiyum fosfat içeren fosfat kayası ilk olarak 1850'de fosfor yapmak için kullanıldı ve 1888'de James Burgess Readman tarafından (1889 patentlendi) element fosfor üretimi kemik külü ısıtmasından fosfat kayasına elektrik ark oçağı üretimine geçmiştir. Dünya gübre kaynaklarının aynı zamanda tükenmesinden sonra, mineral fosfatlar fosfat gübre üretiminin ana kaynağı haline geldi. Fosfat kayası üretimi II. Dünya Savaşı'ndan sonra büyük ölçüde arttı ve bugün fosfor ve fosfor kimyasallarının birincil küresel kaynağı olmaya devam ediyor. Fosfat kayası, çeşitli "süperfosfat" gübre ürünleri üretmek için sülfürik asit ile işlendiği gübre endüstrisinde bir hammadde olarak kalır.

Üretim

Fosfor içeren malzemelerin çoğu tarımsal gübreler içindir. Bu amaçla fosfat mineralleri fosforik aside dönüştürülür. İki ayrı kimyasal yol izler, ana yol fosfat minerallerinin sülfürik asit ile işlenmesidir. Diğer işlem, çok düşük dereceli fosfat kaynaklarından reaksiyon ve damıtma ile üretilebilen beyaz fosfor kullanır. Beyaz fosfor daha sonra fosforik aside oksitlenir ve daha sonra fosfat tuzları vermek üzere baz ile nötralize edilir. Beyaz fosfordan üretilen fosforik asit nispeten saftır ve deterjan üretimi de dahil olmak üzere tüm amaçlar için fosfat üretimi için ana yoldur.

Uygulamalar

Gübre

Fosfor önemli bir bitki besin maddesidir (genellikle sınırlayıcı besin maddesi) ve tüm fosfor üretiminin büyük kısmı, %70 ila %75 kadar P₂O₅ içeren tarım gübreleri için konsantre fosforik asitlerde bulunur. Yıllık talebi insan nüfusunun büyümesinin neredeyse iki katı kadar artmaktadır. Bu, 20. yüzyılın ikinci yarısında fosfat (PO₄³⁻) üretiminde büyük artışa neden oldu. Yapay fosfat gübrelemesi gereklidir, çünkü fosfor tüm canlı organizmalar için gereklidir; doğal fosfor içeren bileşikler çoğunlukla çözünmez ve bitkiler tarafından erişilemez ve doğal fosfor döngüsü çok yavaştır. Gübre genellikle kireç süperfosfat, kalsiyum dihidrojen fosfat (Ca(H₂PO₄)₂) ve kalsiyum fosfat ile reaksiyona giren kalsiyum sülfat dihidrat (CaSO₄·2H₂O) karışımı formundadır.

Gübre elde etmek için fosfat minerallerinin sülfürik asit ile işlenmesi küresel ekonomi için o kadar önemlidir ki bu, sülfürik asit için birincil sanayi pazarı ve elementel kükürdün en büyük endüstriyel kullanımıdır.

Yaygın olarak kullanılan bileşikler	Kullanım
Ca(H2PO4)2·H2O	Kabartma tozu ve gübreleri
CaHPO4·2H2O	Hayvansal gıda katkı maddesi, diş tozu
H3PO4	Fosfat gübresi imalatı
PCl3	3 ve pestisit üretimi
POCl3	Akışkanlaştırıcı imalatı
P4S10	Katkı ve böcek ilacı imalatı
Na5P3O10	Deterjanlar

Organofosfor

Beyaz fosfor, ara fosfor klorürler ve iki fosfor sülfür, fosfor pentasülfid ve fosfor sesquisulfide aracılığıyla organofosfor bileşikleri yapmak için yaygın olarak kullanılır. Organofosfor bileşikleri plastikleştiriciler, alev geciktiriciler, böcek ilaçları, ekstraksiyon ajanları, sinir ajanları ve su arıtma dahil olmak üzere birçok uygulamaya sahiptir.

