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Este artículo trata sobre el elemento químico. Para otros usos, consulte Fósforo (desambiguación) .

Fósforo,  15 P
PhosphComby.jpg
blanco ceroso (corte amarillo), rojo (gránulos en el centro a la izquierda, trozo en el centro a la derecha) y fósforo violeta
Fósforo
Pronunciación/ F ɒ s f ər ə s / ( FOS -fər-əs )
Aparienciablanco ceroso, amarillo, rojo, violeta, negro de aspecto metálico
Peso atómico estándar A r, estándar (P) 30.973 761 998 (5) [1]
Abundancia
en la  corteza terrestre5,2 (silicio = 100)
Fósforo en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoPlancharCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatineRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrencioRutherfordioDubniumSeaborgioBohriumHassiumMeitnerioDarmstadtiumRoentgenioCopérnicoNihoniumFlerovioMoscoviumLivermoriumTennessineOganesson
N
↑
P
↓
Como
silicio ← fósforo → azufre
Número atómico ( Z )15
Grupogrupo 15 (pnictógenos)
Períodoperíodo 3
Cuadra  bloque p
Configuración electronica[ Ne ] 3 s 2 3p 3
Electrones por capa2, 8, 5
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido
Punto de fusionblanco: 317,3  K (44,15 ° C, 111,5 ° F)
rojo: ∼860 K (∼590 ° C, ∼1090 ° F) [2]
Punto de ebulliciónblanco: 553,7 K (280,5 ° C, 536,9 ° F)
Punto de sublimaciónrojo: ≈689,2–863 K (≈416–590 ° C, ≈780,8–1094 ° F)
violeta: 893 K (620 ° C, 1148 ° F)
Densidad (cerca de  rt )blanco: 1.823 g / cm 3
rojo: ≈2.2–2.34 g / cm 3
violeta: 2.36 g / cm 3
negro: 2.69 g / cm 3
Calor de fusiónblanco: 0,66  kJ / mol
Calor de vaporizaciónblanco: 51,9 kJ / mol
Capacidad calorífica molarblanco: 23,824 J / (mol · K)
Presión de vapor (blanco)
P  (Pa)1101001 k10 k100 k
en  T  (K)279307342388453549
Presión de vapor (rojo, pe 431 ° C)
P  (Pa)1101001 k10 k100 k
en  T  (K)455489529576635704
Propiedades atómicas
Estados de oxidación−3 , −2, −1, 0, [3] +1, [4] +2, +3 , +4, +5 (unóxidoligeramente ácido )
ElectronegatividadEscala de Pauling: 2,19
Energías de ionización
  • 1 °: 1011,8 kJ / mol
  • 2do: 1907 kJ / mol
  • Tercero: 2914,1 kJ / mol
  • ( más )
Radio covalente107 ± 3  pm
Radio de Van der Waals180 p. M.
Líneas espectrales de fósforo
Otras propiedades
Ocurrencia naturalprimordial
Estructura cristalinacentrada en el cuerpo cúbico (BCC)
Conductividad térmicablanco: 0,236 W / (m · K)
negro: 12,1 W / (m · K)
Orden magnéticoblanco, rojo, violeta, negro: diamagnético [5]
Susceptibilidad magnética−20,8 · 10 −6  cm 3 / mol (293 K) [6]
Módulo de volumenblanco: 5 GPa
rojo: 11 GPa
Número CAS7723-14-0 (rojo)
12185-10-3 (blanco)
Historia
DescubrimientoMarca Hennig (1669)
Reconocido como un elemento porAntoine Lavoisier [7] (1777)
Isótopos principales de fósforo
IsótopoAbundanciaVida media ( t 1/2 )Modo de decaimientoProducto
31 P100%estable
32 Prastro14,28 díasβ -32 S
33 Prastro25,3 díasβ -33 S
Categoría Categoría: Fósforo
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El fósforo es un elemento químico con el símbolo P y número atómico 15. El fósforo elemental existe en dos formas principales, fósforo blanco y fósforo rojo , pero debido a que es altamente reactivo , el fósforo nunca se encuentra como elemento libre en la Tierra. Tiene una concentración en la corteza terrestre de aproximadamente un gramo por kilogramo (compare el cobre con aproximadamente 0.06 gramos). En los minerales, el fósforo generalmente se presenta como fosfato.

