Fosfor: Het element

Fosfor is een scheikundig element met symbool P. Het is een niet-metaal dat in verschillende kleuren kan voorkomen waarvan rode- en witte fosfor het bekendst zijn. Fosfor is in 1669 ontdekt door alchemist Hennig Brand. Griekse woord phosphoros, betekent "lichtdrager". Een legering is een vast mengsel van een metaal met andere elementen, meestal andere metalen. Soms is de toegevoegde element geen metaal, bekendste voorbeeld is koolstof in ijzer, maar ook fosfor is een goed voorbeeld, dat zowel ongewenst als gewenst als legeringselement in staal voorkomt.

Eigenschappen van het element fosfor

Het atoom

Chemische eigenschappen

Fysische eigenschappen

Voorkomen

Omdat het zo makkelijk reageert met andere materialen komt fosfor niet in ongebonden toestand voor in de natuur. Het bevindt zich in een groot aantal mineralen. Deze mineralen komen voor in o.a. andere Rusland, Finland, Marokko en de Verenigde Staten.

De winning

Fosfor 'verpakt' in Ferrofosfor wordt als legeringselement in staal toegevoegd. Grondstof voor fosfor is fosfaathoudend gesteente in open mijnbouw (dagbouw) gewonnen. De eerste bewerking in land van winning bestaat uit het concentreren van het fosfaat. Het ruwe fosfaatgesteente heeft een lage fosfaatgehalte en dat wordt opgevoerd tot circa een 33%. Fosfaat wordt gewonnen uit apatiet een mineraal in afzettingsgesteenten.
Productie vergelijking van fosfor:
In Europa is apatiet in Finland winbaar en op het aan Finland grenzende Russische schiereiland Kola. Dit fosfaaterts is een mineraal dat rijk is aan calciumfosfaat. van gefossileerde organismen, die zich hebben afgezet op de zeebodem. Na een aantal processen ontstaat fosfor, fosfor-oven gas, v.n.l. koolmonoxide en slak volgens de vergelijking:

• 2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C → 6 CaSiO3 + 10 CO + P4

fosfaaterts + grind + cokes → slak + koolmonoxide + fosfor)

De eigenschappen van fosfor

• In staal is fosfor meestal ongewenst, wegens segregatie door de lage diffusiesnelheid ontstaat een inhomogene verdeling van fosfor. De nadelige invloed van fosfor bestaat bij o.a. de veredelstalen uit toename van de (ontlaat)brosheid, in het algemeen een daling van de taaiheid en stootbestendigheid.
• In laaggelegeerd staal verhoogt fosfor de sterkte en de weerstand tegen atmosferische aantasting in z.g.n. weervast staal zoals cortenstaal.
• Fosfor komt het meest voor als een witte vaste stof. Het is niet oplosbaar in water. Zuivere fosfor ontbrandt spontaan in lucht tot (di)fosforpentoxide (P4O10), fosfor wordt onder water bewaard.
• Witte fosfor poeder / Bron: Wdaloz, Wikimedia Commons (CC0)
  Brandende fosfor kan niet met water worden gedoofd. Fosfor brand te doven met 'bordelese pap' , een oplossing van 2 gewichtsdelen koper(II)sulfaat en 1 deel kalk in 100 delen water. Brandend fosfor wordt Grieks vuur genoemd omdat het in de klassieke oudheid gebruikt werd om schepen tot zinken te brengen.
• Voor mensen is fosfor giftig. Rode fosfor is minder gevaarlijk, het bevindt zich bv. op het strijkvlak van het luciverdoosje maar moet toch voorzichtig behandeld worden omdat het bij verhoogde temperatuur giftige dampen afgeeft.