Metalurjik yönler

Fosfor ayrıca çelik üretiminde, fosfor bronz yapımında ve diğer birçok ilgili üründe önemli bir bileşendir. Eritme işlemi sırasında bakırda safsızlık olarak bulunan oksijen ile reaksiyona girmesi ve normal bakırdan daha yüksek hidrojen gevrekleşme direncine sahip fosfor içeren bakır (CuOFP) alaşımları üretmek için metalik bakıra fosfor eklenir.

Kibrit

Fosfor başı ile ilk çarpıcı kibrit 1830'da Charles Sauria tarafından icat edildi. Bu kibritler (ve müteakip modifikasyonlar), beyaz fosfor kafaları, bir oksijen salıcı bileşik (potasyum klorat, kurşun dioksit veya bazen nitrat) ve bir bağlayıcı ile yapıldı. Üretimdeki işçiler için zehirli, depolama koşullarına duyarlı, yutulduğunda toksik ve pürüzlü bir yüzeyde yanlışlıkla ateşlendiğinde tehlikelidir. 1872 ve 1925 arasında birçok ülkede üretim yasaklandı. 1906'da onaylanan uluslararası Bern Sözleşmesi, kibritlerde beyaz fosfor kullanımını yasakladı.

Sonuç olarak, 'strike-anywhere' kibritleri yavaş yavaş 'güvenlik kibritleri' ile değiştirildi, burada beyaz fosforun yerini fosfor sesquisulfide (P₄S₃), kükürt veya antimon sülfür aldı. Bu tür kibritlerin özel bir şerit dışında herhangi bir yüzeyde tutuşması zordur. Şerite, vurulduktan sonra ısınan, kafadaki oksijeni serbest bırakan bileşik ile reaksiyona giren ve kafanın yanıcı malzemesini tutuşturan kırmızı fosfor içerir.

Su yumuşatma

Fosforik asitten yapılan sodyum tripolifosfat, bazı ülkelerde çamaşır deterjanlarında kullanılır ancak bazılarında bu kullanım yasaklanmıştır. Bu bileşik, deterjanların performansını artırmak ve boru / kazan borusu korozyonunu önlemek için suyu yumuşatır.

Çeşitli

• Fosfatlar sodyum lambalar için özel camlar yapmak için kullanılır.
• Kemik külü, kalsiyum fosfat, ince çini üretiminde kullanılır.
• Elementel fosfordan yapılan fosforik asit, alkolsüz içecekler gibi gıda uygulamalarında ve gıda sınıfı fosfatlar için bir başlangıç noktası olarak kullanılır. Bunlar kabartma tozu ve sodyum tripolifosfat için mono-kalsiyum fosfat içerir. Fosfatlar, işlenmiş et ve peynirin ve diş macununun özelliklerini geliştirmek için kullanılır.
• "WP" (argo terimi "Willie Peter") olarak adlandırılan beyaz fosfor, askeri uygulamalarda yangın çıkarıcı bombalar, duman kapları ve duman bombaları gibi duman taraması için ve izleyici mühimmatında kullanılır. Aynı zamanda kullanılmayan M34 Beyaz Fosfor ABD el bombasının bir parçasıdır. Bu çok amaçlı el bombası çoğunlukla sinyalizasyon, duman perdeleri ve iltihaplanma için kullanıldı; ayrıca ciddi yanıklara neden olabilir ve düşman üzerinde psikolojik bir etkisi olabilir. Beyaz fosforun askeri kullanımları uluslararası hukuk tarafından kısıtlanmıştır.
• ³²P ve ³³P biyokimyasal laboratuvarlarda radyoaktif izleyiciler olarak kullanılmaktadır.