El fósforo elemental se aisló por primera vez como fósforo blanco en 1669. El fósforo blanco emite un tenue resplandor cuando se expone al oxígeno ; de ahí el nombre, tomado de la mitología griega, Φωσφόρος que significa "portador de luz" ( Lucifer en latín ), en referencia a la " Estrella de la mañana " , el planeta Venus . El término " fosforescencia ", que significa resplandor después de la iluminación, se deriva de esta propiedad del fósforo, aunque desde entonces la palabra se ha utilizado para un proceso físico diferente que produce un resplandor. El brillo del fósforo es causado por la oxidación del fósforo blanco (pero no rojo), un proceso que ahora se llama quimioluminiscencia.. Junto con el nitrógeno, el arsénico, el antimonio y el bismuto, el fósforo se clasifica como un pictógeno .

El fósforo es esencial para la vida. Los fosfatos (compuestos que contienen el ion fosfato, PO 4 3 - ) son un componente de ADN , ARN , ATP y fosfolípidos . El fósforo elemental se aisló por primera vez de la orina humana y la ceniza de hueso fue una importante fuente temprana de fosfato. Las minas de fosfato contienen fósiles porque el fosfato está presente en los depósitos fosilizados de restos y excrementos de animales. Los niveles bajos de fosfato son un límite importante para el crecimiento en algunos sistemas acuáticos. La gran mayoría de los compuestos de fósforo extraídos se consumen como fertilizantes.. El fosfato es necesario para reemplazar el fósforo que las plantas eliminan del suelo, y su demanda anual está aumentando casi dos veces más rápido que el crecimiento de la población humana. Otras aplicaciones incluyen compuestos organofosforados en detergentes , pesticidas y agentes nerviosos .

Caracteristicas

Alótropos

Artículo principal: Alótropos de fósforo.
El fósforo blanco expuesto al aire brilla en la oscuridad
Estructura cristalina del fósforo rojo
Estructura cristalina de fósforo negro

El fósforo tiene varios alótropos que exhiben propiedades sorprendentemente diversas. [8] Los dos alótropos más comunes son el fósforo blanco y el fósforo rojo. [9]

La estructura de las moléculas de P4, determinada por difracción de electrones de gas . [10]

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 P tetraédrico
4moléculas, en las que cada átomo está unido a los otros tres átomos por un enlace sencillo. Esta P
4El tetraedro también está presente en fósforo líquido y gaseoso hasta la temperatura de 800 ° C (1470 ° F) cuando comienza a descomponerse en P
2moléculas. [11] El fósforo blanco existe en dos formas cristalinas: α (alfa) y β (beta). A temperatura ambiente, la forma α es estable, que es más común y tiene una estructura cristalina cúbica y, a 195,2 K (-78,0 ° C), se transforma en la forma β, que tiene una estructura cristalina hexagonal. Estas formas difieren en términos de las orientaciones relativas del componente tetraedro P 4 . [12] [13]

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 cambia gradualmente a 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, aparecen amarillas. Por esta razón, el fósforo blanco envejecido o impuro (por ejemplo, para armas, no para laboratorio) también se llama fósforo amarillo. Cuando se expone al oxígeno, el fósforo blanco brilla en la oscuridad con un tenue tinte de verde y azul. Es altamente inflamable y pirofórico (autoinflamable) al entrar en contacto con el aire. Debido a su piroforicidad, el fósforo blanco se utiliza como aditivo ennapalm . El olor de la combustión de esta forma tiene un olor característico a ajo, y las muestras comúnmente se recubren con " pentóxido de fósforo " blanco , que consiste en P
4O
10tetraedros 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. [14]

La termólisis de P 4 a 1100 kelvin produce difósforo , P 2 . Esta especie no es estable ni sólida ni líquida. La unidad dimérica contiene un triple enlace y es análoga a N 2 . También se puede generar como un intermedio transitorio en solución mediante termólisis de reactivos precursores de organofósforo. [15] A temperaturas aún más altas, P 2 se disocia en P. atómico [14]

El fósforo rojo tiene una estructura polimérica. Puede verse como un derivado de P 4 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. [16] El fósforo después de este tratamiento es amorfo . Después de un calentamiento adicional, 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), [17]aunque es más estable que el fósforo blanco, que se enciende a unos 30 ° C (86 ° F). [18] 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. [19]

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 / púrpura. Por lo tanto, esta forma a veces se conoce como "fósforo de Hittorf" (o fósforo violeta o α-metálico). [20]