De toepassingen van fosfor

• Vroeger werd het giftige witte fosfor gebruikt voor lucifers. Later ging men over op het minder giftige rode fosfor.
• Fosfor is wegens de productie van kunstmest van grote waarde in de landbouw .
• Fosfaten dienen als grondstof voor speciaal glas dat wordt gebruikt voor bv. natriumlampen.
• Calciumfosfaat wordt in China veel gebruikt voor de productie van vuurwerk.
• Fosfor kan een ongewenste verontreiniging in metaal zijn maar ook een gewenste legeringselement. Bekend is cortenstaal (weervaststaal) en fosfor brons.
• Als natriumtrifosfaat (Na5P3O10) wordt het gebruikt om hardwater zachter te maken.
• Voor militaire doeleinden wordt fosfor gebruikt bij de productie van o.a. rookbommen.
• Fosfor is van belang voor de ontwikkeling van wortels, voor de bloei en voor het rijpen van vruchten en zaden.
• Met zwavel reageert het tot fosforpentasulfide dat een belangrijk industrieel chemisch tussenproduct is.
• Fosfor wordt toegepast bij het maken van pesticiden en tandpasta.
• In de biologie speelt fosfor een belangrijke rol. DNA en RNA bestaan voor een deel uit anorganisch fosfor en in de vorm van adenosine trifosfaat (ATP) is fosfor belangrijk voor de opslag en transport van energie. Botten bestaan voor een groot deel uit calciumfosfaat.
• Naast de witte en rode fosfor zijn er andere vormen zoals de zwarte, de scharlakenrode en de vezelachtige fase, ieder met een eigen kristalstructuur.
• Er is een groot aantal op de oxiden van fosfor gebaseerde zuren en zouten bekend.

Milieu en gezondheid

• Fosfor komt in het milieu het meeste voor in de vorm van fosfaat. Fosfaat is een belangrijke stof in het menselijk lichaam, het is deel van het DNA materiaal en onderdeel van de energiedistributie. Fosfaten worden ook gevonden in planten.
• Menselijke activiteiten hebben de natuurlijke fosfaatvoorraad veranderd, door de toevoeging van fosfaatrijke meststoffen aan de bodem en door het gebruik van wasmiddelen met fosfaat.
• Te veel fosfaat kan gezondheidsproblemen zoals nierbeschadiging en osteoporose veroorzaken. Er is soms fosfaatgebrek, veroorzaakt door intensief medicijngebruik. Ook een gebrek aan fosfaat kan gezondheidsproblemen als gevolg hebben.
• Fosfor geeft stevigheid aan het skelet, is betrokken bij de energievoorziening van het lichaam en maakt het deel uit van het DNA. fosfor is nodig voor de koolhydraat-, vet- en eiwitstofwisseling.

Witte fosfor

Fosfor heeft in zijn pure vorm een witte kleur. Wit fosfor is de gevaarlijkste vorm van fosfor; vaak is de blootstelling eraan dodelijk. In de meeste dodelijke gevallen door wit fosfor, gaat het om per ongeluk binnen krijgen van rattengif. Witte fosfor kan ook huidverbranding veroorzaken, tijdens de verbranding kan wit fosfor schade toebrengen aan lever, hart of nieren.

Witte fosfor komt in het milieu terecht via de chemische industrie en het leger dat het als munitie gebruikt. Via de afvoer van afvalwater komt het in het oppervlaktewater. Witte fosfor reageert gelijk met zuurstof wanneer het in de lucht terecht komt en omgezet in minder schadelijke deeltjes, waardoor verdere chemische reacties voorkomen worden. In het water reageert witte fosfor niet zo snel met andere stoffen en wordt opgeslagen in waterorganismen.

Rode fosfor

Rode fosfor is normaal amorf met een dichtheid tussen 2,0 - 2,4 g/cm3 en smeltpunt tussen 585 °C - 610 °C. Rode fosfor is in tegenstelling tot witte fosfor niet giftig. Rode fosfor wordt gemaakt uit witte fosfor door verhitting tot 260 °C onder afsluiting van lucht. Een langzame omzetting voltrekt zich onder invloed van licht. Het is niet zelfontbrandbaar maar kan met oxidatiemiddelen door wrijving ontbranden. Rode fosfor kan weer omgezet worden in witte fosfor door verhitten tot 260 °C, zoals gebeurt bij afstrijken van een lucifer, waarbij de benodigde warmte geleverd wordt door wrijvingswarmte op het strijkvlak.

Fosfaat

Fosfaat heeft verschillende effecten op organismen, grote hoeveelheden fosfaat belanden door mijn- en landbouw in het milieu. Bij de waterzuivering wordt fosfaat niet 100% verwijderd. Eenmaal in het oppervlaktewater verspreidt het zich over grote afstand.
De fosforcyclus is verstoord en fosforconcentraties in het oppervlaktewater doen de groei van organismen, zoals algen en eendekroos, toenemen. Deze organismen gebruiken veel zuurstof en belemmeren het zonlicht in het water. waardoor vele waterorganismen sterven.