Biyolojik rolü

Bilinen tüm yaşam formları için PO3−
4 fosfat formundaki inorganik fosfor gereklidir. Fosfor, DNA ve RNA'nın yapısal çerçevesinde önemli bir rol oynar. Canlı hücreler, enerji kullanan her hücresel işlem için gerekli olan adenosin trifosfat (ATP) ile hücresel enerjiyi taşımak için fosfat kullanır. ATP, hücrelerde önemli bir düzenleyici olay olan fosforilasyon için de önemlidir. Fosfolipidler, tüm hücresel zarların ana yapısal bileşenleridir. Kalsiyum fosfat tuzları kemiklerin sertleşmesine yardımcı olur. Biyokimyacılar inorganik fosfata atıfta bulunmak için yaygın olarak "Pi" kısaltmasını kullanırlar.

Her canlı hücre, çevresinden ayıran bir zar içine yerleştirilmiştir. Hücresel zarlar bir fosfolipid matrisi ve proteinlerden, tipik olarak bir iki tabakalı formda oluşur. Fosfolipidler, gliserol hidroksil (OH) protonlarının ikisi bir ester olarak yağ asitleri ile değiştirilen gliserolden türetilir ve üçüncü hidroksil proton, başka bir alkole bağlı fosfat ile değiştirilir.

Ortalama bir yetişkin insan yaklaşık 0.7 kg fosfor, apatit formunda kemiklerde ve dişlerde yaklaşık %85-90 ve geri kalan yumuşak dokularda ve hücre dışı sıvılarda (~% 1) bulunur. Fosfor içeriği bebeklik döneminde ağırlıkça yaklaşık %0.5'ten yetişkinlerde ağırlıkça %0.65-1.1'e yükselir. Kandaki ortalama fosfor konsantrasyonu yaklaşık 0.4 g/L, bunun yaklaşık %70'i organik ve %30 inorganik fosfattır. Sağlıklı bir diyete sahip bir yetişkin, inorganik fosfat ve nükleik asitler ve fosfolipitler gibi fosfor içeren biyomoleküller şeklinde tüketim ile günde yaklaşık 1-3 gram fosfor tüketir ve atar; ve hemen hemen sadece H
2PO−
4 ve HPO2−
4 gibi fosfat iyonları formunda atılır. Vücut fosfatının sadece yaklaşık %0.1'i kanda dolaşır ve yumuşak doku hücrelerine mevcut fosfat miktarına paraleldir.

Kemik ve diş minesi

Kemiğin ana bileşeni hidroksiapatitin yanı sıra muhtemelen karbonat dahil amorf kalsiyum fosfat formlarıdır. Hidroksiapatit diş minesinin ana bileşenidir. Su florlaması, bu mineralin floroapatit adı verilen daha sert malzemeye kısmi dönüşümü ile dişlerin çürümeye karşı direncini arttırır:

Ca
5(PO
4)
3OH + F−
→ Ca
5(PO
4)
3F + OH−

Fosfor eksikliği

Tıpta fosfat eksikliği sendromu, yetersiz beslenmeden, fosfatın emilmemesinden ve kandan fosfat çeken (yetersiz beslenmeden sonra yeniden besleme sendromunda olduğu gibi) veya idrara çok fazla geçen metabolik sendromlardan kaynaklanabilir. Hepsi, kan serumunda ve hücrelerin içinde düşük seviyelerde çözünür fosfat seviyelerinin bir koşulu olan hipofosfatemi ile karakterizedir. Hipofosfatemi belirtileri arasında nörolojik işlev bozukluğu ve ATP eksikliğinden dolayı kas ve kan hücrelerinin bozulması bulunur. Çok fazla fosfat, ishale ve organların kireçlenmesine (sertleşmesine) neden olabilir ve yumuşak doku ve vücudun demir, kalsiyum, magnezyum ve çinko kullanma yeteneğini etkileyebilir.

