Aceasta este o substanta simpla, fara culoare, eventual usor colorata in galben. Stravezie ca si chihlimbarul si atât de moale in cat poate fi zgâriat cu unghia,fosforul este aproape de 2 ori mai greu decât apa,se topeste la 44 grade C.
Un graunte de fosfor sau chiar câteva fire de praf aruncate in lichidul supratopit provoaca o solidificare instantanee. Fosforul nu se dizolva nici in apa, nici in alcool, se dizolva putin in eter si foarte usor in sulf de carbon.
Dac taiem o bucatica de fosfor tinandu-l intr-un vas cu apa, o uscam cu hârtie de filtru si apoi o infasuram in vata, lasând-o pe o farfurie, peste putin timp apare un fum alb, iar apoi fosforul se aprinde. Aceasta constituie aprinderea de la sine a fosforului in aer sau „ autoaprindere”. Fumul alb care se formeaza la arderea fosforului nu este altceva decât pentoxidul de fosfor, rezultat din combinarea fosforului cu oxigenul.
Câteva combinatii ale fosforului
Pentoxidul de fosfor, numit si anhidrila fosforica, este un praf alb care seamana bine cu zapada. El este foarte avid de apa, fiind capabil sa o scoata nu numai din gaze, dar chiar si din molecula unor substante. Datorita aviditatii pe care o manifesta pentru apa pentoxidul de fosfor este folosit ca agent de uscare in special pentru gaze. Gazele umede sunt trecute prin turnuri umplute cu anhidrila fosforica, pe care le parasesc in stare perfect uscate, anhidrila fosforica, reactionand cu apa se transforma in acid fosforic.
Acidul fosforic se prezinta sub forma unor cristale rombice incolore, care se topesc la 38 grade C si se dizolva foarte usor in apa. Este un acid de tarie mijlocie, mai slab decât acidul clorhidric. Pe lânga solutia de acid fosforic, mai rezulta si sulfat de calciu care, fiind insolubile, se indeparteaza prin filtrare.
Fosforul si lumina rece
Cei care au descoperit fosforul au fost foarte intrigati de faptul, nemaiîntâlnit pana atunci, ca un corp sa lumineze fara sa fie aprins si mai ales fara sa incalzeasca. ne putem convinge de aceasta insusire facind urmatoarea experienta simpla : se ia cu un cleste o bucata de fosfor si se scriu ateva litere pe perete. Daca in camera este întuneric,se va putea citi cu usurinta ceea ce sa scris, mai ales daca se trece usor cu o cârpa uscata peste cele scrise, ca sa se îndeparteze oxizii de fosfor formati
Aceasta experienta si altele asemanatoare au pus in evidenta faptul ca “lumina rece” se datoreste unei aprinderi încete a fosforului, sub temperatura lui de aprindere. Fenomenul se cheama luminiscenta. El nu se datoreza arderii pârtilor solide de fosfor, ci vaporilor si gazelor care se ridica de pe suprafata fosforului, formând un fel de val. pentru ca luminiscenta sa aiba loc, este nevoie de o anumita concentratie a oxigenului in aerul care înconjoara fosforul. Fenomenul a fost lamurit in anul 1927 de Semenov, care a aratat ca este vorba de o caracteristica a asa-ziselor reactii in lat. (Aceste sunt reactiile in cursul carora se formeaza o serie de produsi care nu traiesc decât atât cat sa poata declansa. la rândul lor, o serie de alte reactii.)Lantul care leaga aceste reactii se rupe atunci când se ajunge la un produs stabil care nu rectioneaza mai departe. In cazul fosforului, acest produs stabil este pentoxidul de fosfor. Din rectia aceasta se degaja energie, dar in cazul de fata energia apare doar sub forma luminoasa, neinsotita de caldura. Acesta este un fenomen destul de rar si el a fost denumit chemiluminiscenta (adica lumina produsa pe cale chimica).
Principiile care au stat la baza alcatuirii tabelului de mai jos, privind clasificarea fosfatilor, sunt valabile si pentru clasificarea acizilor fosforici. Acizii fosforici condensati care au dobandit importanta in industrie sunt doar acizii polifosforici, care in practica intervin sub forma unui amestec de acizi cu un numar diferit de atomi de fosfor, cunoscut sub denumirea de acid superfosforic.
