Fosfor, grunnstoff i gruppe 15 (nitrogengruppen) i grunnstoffenes periodesystem, kjemisk symbol P, atomnummer 15, elektronkonfigurasjon [Ne]3s23p3 så fosfor mangler 3 elektroner for å få et fullt skall som i argon. Fosfor danner polare kovalente bindinger, og kan ha oksidasjonstall fra -III til +V. Vanligvis er koordinasjonstallet fire, men det kan også være 6 som i PF6-

Fosfor ligner mer på karbon – grunnstoff enn på nitrogen. Nitrogen er en gass som består av molekyler (:N≡N:) mens karbon danner både molekylforbindelser (som fullerener) og nettverkforbindelser (som grafitt). Ved høy temperatur i gassfase er fosfor som P2-molekyler (:P≡P:) som nitrogen, ved lavere temperatur er det flest P4-molekyler. P4-molekylet er et tetraeder med et P-atom i hvert hjørne.

I motsetning til karbon som også danner dobbeltbindinger, er fosforatomene alltid bundet til hverandre med enkeltbindinger i faste faser. De forskjellige allotrope formene av fosfor er kalt hvitt, rødt og svart fosfor (se allotropi).  Hvitt fosfor er en molekylforbindelse bygget av fosfortetraedra P4. Rødt og svart fosfor er nettverkforbindelser med skiktstruktur som ligner grafitt, men skiktene er ikke plane; strukturene er ikke kjent i detalj. Hvitt fosfor er mest reaktiv, svart fosfor minst. Flere detajer nedenfor.

Fosforpentaoksid av Bjørn Pedersen. Gjengitt med tillatelse

Fosfor danner to oksider som begge er molekylforbindelser: P4O6 og P4O10 vanligvis kalt fosfortrioksid og fosforpentoksid. Sentralt i begge molekylene er et fosfortetraeder. I P4O6 er er fosforatomene bundet sammen med oksygenatomer som sitter over hver av de fire kantene av teraederet. I P4O10 er hvert P-atom i tillegg bundet til et et oksygenatom med en dobbeltbinding.

Den mest alminnelige fosforsyren er H3PO4 med strukturformel (HO)3P=O.  Den er en svak treprotisk syre. Saltene kalles fosfater. Se ellers fosforsyre.

Fosfor forekommer ikke fritt i naturen.  Hydroksidapatitt og fluoridapatitt (Ca5(HO,F)(PO4)3  er viktige fosfatmineralet. Jordens reserver av fosfatmineraler antas å utgjøre minst 180–200 milliarder tonn med et innhold på minst 60 milliarder tonn regnet som fosforpentoksid, P4O10. Av andre mineraler kan nevnes jernfosfatet vivianitt. jernmalm kan også inneholde fosfater. I jordskorpen er det 1000 ppm fosfor.

Kjemisk bundet fosfor forekommer i cellene til alle levende organismer og er derfor et livsnødvendig grunnstoff for mennesker, dyr og planter. nukleinsyrer (DNA og RNA) er bygget av nukleotider. Et nukleotid er en forbindelse mellom fosforsyre og et et sukker.  I hår, tenner, klover, skalldyrenes skall og fremfor alt i virveldyrenes knokler er det forskjellige fosfater. fosfolipider finnes i alle levende celler. Blod, eggeplomme, melk, muskelfibrer, nerve- og hjernesubstansen er særlig rike på fosfor. Menneskets legeme inneholder ca 700-900 gram fosfor (85 % i knokler og tenner, resten i bl.a. musklene, nervene og hjernen), og vi trenger en daglig tilførsel på 600–750 mg fosfor i form av fosforforbindelser. For å dekke dyrkede planters behov for fosfor tilføres jorden fosfatgjødsel.

Naturlig forekommende fosfor består utelukkende av isotopen 31P. Man kjenner imidlertid 12 kunstig fremstilte, radioaktive isotoper med nukleontall fra 26 til 38. De har alle relativt korte halveringstider. Isotopen 32P med en halveringstid på 14,3 dager blir brukt som radioaktivt sporgrunnstoff.

Grunnstoffet fosfor fremstilles teknisk ved å varme opp en blanding av apatitt, koks og kvartssand i elektriske ovner ved 1400–1600 °C. Energiforbruket er ca. 14 kW per kilo fremstilt fosfor. Produktene er kalsiumsilikat og fosforpentoksid:

2Ca3(PO4)2(s) + 6SiO2(s) → 6CaSiO3(s) + P4O10(s)

Fosforpenoksidet reduseres med karbon under dannelse av fosformolekyler og karbonmonoksid:

P4O10(s) + 10C(s) = 2P2(g) +10CO(g)

Ved avkjøling kondenserer  hvitt fosfor i vann. Fosformassen blir renset ved destillasjon. Hvitt fosfor kommer i handelen som støpte stenger. Det må oppbevares under vann for å hindre reaksjon med oksygen i luften.