Fosfor, toprak sistemlerinden bitki alımını anlamak için edafolojide kapsamlı bir şekilde incelenen bitkiler için önemli bir makromineraldir. Fosfor birçok ekosistemde sınırlayıcı bir faktördür; yani fosforun azlığı, organizmanın büyüme hızını sınırlar. Fazla fosfor, özellikle ötrofikasyonun bazen alg çiçeklerine yol açtığı su sistemlerinde de sorunlu olabilir.

Beslenme

Diyet önerileri

ABD Tıp Enstitüsü (IOM), 1997'de tahmini ortalama Gereksinimleri (EAR) ve Önerilen Diyet Ödeneklerini (RDA) güncelledi. EAR ve BKA oluşturmak için yeterli bilgi yoksa, bunun yerine Yeterli Alım (AI) olarak adlandırılan bir tahmin kullanılır. 19 yaş ve üstü kişiler için mevcut fosfor EAR günde 580 mg'dır. RDA 700 mg /gündür. Ortalama gereksinimlerden daha yüksek kişileri kapsayacak miktarları belirlemek için BKAlar EAR'lardan daha yüksektir. Hamilelik ve emzirme için RDA da 700 mg / gündür. 1-18 yaş arası çocuklar için RDA yaşları 460 ila 1250 mg / gün artar. Güvenliğe gelince, IOM, kanıt yeterli olduğunda vitaminler ve mineraller için tolere edilebilir üst alım seviyeleri (UL'ler) belirler. Fosfor durumunda UL 4000 mg / gündür. Toplu olarak EAR'lar, RDA'lar, AI'ler ve UL'ler Diyet Referans Alımları (DRI'ler) olarak adlandırılır.

Önlemler

Organik fosfor bileşikleri geniş bir malzeme sınıfı oluşturur; çoğu yaşam için gereklidir, ancak bazıları son derece zehirlidir. Florofosfat esterleri bilinen en güçlü nörotoksinler arasındadır. Çok çeşitli organofosfor bileşikleri pestisitler (herbisitler, böcek öldürücüler, fungisitler vb.) Olarak toksisiteleri için kullanılır ve düşman insanlara karşı sinir ajanları olarak kulanılan silahtır. Çoğu inorganik fosfat nispeten toksik olmayan ve gerekli besinlerdir.

Beyaz fosfor allotrop havada tutuştuğundan ve fosforik asit kalıntısı ürettiği için önemli bir tehlike arz eder. Kronik beyaz fosfor zehirlenmesine, çene nekrozuna "phossy jaw" denir. Beyaz fosfor toksiktir, yutulduğunda ciddi karaciğer hasarına neden olur ve "Sigara Dışkı Sendromu" olarak bilinen bir duruma neden olabilir.

Geçmişte, element fosforuna dış maruz kalma, etkilenen alanı %2 bakır sülfat çözeltisi ile yıkayarak, daha sonra yıkanarak zararsız bileşikler oluşturmak için işlendi. ABD Donanması'nın Kimyasal Madde Yaralıları ve Konvansiyonel Askeri Kimyasal Yaralanmalara Yönelik İşlemine göre: FM8-285: Bölüm 2 Konvansiyonel Askeri Kimyasal Yaralanmalar, Geçmişte ABD personeli tarafından "Bakır (bakır (II)) sülfat kullanılmış ve hala kullanılmaktadır bazı ülkeler tarafından kullanılıyor. Bununla birlikte, bakır sülfat toksiktir ve kullanımı kesilecektir. Bakır sülfat, damar içi hemolizle birlikte böbrek ve serebral toksisiteye neden olabilir. "

El kitabı bunun yerine "fosforik asidi nötralize etmek için bikarbonat çözeltisini önerir, bu daha sonra görünür beyaz fosforun uzaklaştırılmasına izin verir. Parçacıklar genellikle havaya çarptığında duman emisyonları veya karanlıkta fosforesansları ile bulunabilir. Karanlık ortamda, parçalar ışıldayan lekeler olarak görülür.