periodiek systeem

Fosfor

Wat is fosfor?

Fosfor is een element met atoomnummer 15 en symbool P. Het is een niet-metaal met een monoklinische structuur en 3 allotropen: rode, witte en zwarte fosfor. Fosfor kent 3 oxidatietoestanden: 5,4 en 3 en het is een multivalent niet-metaal. Het element komt voor in de vorm van fosfaten, als organofosfaten en in mineralen.

Tabel 1 – gegevens element Fosfor
Symbool P
Volledige naam Fosfor
Atoomnummer 15
Atoommassa (g.mol-1 ) 30,9738
Groep Niet-metalen
Elektronegativiteit (Pauling) 2,1
Dichtheid (g.cm-3 bij 20 °C) 1,83
Smeltpunt (°C) 44 (witte fosfor)
Kookpunt (°C) 280 (witte fosfor)
Vanderwaalstraal (nm) 0,128
Ionstraal (nm) 0,044 (+3); 0,038 (+5)
Isotopen 1
Elektronenconfiguratie [Ne]3s23p3
Eerste ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) 1012
Tweede ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) 1903
Tweede ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1) 2910
Ontdekt door Hennig Brandt in 1669

Isotopen

Tabel 2 – natuurlijke isotopen en abundanties
Nummer Naam Symbool Atoommassa (u) Abundantie (%)
15 Fosfor 31 P 30,973762 100

Radioisotopen

Tabel 3 – radioisotopen van Fosfor
Symbool Atoommassa (u) Halfwaardetijd
24 P 24,03435 onbekend
25 P 25,02026 < 30 ns
26P 26.01178 43,7 ms
27P 25,02026 < 30 ns
28P 26,999230 270,3 ms
29 P 28,9818006 4,142 s
30 P 29,9783138 2,498 min
32 P 31,97390727 14,263 dagen
33 P 32,9717255 25,34 dagen
34 P 33,973636 12,43 s
35 P 34,9733141 47,3 s
36 P 35,978260 5,6 s
37 P 36,97961 2,31 s
38P 7,98416 0,64 s
39P 38,98618 190 ms
40P 39,99130 153 ms
41P 40,99434 100 ms
42P 42,00101 48,5 ms
43P 43,00619 36,5 ms
44P 44,01299 18,5 ms
45P 45,01922 8 ms
46P 46,02738 4 ms

Omdat witte fosfor heel erg reactief is moet het onder water worden bewaard. Dit betekent ook dat het element niet vrij in de natuur voorkomt. Het is reactief, zacht, giftig en explosief. Zwarte fosfor kent een paar commerciële toepassingen en het wordt onder andere gebruikt voor het maken van anodes voor lithium-ion batterijen. Het is niet gemakkelijk te ontsteken en het is minder reactief dan witte en rode fosfor. Het is een goede geleider voor elektriciteit en, zoals de naam al aangeeft, heeft het een zwarte kleur. Rode fosfor ontstaat als witte fosfor aan licht wordt blootgesteld of als witte fosfor wordt verhit waardoor het amorf wordt. Het allotroop heeft een polymeerstructuur en het wordt gebruikt bij de productie van lucifers.

Bohr-Rutherford diagram

elektronenschilconfiguratie van 15 fosfor
elektronenschilconfiguratie van 15 fosfor

By Pumbaa (original work by Greg Robson) – Application: (generated by script), CC BY-SA 2.0 uk,

Spectra

Absorptiespectrum

Emissiespectrum

Ontdekking

Fosfor werd in 1669 ontdekt door de Duitse alchemist en natuurkundige Hennig Brand. Hij verwerkte, filtreerde en kookte een enorme hoeveelheid urine om het element te isoleren. Omdat fosfor als zenuwgas, gif en in explosieven werd gebruikt, werd het ook het element van de duivel genoemd.

Toepassingen

Er zijn verschillende commerciële toepassingen van fosfor. Het wordt onder andere toegepast in rookbommen en in sporenammunitie. Een van de verbindingen, fosforzuur, wordt gebruikt om er verschillende fosfaatverbindingen mee te maken. Fosforzuur wordt bovendien verwerkt in frisdranken. Tri-natriumfosfaat wordt gebruikt in waterontharders en schoonmaakmiddelen. Calciumfosfaat wordt toegepast in bakpoeder en in porselein. Sommige fosforverbindingen absorberen straling en kunnen licht uitzenden. Ze worden toegepast in televisies en lampen.

Menselijk lichaam

Anorganisch fosfor speelt een rol in de RNA- en DNA-cyclus. Cellen gebruiken fosfaat om adenosine trifosfaat (ATP) te transporteren. ATP is een vorm van energie voor cellen en alle processen die zich op celniveau afspelen hebben ATP nodig. In het menselijke bloed komt een kleine hoeveelheid fosfaat voor. Fosfor komt ook voor in tanden, buiten, weefsels en extracellulaire vloeistoffen.

De belangrijkste bronnen van fosfor is voedsel dat eiwitten bevat zoals vlees, melkproducten en brood. O.a. Jacobsschelpen, krab, meerval en lamsvlees bevatten veel fosfor. Ook verschillende soorten kazen bevatten grotere hoeveelheden fosfor. De hoeveelheden fosfor variëren per voedselsoort. In plantaardige olie bevindt zich weinig fosfor terwijl lever weer veel meer fosfor bevat.

Winning

Apatiet, waaronder ook hydroxylapatiet en fluorapatiet, behoort tot een groep fosfaathoudende mineralen. De grootste mijngebieden bevinden zich in Tunesië, de Verenigde Staten, Marokko en Rusland. Uitputting van fosforafzettingen is een bron van zorg omdat onze voedselproductie, in de vorm van meststoffen, er van afhankelijk is.

Gezondheid & gevaren

De inname van grote hoeveelheden fosfaat kan leiden tot gezondheidsproblemen zoals osteoporose en nierbeschadigingen. Witte fosfor is een zeer giftig allotroop en blootstelling eraan kan fatale gevolgen hebben. Inname kan leiden tot maagkrampen, misselijkheid en slaperigheid. Te grote hoeveelheden fosfor kunnen leiden tot nier-, hart- en leverschade.

Het element stapelt zich niet op in waterplanten en ander leven in water. Het reageert namelijk niet snel met andere elementen. Het blijft enkele dagen in de bodem en wordt daarna omgezet tot andere componenten. Op de bodem van meren en rivieren en diep in de grond kan het element honderdduizenden jaren blijven zonder dat het wordt omgezet.