خواص و ویژگی های فسفر

فسفر یک عنصر جامد به رنگ سفید واکسی می باشد که در سال 1669توسط Hennig Brand از کشور آلمان کشف شد. این عنصر از سنگهای فسفاته بدست می آید . فسفر دارای 4 آلوتروپی می باشد. این آلوتروپی ها به فرمهای سفید یا زرد، قرمز، سیاه یا بنفش میباشد.فسفر معمولی مومی شکل سفید رنگ و جامد است. فسفر زمانی که خالص باشد بیرنگ و شفاف است.فسفر سفید دو حالت دارد آلفا و بتا با دمای تبدیل -3.8oC . این عنصر در آب حل نمی شود اما در دی سولفید کربن حل میشود.این عنصر به خودی خود در هوا آتش میگیرد و بعد از ترکیب با اکسیژن هوا در زمان سوختن تبدیل به پنتا اکسید فسفرمیشود.این عنصر به حالت آزاد در طبیعت یافت نمی شود ترکیبات این عنصر به صورت گسترده ای در طبیعت پراکنده شده اند. سنگ فسفات حاوی کانی آپاتیت دارای ناخالصی تری فسفات کلسیم است که این سنگ مهمترین منبع تولید فسفر است. معادن بزرگ این عنصر در روسیه، مراکش و فلوریدا و بعضی ازایالتهای دیگر آمریکا یافت می شود

فسفر عنصری بسیار سمی است 50 میلی گرم آن برای مرگ کافی است. پرتودهی این عنصر از 0.1 میلیگرم بر متر مکعب تجاوز نمی کند. فسفر سفید در زیر آب نگهداشته می شود باید آن را با انبر جابجا کرد تماس آن با پوست دست باعث سوختگی شدید می شود.

وقتی در معرض نور خورشید قرار بگیرد یا وقتی داغ شده باشد حرارت آن به 250 درجه می رسد که می تواند در این حالت تبدیل به فسفات نوع قرمز شود. این فرم از فسفر به راحتی و به خودی خود آتش نمی گیرد و به اندازه فسفر سفید خطرناک نیست. در موقع کار با فسفر سفید باید بسیار دقت کرد چون هم بسیار سمی است و هم به راحتی درجه حرارت آن بالا می رود و آتش می گیرد. فسفر قرمز نسبت به سفید دارای پایداری بیشتری می باشد و برای ساخت کبریتهای بی خطر، مواد آتش بازی ، آفت کشها ، آتش افروزها ، بمبهای دودزا و گلوله ها کاربرد دارد.

فسفر سفید به روشهای مختلفی ساخته می شود. تری فسفات کلسیم یکی از اجزای اصلی سنگ فسفر است که در کوره های برقی یا سوخت کوره کاربرد دارد.

اسید فسفریک غلیظ که حاوی 70 تا 75 درصد P2O5 است عامل مهمی در تولیدات کشاورزی و مزرعه می باشد. از این عنصر برای تهیه کودهای شیمیایی کاربرد دارد. فسفاتها در تولید شیشه های مخصوص مثل لامپهای سدیم کاربرد دارد. فسفات کلسیم در ساخت ظروف چینی و پودر خمیرمایه استفاده می شود.

فسفرها یکی از مهمترین عامل تولید فولاد و فسفر برنز و تولیدات مهم دیگر می باشد. تری سدیم فسفات عامل پاک کننده در تصفیه آب و دیگ بخارمی باشد. فسفر ها عامل حیاتی در پروتوپلاسم همه سلولها، بافت های عصبی و استخوانها هستند.

ساختار بلوري عنصر فسفر

فسفر در مقايسه با فسفات در محيط زيست از فراواني بيشتري برخوردار است. فسفات ها يکي از مهمترين مواد تشکيل دهنده بدن انسان به شمار ميروند. زيرا فسفاتها قسمتي از ماده DNA را تشکيل ميدهند و در توزيع انرژي بدن شرکت ميکنند. همچنين فسفاتها از اجزاي تشکيل دهنده گياهان هستند.

انسان با افزودن کودهاي غني از فسفات به خاک و با استفاده از شوينده هاي حاوي فسفات باعث افزايش مقدار فسفات در طبيعت ميشود. همچنين، فسفات يکي از مواد افزودني به مواد غذايي به شمار ميرود. مواد غذايي مانند پنير، سوسيس و همبرگرها داراي مقدار قابل توجهي فسفات هستند.

مقدار زياد فسفات باعث بيماريهايي از قبيل آسيب به کليه ها و پوکي استخوان ميشود. از طرفي ممکن است در بدن فردي کمبود فسفات رخ دهد. کمبود فسفات بر اثر استفاده بيش از اندازه دارو اتفاق مي افتد. مقدار بسيار اندک فسفات نيز آسيبهايي را به سلامت انسان وارد ميکند.