Toti aciziisu fosfatii condensati se descompun, in contact cu apa, in molecule cu numar din ce in ce mai mic de atomu de fosfor rezultand in final acid fosforic. Acest fenomen se numeste, in chimie, hidroliza. Viateza reactiei de hidrioliza a acizilor si fosfatilor condensati creste foarte mult cu temperatura. Ea depinde de cantitatea de apa in care se dizolva produsul respectiv precum si de natura acestuia. In orice caz, se poate preciza ca acizii fosforici condensati hidrolizeaza cu mult mai repede decat sarurile lor.
Fosforul începe sa fie folosit de om
In 1833 au aparut primele chibrituri cu fosfor numite” lumânarile din Turino”, care nu erau altceva decât bucati de fosfor aplicate pe betisoare de lemn si care se aprindeau in momentul când erau scoase la aer.
Primul inventator al chibriturilor cu fosfor care se aprindeau prin frecare este maghiarul Janson Irinyi, elevul profesorului austriac Meissner. Asistând la o experienta nereusita a acestuia, de a aprinde prin frecare amestecul de floare de sulf si bioxid de plumb, tanarul de 17 ani, Irinyi, a avut ideea sa înlocuiasca sulful cu fosfor. el a vândut inventia sa, pentru suma derizorie de 60 de forinti, unui oarecare Stephan Romer, care a brevetat-o in anul 1840, începând sa fabrice imediat chibrituri a Viena.
Curând dupa aceea, apare la Darmstadt, in Germania, fabrica lui Moldenhaur. anii urmatori marcheaza începutul fabricii simultane a chibriturilor cu fosfor in mai multe tari. Introducerea fosforului in fabricatia chibriturilor a facut imediat din ele un produs de mare circulatie. insusi tanarul inventator Irinyi a reusit sa infiinteze o fabrica la Pesta, care insa a încetat sa lucreze in anul 1848.
In Anglia, tara care in secolul trecut detinea suprematia industriala, inustria de chibrituri s-a dezvoltat vertiginos. In 1844, Arthur Albright, dându-si seama de necesitatea de a mari productia de fosfor in vederea scaderii pretului la chibrituri, a început sa foloseasca ca sursa de fosfor fosfatul de calciu adus din America de Sud. Ca sa obtina fosforul din fosfat erau necesare si cantitati mari de acid sulfuric. Albright n-a ezitat sa-si extinda fabrica de acid sulfuric de la Birmingham, introducând in 1846 camerele de plumb, in locul recipientelor de sticla costisitoare si casante.
Cu toate acestea, Albright nu avea de ajuns fosfor si prin 1845, începe sa caute alte surse de aprovizionare, ajungând chiar pe meleagurile tarii noastre. La Galati exista pe vremea aceea o industrie locala de conserve de carne, unde oasele nu-si gaseau intrebuintare, acumulându-se mari cantitati de deseuri. Trecând peste toate obstacolele puse de administratia turca, Albright a reusit sa ajunga la Galati. Mirosul urat despre care pomeneste chiar el nu l-a împiedicat sa construiasca pe loc un cuptor de ardere, care sa-i furnizeze cenusa de oase necesara fabricarii fosforului.
Tot in acelasi an, 1845, germanul Schrotter a identificat o noua varietate de fosfor, fosforul rosu, aratând totodata identitatea lui, din punct de vedere chimic, cu fosforul alb. Constatarile acestea l-au determinat sa produca fosfor rosu, astfel ca in anul 1851 el este posesorul unui patent de fabricatie.
Fosforul rosu nu este toxic, spre deosebire de cel alb a carui doza letala e doar de 0,1 g pentru omul adult. Datorita marii sale toxicitati, fosforul alb provoca intoxicatii grave lucratorilor din industria de chibrituri uneori cauzându-le chiar moartea. Alte inconveniente pe care le prezenta fosforul alb erau pericolul de autoaprindere si slaba rezistenta la umezeala.
