فسفر

شرح تصویر:

تصویر، مدل گوی و میلۀ فسفر سفید را نشان می‌دهد که شکلی چهاروجهی دارد و فرمول آن P₄ است.

شکل ظاهری:

دو شکل اصلی فسفر عبارتند از: فسفر سفید و فسفر قرمز. فسفر سفید یک جامد مومی شکل سمّی است که تماس آن با پوست باعث سوختگی شدید می‌شود. فسفر سفید در تاریکی می‌درخشد و در اثر مجاورت با هوا خودبه‌خود آتش می‌گیرد. فسفر قرمز یک جامد آمورف غیرسمّی است.

کاربردها:

فسفر سفید در آتش‌بازی و وسایل آتش‌زا کاربرد دارد. فسفر قرمز ماده‌ای است که به کنار قوطی‌های کبریت بی‌خطر چسبانده می‌شود و از آن برای روشن کردن کبریت استفاده می‌شود.

در حال حاضر بیش‌ترین کاربرد ترکیبات فسفر در کودهای شیمیایی است. آمونیم فسفات از سنگ معدن فسفات به‌دست می‌آید. این سنگ معدن‌ها را ابتدا به فسفریک اسید و سپس به آمونیم فسفات تبدیل می‌کنند.

فسفر در تولید فولاد نیز اهیمت دارد. فسفات‌ها در برخی از مواد شوینده به کار می‌روند اما در بعضی کشورها در حال کنار گذاشته شدن هستند، زیرا ممکن است موجب افزایش میزان فسفات در ذخایر طبیعی آب و رشد بی‌رویه جلبک‌ها شوند. از فسفات‌ها برای تولید برخی شیشه‌های خاص و ظروف چینی ظریف نیز استفاده می‌شود.

نقش زیست‌شناختی:

فسفر برای تمام موجودات زنده ضروری است. فسفر اسکلت قند‌ـ فسفات را در DNA و RNA تشکیل می‌دهد؛ به عنوان بخشی از مولکول ATP (آدنوزین تری‌فسفات) در نقل و انتقال انرژی در سلول‌ها اهمیت دارد و در بسیاری از مولکول‌های مهم دیگر در زیست‌شناسی نیز یافت می‌شود. ما روزانه در حدود ۱ گرم فسفات مصرف می‌کنیم و در حدود ۷۵۰ گرم ذخیرۀ فسفر در بدنمان داریم، زیرا استخوان‌ها و دندان‌های ما عمدتاً از کلسیم فسفات تشکیل شده‌اند. مصرف بیش از اندازه فسفات به شکل کودها و مواد شوینده ممکن است منجر به آلوده شدن رودخانه‌ها و دریاچه‌ها و رشد سریع جلبک‌ها شود. این جلبک‌ها مانع از رسیدن نور و انجام فتوسنتز به‌وسیله موجوداتی که در آب زندگی می‌کنند می‌شوند. اکسیژنِ حل‌شده در آب خیلی زود مصرف می‌شود و دریاچه‌ می‌میرد.

فراوانی طبیعی:

فسفر در طبیعت به شکل ترکیب‌نشده یافت نمی‌شود، اما ترکیبات مختلف آن در کانی‌ها فراوان است. یک منبع مهم فسفر، سنگ فسفات است که شامل کانی‌های آپاتیت بوده و در آمریکا و دیگر نقاط فراوان است. این نگرانی وجود دارد که حدود سال ۲۰۵۰ میلادی «اوج فسفر» رخ دهد و پس از آن منابع فسفر رو به کاهش رود.

در صنعت فسفر سفید از حرارت دادن سنگ فسفر با کربن و سیلیس در کوره تولید می‌شود. با این کار بخار فسفر تولید و سپس زیر آب جمع‌آوری می‌شود. فسفر قرمز از حرارت دادنِ ملایمِ فسفر سفید تا حدود ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد بدون هوا تولید می‌شود.