Hvitt fosfor består av tetraedriske P4-molekyler (se figur). Det er en voksaktig, metastabil og svært reaktiv form av fosfor. Det smelter ved 44,1 °C og koker ved 287 °C og er lite løselig i vann, men løses lett i enkelte løsemidler som karbondisulfid. Det antennes i luft allerede ved 35 °C og ryker i luft pga. reaksjon med oksygen under dannelse av fosfortrioksid og fosforpentoksid under utvikling av lys og varme. I mørket lyser fosfor med et svakt blålig lys (kjemiluminiscens), som skyldes oksidasjon av trioksidet til pentoksidet. I finfordelt tilstand antennes hvitt fosfor ved romtemperatur og brukes derfor i brannbomber.

I motsetning til hvitt fosfor er rødt fosfor lite reaktivt og er verken giftig eller flyktig. Metastabilt hvitt fosfor omdannes langsomt til rødt fosfor ved romtemperatur. Rødt fosfor består av tetraedriske P4-molekyler lenket sammen til kjeder. Dette skjer via et gult mellomstadium. Omdanningen øker ved økende temperatur, og rødt fosfor fremstilles teknisk av hvitt fosfor ved langsom oppvarming til 270 °C i løpet av 20–30 timer i lukkede jernkjeler hvoretter temperaturen økes til 300–350 °C.

Handelsvaren rødt fosfor er nærmest amorf og har en tetthet på 2,2 g/cm3. Det løses dårlig i løsemidler og antennes først ved 260 °C. I blandinger med sterke oksidasjonsmidler, f.eks. kaliumklorat, antennes og eksploderer rødt fosfor selv ved gnidning. Derfor blir rødt fosfor anvendt i fyrstikker, røyk- og fyrverkeriartikler. Ved videre oppvarming til over 450 °C i lukkede og inerte omgivelser fås et krystallinsk, rødfiolett produkt som smelter ved ca. 590 °C og har en tetthet på 2,34 g/cm3.

Svart fosfor dannes ved å utsette hvitt fosfor for høyt trykk og temperatur. Det ble første gang fremstilt av P. W. Bridgman i 1914 ved å varme opp hvitt fosfor til 200 °C under et trykk på 1200 atm. Svart fosfor er krystallinsk med sjiktformet krystallstruktur og har en tetthet på 2,69 g/cm3. Det er jerngrått, har metallglans og leder varme og elektrisitet. Svart fosfor er stabilt i luft og lar seg bare vanskelig antenne med en fyrstikk.

Hvitt fosfor brukes som utgangsmateriale for fremstilling av fosforforbindelser, særlig fosforpentoksid, fosforsyre og fosfater for anvendelse som gjødselstoffer, vaskemidler og legemidler. Fosfor blir videre brukt ved fremstilling av legeringer, insekticider, rottegift og for militært formål i brannbomber, sporgranater, røyktepper o.l. Høyrent hvitt og rødt fosfor blir brukt til fremstilling av bor-, gallium- og indiumfosfider for halvlederformål. Silisium til halvlederformål tilføres kontrollerte mengder fosfor ved at det bombarderes med nøytroner i en kjernereaktor. Rødt fosfor blir brukt ved fremstilling av fyrstikker, røyk- og fyrverkeriartikler m.m.

Fosfor ble første gang fremstilt i 1669 av den tyske alkymist Hennig Brand fra urin som ble varmet opp med hvit sand. Han ga det navnet fosfor fordi det lyser i mørket. Urin var den eneste fosforkilde inntil  Carl Wilhelm Scheele og Johan Gottlieb Gahn i 1769–70 påviste at fosfor finnes i knoklene til mennesker og dyr og kunne fremstilles ved å varme opp benaske med sand og trekull. Metoden som nå brukes til utvinning av fosfor fra apatitt, ble stort sett utviklet på slutten av 1800-tallet.

Ernæring

Hvitt fosfor er meget giftig. Allerede et inntak av 0,1 g kan ha dødelig virkning. Ved lengre tids tilførsel av små mengder fosfor, enten ved svelging eller ved innånding av fosfordamper, oppstår kroniske forgiftninger. Symptomer på en slik forgiftning er magesmerter, oppstøt og brekninger, blødning i slimhinnene. Særlig karakteristisk er harde forknoklinger i kjeveregionen med fremadskridende ødeleggelse av over- og underkjeveknoklene (fosfornekrose). På huden fremkaller brennende hvitt fosfor dype brannsår som vanskelig leges. Man må derfor unngå å berøre hvitt fosfor med hendene. Skulle uhellet likevel inntreffe, må de forbrente hudpartier dyppes i eller dusjes med vann. Ved alvorlige fosforforgiftninger og fosforbrannsår må den skadde snarest komme under legebehandling.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.