El fósforo es un elemento químico de número atómico 15 y símbolo P. El nombre proviene del griego φώς [fos] ‘luz’ y φόρος [foros] ‘portador’. Es un no metal multivalente perteneciente al grupo del nitrógeno (Grupo 15 (VA): nitrogenoideos) que se encuentra en la naturaleza combinado en fosfatos inorgánicos y en organismos vivos pero nunca en estado fundamental. Es muy reactivo y se oxida espontáneamente en contacto con el oxígeno atmosférico emitiendo luz.
Es un ciclo sedimentario, su reservorio es la corteza terrestre. El elemento se acopla en rocas fosfatadas y a medida que estas son erosionadas se van liberando compuestos fosfatados hacia el suelo y el agua. Luego son absorbidos por las plantas, a través de las raíces, incorporándose a los componentes vivos del sistema, a medida que pasan por los distintos niveles tróficos. Una vez que los organismos (plantas o animales) mueren, se descomponen y se libera el fósforo contenido en la materia orgánica.
Características principales miniatura|izquierda|Dibujo de la molécula del Fósforo, realizado a base en literatura en cuanto a dónde colocar los átomos. El fósforo es un componente esencial de los organismos del medio ambiente Es el segundo mineral más abundante en el cuerpo humano. Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN). Forma parte de los huesos y dientes de los animales. El fósforo es hasta un 1 % en masa de animales y un 0,2 % en masa de plantas El fósforo común es un sólido. De color blanco, pero puro es incoloro. Un característico olor desagradable. Es un no metal. Emite luz por fosforescencia.
Existen varias formas alotrópicas del fósforo, siendo las más comunes el fósforo blanco y el rojo; ambos forman estructuras tetraédricas de cuatro átomos. El fósforo blanco, extremadamente tóxico e inflamable presenta dos formas, alfa y beta, con una temperatura de transición de −3,8 °C; expuesto a la luz solar o al calor (300 °C) se transforma en fósforo rojo en reacción exotérmica. Este es más estable y menos volátil y tóxico que el blanco y es el que se encuentra normalmente en los laboratorios y con el que se fabrican las cerillas. El fósforo negro presenta una estructura similar al grafito y conduce la electricidad, es más denso que los otros dos estados y no se inflama.Abundance. ptable.com
Alótropos
izquierda|miniatura|Muestra de fósforo blanco. miniatura|izquierda|Muestras de fósforo rojo (izquierda) y violeta (derecha).
El fósforo tiene varios alótropos que presentan propiedades sorprendentemente diversas. Los dos alótropos más comunes son el fósforo blanco y el fósforo rojo.
Desde la perspectiva de las aplicaciones y la literatura química, la forma más importante de fósforo elemental es el fósforo blanco, a menudo abreviado como WP. Es un sólido ceroso blando que consta de moléculas tetraédricas, en las que cada átomo está unido a los otros tres átomos por un enlace sencillo. Esta molécula el tetraedro también está presente en fósforo líquido y gaseoso hasta la temperatura de 800 °C (1470 °F) cuando comienza a descomponerse en . El fósforo blanco existe en dos formas cristalinas: α (alfa) y β (beta). A temperatura ambiente, la forma α es estable. Es más común, tiene una estructura cristalina cúbica y, a 195,2 K (-78,0 °C), se transforma en forma β, que tiene una estructura cristalina hexagonal. Estas formas difieren en términos de las orientaciones relativas del componente tetraédrico .
El fósforo blanco es el menos estable, el más reactivo, el más volátil, el menos denso y el más tóxico de los alótropos. El fósforo blanco se transforma gradualmente en fósforo rojo. Esta transformación se acelera con la luz y el calor, y las muestras de fósforo blanco casi siempre contienen algo de fósforo rojo y, en consecuencia, parecen amarillas. Por esta razón, el fósforo blanco envejecido o impuro (por ejemplo, el de grado de armas, no el de laboratorio) también se llama fósforo amarillo. Cuando se expone al oxígeno, el fósforo blanco brilla en la oscuridad con un tenue matiz verde y azul. Es altamente inflamable y pirofórico (autoinflamable) en contacto con el aire. Debido a su piroforicidad, el fósforo blanco se utiliza como aditivo en el napalm. El olor de la combustión de esta forma tiene un característico olor a ajo, y las muestras suelen estar recubiertas de "pentóxido de fósforo" blanco, que consiste en tetraedros con oxígeno insertado entre los átomos de fósforo y en sus vértices. El fósforo blanco es insoluble en agua pero soluble en disulfuro de carbono.Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford:Butterworth-Heinemann. .
El fósforo rojo tiene una estructura polimérica. Puede verse como un derivado de en el que se rompe un enlace PP y se forma un enlace adicional con el tetraedro vecino dando como resultado una estructura en forma de cadena. El fósforo rojo se puede formar calentando el fósforo blanco a 250 °C (482 °F) o exponiendo el fósforo blanco a la luz solar. El fósforo después de este tratamiento es amorfo. Tras calentarlo más, este material cristaliza. En este sentido, el fósforo rojo no es un alótropo, sino una fase intermedia entre el fósforo blanco y violeta, y la mayoría de sus propiedades tienen un rango de valores. Por ejemplo, el fósforo rojo brillante recién preparado es altamente reactivo y se enciende a aproximadamente 300 °C (572 °F), aunque es más estable que el fósforo blanco, que se enciende a unos 30 °C (86 °F). Después de un calentamiento o almacenamiento prolongado, el color se oscurece (consulte las imágenes del cuadro de información); el producto resultante es más estable y no se enciende espontáneamente en el aire.