Toate acestea i-au determinat pe Schrotter in Germania si pe Albright in Anglia sa foloseasca pentru fabricarea chibriturilor fosforul rosu. Acesta este mult mai putin activ din punct de vedere chimic, caci fiind insolubil in solventi obisnuiti, poate trece prin organismul animal fara sa-l imbolnaveasca (eliminându-se in totalitate ). El nu ai lumineaza in întuneric si se aprinde mult mai greu. Da atunci când s-a încercat fabricarea chibriturilor cu fosfor rosu, a intervenit o dificultate serioasa. Cloratul de potasiu exploda instantaneu in prezenta lui. Chiar o usoara atingere intre cele doua substante s-a dovedit a fi periculoasa. S-au facut multe eforturi in vederea gasirii unei retete corespunzatoare pentru pasta ce urma sa se aplice in capul chibriturilor, dar multa vreme încercarile au ramas infructuoase. Se pare ca fabricaria a continuat si o data cu ea si accidentele. Fabricatii, ingrijorati, ofereau premii mari pentru solutionarea acestei probleme.
In anul 1848, chimistul german Bottcher a avut ideea de a separa cloratul de potasiu de fosfor, plasându-l pe primul in pasta din capatul batului de chibrit, iar pe celalalt pe cutie. Acest fel de chibrituri purtau numele de chibrituri” de siguranta‚’’. Reteta e fabricatie de atunci consta din clorat de potasiu, sulfura de stibiu si clei pentru pasta din capul batului de chibrit, precum si fosfor, sulfua de stibiu si clei pentru pasta de pe cutie. Aprindea se facea prin frecare. Chibriturile lui Bottcher au fost introduse in fabricatie pentru prima data in Suedia la Jonkoping( nu departe de Stockhlm), de catre E. Lundstrom ( in 1855 ). De aici numele atât de cunoscut de” chibrituri suedeze”.
Pericolul pe îl prezentau chibriturile cu fosfor alb a dus încetul cu încetul la interzicerea lor. Prima tara in care s-a interzis prin lege utilizarea fosforului alb a fost Finlanda ( in 1872 ). Au urmat apoi alte tari, in care s-au pus taxe prohibitive pe chibriturile cu fosfor alb. In 1906 a avut loc la Berlin un congres international unde s-a luat in discutie toxicitatea fosforului alb, iar dupa aceasta, in Europa nu s-au mai folosit astfel de chibrituri. In Germania, chibriturile suedeze ale germanului Bottcher au fost adoptate oficial abia in 1907, ca urmare a congresului din 1906 ( printr-o lege care interzicea fabricarea orcarui alt tip de chibrituri ).
In S.U. A. S-a renuntat la chibriturile cu fosfor alb abia in anul 1913, in urma unei legi care punea taxe foarte mari pe astfel de chibrituri. Este interesant de mentionat ca in unele tari ale lumii, fabricarea chibiturilor du fosfor alb a continuat pana aproape in zilele noastre. Ca dovada amintim o lege aparuta in Egipt in 1939, care sanctiona fabricarea, comercializarea si importul chibriturilor cu fosfor alb.
Chiar si dupa inventai lui Bottcher, Albright a continuat sa detina in Anglia suprematia in fabricarea chibriturilor. In anul 1851, el a expus o bucata de fosfor rosu la o expozitie internationala. Aceasta i-a adus o comanda importanta de fosfor rosu din parea firmei fratilor Lundstrom din Suedia. Comanda prevedea o cantitate enorma, ceea ce i s-a parut suspect lui Albight, refuzând sa o onoreze. In scrisoarea adresata fratilor Lundstrom, el scria :” Nu puteti contesta ca o asemenea cantitate de fosfor nu poate fi folosita decât pentru razboi‚’’. Suedezii i-au demonstrat si pana la urma l-au convins ca fosforul va fi utilizat doar pentru chibrituri, pe care Suedia începe sa le produca in cantitati considerabile.
Inconvenientele folosirii fosforului alb au facut sa apara si alte retete, care pastrau calitatea chibriturilor de a se aprinde prin frecare pe orice suprafata,dar erau mai putin toxice. In 1898 in S.U.A. se breveteaza o reteta care recomanda aplicarea pe batul de chibrit a unui compus de fosfor cu sulf, denumit sescvisulfura de fosfor, împreuna cu clorat de potasiu. Astfel de chibrituri supranumite” de bucatarie’’ au fost lansate in Europa in 1910. Ele nu au putut insa sa tina pasul cu chibriturile suedeze si dupa razboi au disparut aproape complet. Se mai folosesc inca in Africa de Nord, Spania, tarile arabe, America de Sud, precum si in câteva state sudice di S.A.U.