فسفر را اولین بار هنیگ برند در سال ۱۶۶۹ میلادی در هامبورگ به دست آورد. او ادرار را تبخیر کرد و باقیماندۀ آن را آنقدر حرارت داد تا به رنگ سرخ درآید. پس از آن بخار فسفر خارج شد که برند آن را با متراکم کردن در آب جمع‌آوری کرد. او این کشف را مخفی نگه داشت؛ چون فکر می‌کرد کیمیایی به دست آورده که می‌تواند فلزات کم‌ارزش را به طلا تبدیل کند. ولی وقتی پولش تمام شد فسفر را به دانیل کرفت فروخت و او آن را در اروپا به نمایش گذاشت. رابرت بویل در لندن مجذوب آن شد، چگونگی تولید آن را کشف کرد و به طور سیستماتیک به بررسی آن پرداخت. (دستیارش آمبروز گادفری کسب و کار خودش را با تولید و فروش فسفر راه انداخت و ثروتمند شد.)

هنگامی که مشخص شد استخوان‌ها از جنس کلسیم فسفات‌اند و می‌توان از آن‌ها فسفر به دست آورد، فسفر در دسترس همه قرار گرفت. بازار هم آماده بود، زیرا کارخانه‌های کبریت‌سازی در دهه ۱۸۰۰ میلادی به فسفر نیاز داشتند.

 

شعاع اتمی ناپیوندی (Å): ۱/۸۰	شعاع کووالانسی (Å): ۱/۰۹
الکترون‌خواهی (kJ/mol): ۷۲/۰۳۷	الکترونِگاتیویته (مقیاس پاولینگ): ۲/۱۹

انرژی‌های یونش	اول	دوم	سوم	چهارم	پنجم	ششم	هفتم	هشتم
kJ/mol	۱۰۱۱/۸۱۲	۱۹۰۷/۴۶۷	۲۹۱۴/۱۱۸	۴۹۶۳/۵۸۲	۶۲۷۳/۹۶۹	۲۱۲۶۷/۳۹۵	۲۵۴۳۰/۶۴	۲۹۸۷۱/۹

 

حالت‌های اکسایش معمول: ۵ ، ۳ ، ۳-

ایزوتوپ‌ها:

ایزوتوپ	جرم اتمی	فراوانی طبیعی (٪)	نیمه‌عمر	شیوه واپاشی
31P	۳۰/۹۷۴	۱۰۰	-	-

داده‌ها:

W. M. Haynes, ed., CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, 95th Edition, Internet Version 2015, accessed December 2014

Tables of Physical & Chemical Constants, Kaye & Laby Online, 16th edition, 1995. Version 1.0 (2005), accessed December 2014

J. S. Coursey, D. J. Schwab, J. J. Tsai, and R. A. Dragoset, Atomic Weights and Isotopic Compositions (version 4.1), 2015, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, accessed November 2016

خواص و کاربردها:

John Emsley, Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, Oxford University Press, New York, 2nd Edition, 2011

Thomas Jefferson National Accelerator Facility - Office of Science Education, It’s Elemental - The Periodic Table of Elements, accessed December 2014

تاریخچه:

Elements 1-112, 114, 116 and 117 © John Emsley 2012. Elements 113, 115, 117 and 118 © Royal Society of Chemistry 2017

زمانی بسیار قبل‌تر از اینکه عنصر فسفر وارد دنیای علم شیمی شود، فسفر نامی بود که در زبان‌های یونانی‌ و لاتین به جرمی آسمانی داده بودند. این جرم آسمانی را ستاره صبح (در زبان لاتین Phosphorus) می‌نامیدند و آن را آورنده‌ی نورِ صبحگاهی می‌دانستند. امروزه می‌دانیم که آنچه ستاره صبح نامیده می‌شد همان سیاره زهره (یا ناهید) است ...

ادامه‌ی این داستان را در اینجا بخوانید.