Foszfor

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
15 szilíciumfoszforkén
N

P

As
Általános
Név, vegyjel, rendszám foszfor, P, 15
Elemi sorozat nemfémek
Csoport, periódus, mező 15, 3, p
Megjelenés színtelen/vörös/ezüstfehér
P,15.jpg
Atomtömeg 30,973761998(5) g/mol[1]
Elektronszerkezet [Ne] 3s² 3p³
Elektronok héjanként 2, 8, 5
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) (fehér) 1,823 g/cm³
Sűrűség (szobahőm.) (vörös) 2,34 g/cm³
Sűrűség (szobahőm.) (fekete) 2,69 g/cm³
Olvadáspont (fehér) 317,3 K
(44,2 °C, 111,6 °F)
Forráspont 550 K
(277 °C, 531 °F)
Olvadáshő\Delta_{fus}{H}^\ominus (fehér) 0,66 kJ/mol
Párolgáshő \Delta_{vap}{H}^\ominus 12,4 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) (fehér)
23,824 J/(mol·K)
Gőznyomás (fehér)
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 279 307 342 388 453 549
Gőznyomás (vörös)
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 455 489 529 576 635 704
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet monoklin
Oxidációs szám ±3, 5, 4
(enyhén savas oxid)
Elektronegativitás 2,19 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 1011,8 kJ/mol
2.: 1907 kJ/mol
3.: 2914,1 kJ/mol
Atomsugár 100 pm
Atomsugár (számított) 98 pm
Kovalens sugár 106 pm
Van der Waals-sugár 180 pm
Egyebek
Mágnesség diamágneses[2]
Hőmérséklet-vezetési tényező (300 K) (fehér)
0,236 W/(m·K)
Kompressziós modulusz 11 GPa
CAS-szám 7723-14-0
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A foszfor izotópjai
Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.
31P 100% P stabil 16 neutronnal
32P mest. 14,28 d β- 1,709 32S
33P mest. 25,3 d β- 0,249 33S
Hivatkozások

A foszfor (nyelvújításkori magyar nevén vilany) egy nemfémes, szilárd kémiai elem. A rendszáma 15, vegyjele P. Neve görög eredetű, jelentése „fényhozó”. Az ún. biogén elemek közé tartozik, részt vesz fontos szerves molekulák, például DNS, RNS felépítésében.

Felfedezés[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az elemet először Henning Brandt alkimista állította elő 1669-ben úgy, hogy először napokig vizeletet rothasztott, főzéssel besűrítette, majd a lombikban maradt anyagot vörösizzásig hevítve ledesztillálta, és a keletkező gőzöket víz alatt kondenzáltatta. A keletkező viasz-szerű anyag levegőre kerülve sötétben is világított, láng nélkül. A világító anyagot „hideg tűz”-nek nevezte el. A foszfor szó a görög φως (phos = fény) és φορος (phoros = hordozó) szóból származik. A foszfor egyedülálló az elemek között azzal, hogy először fedezték fel állati/emberi testnedvben, majd utána a növény- és az ásványvilágban, valamint az első elem, melynek ismerjük felfedezőjét.

Allotróp módosulatai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A foszfor módosulatai
  • fehérfoszfor (sárgafoszfor): viasz keménységű, késsel vágható, erősen mérgező anyag, szobahőmérsékleten is hevesen oxidálódik, öngyúlékony. Víz alatt kell tartani, oxigéntől elzárva. Zsírokban, olajokban jól oldódik, ezért nem tanácsos szabad kézzel hozzányúlni, mivel a bőrőn zsír található. Lenyelve már 0,05 g[3] is halálos belőle. Át tud alakulni vörösfoszforrá.
  • vörösfoszfor: sötétvörös színű por, nem oldódik semmiben, így nem is mérgező, levegőn tartható
  • feketefoszfor: sötétszürke, fémesen csillogó, a hőt és a villamosságot jól vezeti, egészen extrém körülmények között létezik (2000 °C felett, nagy nyomáson), nem stabil, több kristályrácsa létezik.