Cele mai originale si economice brichete nu au reusit sa readuca practic productia de chibrituri, ale caror retete de fabricatei au ramas in general aproape identice cu ale lui Bottcher din anul 1848. Pentru ca sa se aprinda si sa arda usor, betele de chibrituri sunt facute din lemn de brad, plop, tei sau anin. Ele sunt impregnate cu parafina sau cu o solutie de azotat de potasiu, precum si cu o solutie de fosfat de sodiu, care fac ca batul o data stins sa se prefaca in carbune fara jar. In unele tari pasta de pe cutie este formata dintr-an amestec de fosfor rosu, pulbere de sticla si piroluzita ( bioxid de mangan ). Esentiala este, prin urmare, prezenta cloratului si a sulfurii de stibiu pe capul batului de chibrit, precum si a fosforului rosu pe cutie.
Este bine de stiut ca fosforul rosu folosit pentru fabricarea chibriturilor trebuie sa fie lipsit de impuritati, care ar putea înlesni oxidarea fosforului. Un astfel de efect l-ar putea avea urmele de cupru si fier. Trebuie evitata chiar si folosirea acelor cerneluri de tipar ce servesc la imprimarea etichetelor de pe cutiile de chibrituri, cerneluri in compozitia carora intra pulberi din aceste metale.
Un element cu mai multe forme
Citind despre chibrituri, am ramas cu o nedumerire : Cum este fosforul in definitv, alb sau rosu ? Se aprinde de la sine ori se aprinde greu ? Cum se poate interpreta descoperirea lui Schrotter privind identitatea chimica a fosforului rosu cu cel alb ? Rasunsul este simplu : AMBELE! Si nu numai acestea !!
Caramida comuna, care sta la baza tuturor formelelor sub care intervine fosforul elementar, este atomul de fosfor trivalent. Acest atom se poate lega cu vecinii lui iin diferite feluri, dand fosforului aspecte exterioare mult diferite si facand ca anumite insusiri chimice ale lui sa fie mai mult sau mai putin accentuate.
Formele extreme sub care apare fosforul alb si fosforul negru. Ambii sunt formati din atomi de fosfor trivalent.
In fosforul alb, atomii formeaza molecule, care au forma unor tetraedre regulate, cu cate un atom de fosfor in ficare colt. Atomi sunt legati intre ei, formand deci un fel de piramida. De altfel si vaporii de fosfor sunt compusi din molecule tetraatomice ; abia la temperaturi de peste 800 grade C ele incep sa se desfaca in molecule biatolice.
Alte forme ale fosforului, printre care si fosforul rosu despre care s-a vorbit mai sus, nu sunt alteva decat modificari ale fosforului negru. la acesta intalnim o inlantuire mai regulata a atomilor in planuri suprapuse, monomoleculare, directiile valentelor, schimbandu-se uneori nesistematic, asa incat intreg ansamblul apare mai putin compact si uneori chiar amorf. (Fosforul rosu a ost considerat multa vreme amorf.) Aceste neunifomitati structurale, la care se mai adaga prezenta a diverse impuritati in cantitati variabile, fac ca fosforul sa apara colorat intr-o gama de culori, de la alb la rosu-deschis si pana la violet-inchis
Primul ingrasamant artificial
Primul ingrasamant artificial fabricat a fost superfosfarul. La Loose, in Anglia, a inceput a fost in 1843 o fabrica in care faina de oase era tratata cu acid sulfuric, obtinandu-se astfel superfosfatul, care se fabrica si azi in cantitati uriase.
La valoarea fertilizanta a superfosfatului contribuie si calciul, care se gaseste in special sub forma de sulfat in materia prima ( oase, apatita ). Cercetarile mai recente au aratat ca si sulful poate exercita un efect favorabil asupra cresterii plantelor.
Ideea fabricarii superfosfatului s-a dovedit a fi foarte fericita. Agricultorii din tarile cu o industrie in plina dezvoltare au recunoscut repede avantajele folosirii noului produs, si cererile e superfosfat crescand, curand oasele au devenit cu totul insuficiente pentru a satisfce nevoile de materie prima ale uzinelor de superfosfat. S-a recurs atunci zacaminte de fosfati, gasindu-se ca multe dintre acestea se preteaza excelent la fabricarea superfosfatului.