El fósforo violeta es una forma de fósforo que se puede producir mediante el recocido de fósforo rojo durante un día por encima de 550 °C. En 1865, Hittorf descubrió que cuando el fósforo se recristalizaba a partir del plomo fundido, se obtenía una forma roja / violeta. Por lo tanto, esta forma a veces se conoce como "fósforo de Hittorf" (o fósforo violeta o α-metálico).
El fósforo negro es el alótropo menos reactivo y la forma termodinámicamente estable por debajo de 550 °C (1022 °F). También se conoce como fósforo β-metálico y tiene una estructura algo parecida a la del grafito. Se obtiene calentando fósforo blanco a altas presiones (alrededor de 12 000 atmósferas estándar o 1,2GPa). También se puede producir en condiciones ambientales utilizando sales metálicas, por ejemplo, mercurio, como catalizadores. En apariencia, propiedades y estructura, se asemeja al grafito, es negro y escamoso, un conductor de electricidad y tiene láminas arrugadas de átomos enlazados.
Otra forma, el fósforo escarlata, se obtiene dejando que una solución de fósforo blanco en disulfuro de carbono se evapore a la luz del sol.
Quimioluminiscencia izquierda|upright=0.9|miniatura|El fósforo blanco expuesto al aire brilla en la oscuridad. Cuando se aisló por primera vez, se observó que el brillo verde que emanaba del fósforo blanco persistía durante un tiempo en un frasco tapado, pero luego cesaba. Robert Boyle en la década de 1680 lo atribuyó al "debilitamiento" del aire. En realidad, se trata del consumo de oxígeno. En el , se sabía que en oxígeno puro, el fósforo no brilla en absoluto; sólo hay un rango de presión parcial en el que sí lo hace. Se puede aplicar calor para impulsar la reacción a presiones más altas.
En 1974, el resplandor fue explicado por R. J. van Zee y A. U. Khan. En la superficie del fósforo sólido (o líquido) se produce una reacción con el oxígeno, formando las moléculas de vida corta HPO y que emiten luz visible. La reacción es lenta y sólo se requiere una cantidad muy pequeña de los productos intermedios para producir la luminiscencia, de ahí el tiempo prolongado que el brillo continúa en un frasco tapado.
Desde su descubrimiento, los términos fósforo y fosforescencia se utilizaron de forma general para describir sustancias que brillan en la oscuridad sin quemarse. Aunque el término fosforescencia deriva del fósforo, la reacción que da al fósforo su brillo se llama propiamente quimioluminiscencia (resplandor debido a una reacción química en frío), no fosforescencia (reemisión de la luz que previamente cayó sobre una sustancia y la excitó).
Isótopos
upright=0.55|miniatura|izquierda|Estructura cristalina de fósforo negro. Hay 23isótopos conocidos, desde al . Solo es estable y, por lo tanto, está presente en una abundancia del 100%. El espín nuclear medio entero y la alta abundancia de 31P hacen que la espectroscopia de RMN de fósforo-31 sea una herramienta analítica muy útil en estudios de muestras que contienen fósforo.
Dos isótopos radiactivos de fósforo tienen vidas medias adecuadas para experimentos científicos biológicos. Estos son: , a beta-emitter (1.71 MeV) con una vida media de 14,3días, que se utiliza de forma habitual en los laboratorios de ciencias biológicas, principalmente para producir sondas de ADN y ARN radiomarcadas, por ejemplo, para su uso en transferencias Northern o Southern. , un emisor beta (0,25MeV) con una vida media de 25,4días. Se utiliza en laboratorios de ciencias de la vida en aplicaciones en las que las emisiones beta de menor energía son ventajosas, como la secuenciación de ADN. Las partículas beta de alta energía de penetran en la piel y en la córnea y cualquier ingerido, inhalado o absorbido se incorpora fácilmente a los huesos y a los ácidos nucleicos. Por estas razones, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de los Estados Unidos y otras instituciones similares de otros países desarrollados exigen que el personal que trabaje con lleve batas de laboratorio, guantes desechables y gafas de seguridad para proteger los ojos, y que evite trabajar directamente sobre contenedores abiertos. También es necesario el control de la contaminación personal, de la ropa y de las superficies. La protección radiológica requiere una consideración especial. La alta energía de las partículas beta da lugar a la emisión secundaria de rayos X a través de Bremsstrahlung (radiación de frenado) en materiales de blindaje densos como el plomo. Por lo tanto, la radiación debe protegerse con materiales de baja densidad como el acrílico u otro plástico, el agua o (cuando no se requiere transparencia), incluso la madera.
Presencia Universo En 2013, los astrónomos detectaron fósforo en Cassiopeia A, lo que confirmó que este elemento se produce en supernovas como subproducto de la nucleosíntesis de supernovas. La relación fósforo-hierro en el material del remanente de supernova podría ser hasta 100veces mayor que en la Vía Láctea en general.
En 2020, los astrónomos analizaron los datos del ALMA y de ROSINA de la masiva formación estelar AFGL5142, para detectar moléculas portadoras de fósforo, y cómo son transportadas en cometas hasta la Tierra primitiva.
Corteza y fuentes orgánicas derecha|miniatura|Minado de fósforo en Nauru.