Gyulladási hőmérsékletek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • fehérfoszfor 60 °C
  • vörösfoszfor 400 °C
  • feketefoszfor ismeretlen.

Kémiai tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A három foszfor kémiailag azonos módon viselkedik. A foszfor égésekor foszfor-pentoxid keletkezik. A foszfor-pentoxid kiváló vízmegkötő anyag, bőrre kerülve égési sebet okoz.

\mathrm{4 \ P + 5 \ O_2 \rightarrow 2 \ P_2O_5}

A foszfor-pentoxid vízzel való reakciójának egyenlete:

\mathrm{ P_2O_5 + 3 \ H_2O \rightarrow 2 \ H_3PO_4}

Ekkor foszforsav keletkezik. A foszforsav nem mérgező, savanyú ízű anyag, ezért ízesítésre használják. A foszforsav sói a foszfátok, savmaradékionja a foszfátion.

Előfordulása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • A természetben a foszfor legnagyobb része apatitokban és amorf foszfátkőzet-telepeken található. Bár a kitermelés igen nagy (évi 151 millió tonna foszforkőzet,[4] ami 20 millió tonna tiszta foszfornak felel meg), a becslések szerint a jelenlegi felhasználás mellett a telepeken található foszfor több évszázadra elegendő.
  • Az emberi szervezetben nagy mennyiségben található (700-800 g/felnőtt). Szükséges a csontok, fogak felépüléséhez, az idegrendszer működéséhez, a fehérje-, szénhidrát-, zsíranyagcseréhez, a fehérjeszintézishez és az enzimek működéséhez.

Előállítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A foszfort kalcium-foszfátból (Ca3(PO4)2) állítják elő. A kalcium-foszfátot kvarchomokkal és szénnel keverik össze, majd a levegőt kizárva hevítik.[5]

\mathrm{Ca_3(PO_4)_2 + 3 \ SiO_2 \rightarrow 3 \ CaSiO_3 + P_2O_5}
\mathrm{2 \ P_2O_5 + 10 \ C \rightarrow P_4 + 10 \ CO}

Felhasználása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A foszfor minden növény és állat számára létfontosságú. A legtöbb bányászott foszfort műtrágyázásra használják, mert a műveletlen termőföldben kis mennyiségben, oldhatatlan sók formájában van jelen, és ez a növények számára feldolgozhatatlan. Növényvédő szerekben is felhasználják.

Az élelmiszeripar nagyon sok foszfort használ fel, főleg savanyítóanyagként, foszforsav formájában.

Irinyi János a vörösfoszfort a mai biztonsági gyufa elődjéhez használta. A mai biztonsági gyufa dobozának dörzsfelületében is van foszfor.

Ezen kívül mosószerekbe is kerülnek foszfátok.

Vegyületei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A foszfor az antimon, bizmut és a nemesgázok kivételével minden elemmel képez biner (két különböző atomból álló) vegyületet. A bizmut, higany és ólom kivételével a többi fémmel közvetlenül is egyesül. Fémmel alkotott biner vegyületei a foszfidok, hidrogénnel alkotott binerje a foszfin (PH3).

A tetrafoszfor-dekaoxid („foszfor-pentoxid”) molekulájának modellje

Oxidok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A tetrafoszfor-dekaoxid, (melyet gyakran foszfor-pentoxidnak neveznek, bár P2O5 összegképletű vegyület nem létezik) az égetett foszfor:

\mathrm{4 \ P + 5 \ O_2 \rightarrow  P_4O_{10}}

A tetrafoszfor-dekaoxid oldásával kapjuk a foszforsavat, amely nem mérgező, savanyú ízű anyag, üdítőket ízesítenek vele. E 338-as adalékanyag.

\frac12\ \mathrm{ P_4O_{10} + 3 \ H_2O \rightarrow 2 \ H_3PO_4}

A foszfor másik fontos oxidja a tetrafoszfor-hexaoxid (P4O6) a foszforossav anhidridje.