Fosforul alb.
Fosforul alb se obtine prin calcinarea fosfatului de calciu (apatite sau fosforite) cu carbune. În procedeul industrial se adauga însa dioxid de siliciu (nisip), al carui rol este de a pune în libertate din ionul de fosfat, pentaoxidul de fosfor mai reactiv.
Reactia necesita o temperatura ridicata (peste 2000ºC) si se efectueaza de aceea în cuptorul electric, cu electrozi de carbune. Vaporii de fosfor formati sunt condusi în apa (spre a evita aprinderea lor în contact cu aerul) si se condenseaza astfel, sub forma de fosfor alb, P4.
Fosforul alb se prezinta ca o masa cristalina, transparenta, de consistenta cerii. El poate fi taiat cu cutitul (sub apa, din cauza pericolului de aprindere). Expus la lumina, fosforul alb se acopera cu o pojghita de fosfor rosu, care îl face sa apara galben; de aici numele de fosfor galben care i se da adesea.
Fosforul alb se topeste la 44ºC, formând un lichid incolor ce arata o deosebita tendinta spre supraracire, putând fi pastrat mai multa vreme la temperatura camerei fara sa se solidifice. Punctul de fierbere este 287oC. Chiar la temperatura camerei formeaza vapori (miros caracteristic de usturoi), iar la 100oC poate fi distilat usor într-un curent de vapori de apa, proprietate care se poate folosi si pentru purificarea sa.
Fosforul alb se dizolva usor în sulfura de carbon, în triclorura si tribromura de fosfor si în grasimi; este însa insolubil în apa si în alcool. Prin evaporarea solutiei în sulfura de carbon se obtin cristale lucioase, transparente, apartinând sistemului cubic. Acestea sunt compuse din retele de molecule P4, unite printre ele prin forte Van der Waals. Solutiile fosforului alb contin de asemenea molecule P4. Prin metoda difractiei electronilor s-a stabilit ca moleculele P4 au forma unor tetraedre regulate, cu câte un atom de fosfor la fiecare colt. Fiecare atom de fosfor este legat, prin trei covalente, de ceilalti trei atomi ai moleculei. Cele trei valente ale fosforului au deci o asezare piramidala. Distanta dintre doi atomi de fosfor (latura tetraedrului) este 2,21 A. Unghiurile dintre valente sunt deci de numai 60º.
Stare naturala
Fosforul se gaseste in natura numai sub forma de ioni de fosfat, PO4³ˉ,cea mai stabila combinatie a acestui element. Principalul mineral continând fosfor, format la solidificarea scoartei pamântului, este apatita, care poate fi considerata ca o solutie solida de fosfat de calciu, dar este în realitate un compus cristalizat, format din ioni de Ca2+, PO43- si F-, corespunzând formulei brute: Ca5[(PO4)3F].
Prin actiunea lenta a agentilor atmosferici (CO2 si H2O) apatita se transforma în fosforite. Acestea sunt mult mai raspândite, în concentratii mici, în solul cultivabil al padurilor si au o mare importanta pentru viata plantelor. Se gasesc în putine locuri pe glob si zacaminte mari, exploatabile, de fosforite. Fosforitele (considerate înainte, în mod eronat, ca fosfat tricalcic) sunt în realitate amestecuri neomogene de hidroxil-apatita, Ca5[(PO4)3OH] si carbonat-apatita, Ca10[(PO4)6CO3](H2O).
Partea anorganica a oaselor vertebratelor este un amestec de multa hidroxil-apatita cu putina carbonat-apatita.
NOTA IMPORTANTA: ARTICOLELE PUBLICATE IN PAGINA DE REFERATE AU SCOP DIDACTIC SI SUNT ELABORATE IN URMA UNEI DOCUMENTARI SUSTINUTE. ESTE STRICT INTERZISA PRELUAREA ARTICOLELOR DE PE SITE SI PREZENTAREA LOR LA ORELE DE CURS. Referatele din aceasta sectiune sunt trimise de diferiti colaboratori ai proiectului nostru. Referatele va sunt prezentate pentru COMPLETAREA STUDIULUI INDIVIDUAL, si va incurajam si sustinem sa faceti si voi altele noi bazate pe cercetari proprii.