فسفرخالص به رنگ سفيد است. فسفر سفيد خطرناکترين شکل فسفري است که تاکنون شناخته شده است. اگر فسفر سفيد در محيط وجود داشته باشد احتمال خطر و تاثير آن بر سلامت انسان افزايش مي يابد. فسفر سفيد بسيارسمي است و در بسياري موارد پرتودهي آن کشنده ميباشد.

بيشتر موارد مرگ گزارش شده بر اثر فسفر سفيد به دليل بلع مرگ موش ميباشد. علائمي مانند استفراغ، گرفتگي معده و خواب آلودگي قبل از مرگ در فرد مشاهده ميشود.

فسفر سفيد باعث سوختگي پوست ميشود. در حين سوختگي پوست قسمتهايي از بدن مانند کبد، قلب و کليه ها آسيب ميبينند.

فسفر سفيد

با توليد مواد شيميايي در صنايع مختلف و توليد مهمات در ارتش مقداري فسفر سفيد وارد محيط ميشود. با تخليه فضلاب کارخانه ها مقداري فسفر سفيد وارد آبهاي سطحي نزديک کارخانه ميشود.

به نظر ميرسد که فسفر سفيد در محيط منتشر نميشود زيرا به سرعت با اکسيژن هوا واکنش ميدهد. با ورود فسفر سفيد به هوا و ترکيبش با اکسيژن، فسفر سفيد به ذراتي تبديل ميشود که اثر مخرب کمتري دارد. زيرا زمانيکه ذرات فسفر در هوا قرار دارند، پوشش محافظي آنها را دربرگرفته و از واکنش دادن با ساير مواد جلوگيري ميکند.

فسفر سفيد در آب با ساير مواد وارد واکنش نميشود و در نتيجه داخل بدن موجودات آبي تجمع پيدا ميکند. در خاک فسفر طي چند روز باقي مي ماند و سپس به مواد با خطر کمتر تبديل ميشود. اما در خاکهاي عميق و در اعماق رودخانه ها و درياچه ها ممکن است فسفر حدود چند هزار سال باقي بماند.

فسفاتها

فسفات اثرات زيادي بر موجودات زنده دارد. اثر فسفات نتيجه انتشار وسيع آن در محيط زيست به دليل معدنکاري و کشت و زرع ميباشد. در هنگام تصفيه آب معمولاً فسفات از بين نميرود، بنابراين فسفات ميتواند در مسافت زيادي از طريق آبهاي سطحي انتشار پيدا کند.

با توجه به مقدار اضافه فسفر در طبيعت که به دليل فعاليتهاي انساني اتفاق افتاده است و به دليل افزايش غلظت فسفر، در چرخه فسفر اختلالاتي پديد آمده است.

با افزايش غلظت فسفر در آبهاي سطحي، تعداد ارگانيسمهاي وابسته به فسفات افزايش مي يابد. اين ارگانيسمها عبارت هستند از جلب و خزه. اين ارگانيسمها مقدار زيادي از اکسيژن محيط را مصرف ميکنند و از وارد شدن نور خورشيد به آب جلوگيري ميکنند. اين مسئله باعث ميشود که ساير موجودات زنده نتوانند در آب زندگي کنند. به اين پديده eutrophication گفته ميشود.

عنصر فسفر در طبيعت

تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ،

 اشعه x ، جذب اتمی ، مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری

خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر فسفر :

عدد اتمی: 15

جرم اتمی: 30.973

نقطه ذوب: C°44.15

نقطه جوش: C°280.5

شعاع اتمی: Å 1.23

ظرفیت: 1.23

رنگ: سفید نرم

حالت استاندارد: جامد

نام گروه: 15

انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 10.486

شکل الکترونی: 11s2 2s2p6 3s2p3

شعاع یونی : Å 0.38

الکترونگاتیوی: 2.19

حالت اکسیداسیون: 5, 3, -3

دانسیته: 1.82

گرمای فروپاشی : Kj/mol 0.63

گرمای تبخیر : Kj/mol 12.43

مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.0000001

گرمای ویژه: J/g Ko 0.77

دوره تناوبی:3

شماره سطح انرژی : 3

اولین انرژی : 2

دومین انرژی : 8

سومین انرژی : 5

ایزوتوپ :

ایزوتوپ نیمه عمر

P-31 پایدار

P-32 14.28 روز

P-33 24.3 روز

اشکال دیگر :

هگزا اکسید تترا فسفر P4O6 و دکا اکسید تترا فسفر P4O10

تترا هیدرید فسفر P2H4 و فسفین PH3

تترا کلرید فسفر P2Cl4 و پنتا کلرید فسفر PCl5 و تری کلرید فسفر PCl3