Keveset tudunk a foszfor-monoxidról (PO), mely a nitrogén-monoxid analógja, pedig a csillagközi gázfelhőkben ez a legelterjedtebb foszformolekula.

További foszfor-oxidok: P4O7, P4O8, P4O9. Ezek gyűrűje a tetrafoszfor-dekaoxidéval azonos, csak kevesebb oxigénatom kapcsolódik a gyűrűhöz.

Oxosavak[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A foszfornak számos oxosava ismert, ezek közül messze a legfontosabb az ortofoszforsav (H3PO4), a pirofoszforsav (difoszforsav; H4P2O7) és a trifoszforsav (H5P3O10).

A foszforsav különböző sóit és savanyú sóit az élelmiszer- és mosószeriparban, valamint fogkrémekben használják. Megtalálható a csontokban, fogakban kalcium-foszfát alakjában.

Az élőlények örökítőanyaga, a DNS nukleinsavak foszforsavval alkotott észtere. A foszforsav a „ragasztóanyag” szerepét játssza a hosszú nukleinsav-láncban.

A trifoszforsav adenozinnal alkotott észtere, az ATP a szervezet sejtjeinek energiahordozója. Energialeadáskor a difoszforsav adenozin-észterére, ADP-re bomlik le.

Szulfidok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A foszfor a kénnel is sokféle vegyületet alkot. Ezek közül iparilag két fontos van:

  • a tetrafoszfor-triszulfidot (P4S3) a „mindenen meggyulladó” gyufafejek gyártásában használják
  • a tetrafoszfor-dekaszulfid (P4S10) sok P—S-kötést tartalmazó vegyület gyártásának kiinduló anyaga. A tetrafoszfor-dekaoxid analógja.

Halogénvegyületek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A foszfor biner halogénvegyületeinek három típusa van:

  • PX3
  • P2X4
  • PX5

ahol X = F, Cl, Br vagy I. Mind a 12 vegyület ismert, közülük gyakorlati szempontból legfontosabb a foszfor-triklorid (PCl3). További példák: foszfor-pentabromid, foszfor-pentaklorid, foszfor-trijodid. Ismertek vegyes foszfor-halogenidek is, melyekben kétféle halogénatom is van.

Más vegyületek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A foszfornak oxigénnel vagy kénnel és halogénnel sokféle vegyülete ismert, pl. POCl3, POF2Cl, PSF3.

Az egyszeres P—N-kötést tartalmazó vegyületek a foszfazánok és ciklofoszfazánok, a P=N kettős kötést tartalmazók a foszfazének. Ezek molekulaszerkezetének sok részlete máig ismeretlen és intenzív kutatás tárgya.

A C—P-kötés tartalmazó foszfororganikus vegyületek száma és jelentősége óriási. Két példa: foszkarnet, perzinfotel.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Current Table of Standard Atomic Weights in Order of Atomic Number. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights – Commission II.I of the International Union of Pure and Applied Chemistry, 2013. (Hozzáférés: 2013. október 13.)
  2. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  3. Albert Attila – Albert Viktor – Paulovits Ferenc: Kémia 8. Műszaki Kiadó, Budapest, 2003
  4. 1985-ös adat.
  5. Nyilasi János: Szervetlen kémia. Gondolat kiadó, 1975. 51. oldal

Forrás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • N. N. Greenwood – A. Earnshaw: Az elemek kémiája. Nemzeti Tankönyvkiadó, 2004., 647–665. oldal. ISBN 963-19-5255-X
  • Dr. Otto-Albrecht Neumüller: Römpp vegyészeti lexikon. Műszaki Könyvkiadó, 1983., 183–185. oldal. ISBN 963-10-3269-8
  • Erdey-Grúz Tibor: Vegyszerismeret. Műszaki Könyvkiadó, 1963., 130–133. oldal.

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Foszfor témájú médiaállományokat.