El fósforo negro es el alótropo menos reactivo y la forma termodinámicamente estable por debajo de 550 ° C (1,022 ° F). También se conoce como fósforo β-metálico y tiene una estructura algo parecida a la del grafito . [21] [22] Se obtiene calentando fósforo blanco a altas presiones (alrededor de 12.000 atmósferas estándar o 1,2 gigapascales). También se puede producir en condiciones ambientales utilizando sales metálicas, por ejemplo, mercurio, como catalizadores. [23] En apariencia, propiedades y estructura, se asemeja al grafito , es negro y escamoso, un conductor de electricidad y tiene láminas arrugadas de átomos enlazados. [24]

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 . [20]

Propiedades de algunos alótropos del fósforo [8] [20]
Formularioblanco (α)blanco (β)Violetanegro
SimetríaCúbico centrado en el cuerpoTriclínicoMonoclínicoOrtorrómbico
Símbolo de PearsonAP24mP84oS8
Grupo espacialYo 4 3mP 1 No 2P2 / c No.13Cmca No 64
Densidad (g / cm 3 )1.8281,882,362,69
Band gap (eV)2.11,50,34
Índice de refracción1.82442.62.4

Quimioluminiscencia

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 consume oxígeno. En el siglo XVIII, se sabía que en oxígeno puro, el fósforo no brilla en absoluto; [25] sólo existe un rango de presiones parciales a las que lo hace. Se puede aplicar calor para impulsar la reacción a presiones más altas. [26]

En 1974, el resplandor fue explicado por RJ van Zee y AU Khan. [27] [28] Se produce una reacción con el oxígeno en la superficie del fósforo sólido (o líquido), formando las moléculas de vida corta HPO y P
2O
2que ambos emiten luz visible. La reacción es lenta y solo se requieren muy pocos de los intermedios para producir la luminiscencia, de ahí el tiempo prolongado que el brillo continúa en un frasco tapado.

Desde su descubrimiento, los fósforos y la fosforescencia se utilizaron libremente para describir sustancias que brillan en la oscuridad sin quemarse. Aunque el término fosforescencia se deriva del fósforo, la reacción que le da al fósforo su brillo se llama propiamente quimioluminiscencia (brillo debido a una reacción química fría), no fosforescencia (reemisión de luz que previamente cayó sobre una sustancia y la excitó). [29]

Isótopos

Artículo principal: Isótopos de fósforo

Se conocen 23 isótopos de fósforo, [30] que van desde25
P a47
P . [31] Solo31
El P es estable y, por tanto, está presente en una abundancia del 100%. El espín nuclear medio entero y la alta abundancia de 31 P 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:

  • 32
    P     , un emisor beta (1,71 MeV) con una vida media de 14,3 días, 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 .
  • 33
    P     , un emisor beta (0,25 MeV) con una vida media de 25,4 días. 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 32
P penetra la piel y las córneas y cualquier32
P ingerido, inhalado o absorbido se incorpora fácilmente a los huesos y los ácidos nucleicos . Por estas razones, la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional en los Estados Unidos e instituciones similares en otros países desarrollados requieren personal que trabaje con32
P usar batas de laboratorio, guantes desechables y anteojos de seguridad o antiparras para proteger los ojos y evitar trabajar directamente sobre recipientes abiertos. También se requiere monitorear la contaminación personal, de la ropa y de la superficie. El blindaje requiere una consideración especial. La alta energía de las partículas beta da lugar a una 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 acrílico u otro plástico, agua o (cuando no se requiere transparencia), incluso madera. [32]

Ocurrencia

Ver también: Categoría: Minerales de fosfato

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 proporción de fósforo a hierro en el material del remanente de supernova podría ser hasta 100 veces mayor que en la Vía Láctea en general. [33]

En 2020, los astrónomos analizaron los datos de ALMA y ROSINA de la región de formación de estrellas masivas AFGL 5142, para detectar moléculas que contienen fósforo y cómo se transportan en los cometas a la Tierra primitiva. [34] [35]

Corteza y fuentes orgánicas

El fósforo tiene una concentración en la corteza terrestre de aproximadamente un gramo por kilogramo (compare el cobre con aproximadamente 0.06 gramos). No se encuentra libre en la naturaleza, pero se distribuye ampliamente en muchos minerales , generalmente en forma de fosfatos. [9] La roca de fosfato inorgánica , que está parcialmente hecha de apatita (un grupo de minerales que es, generalmente, fluoruro de triortofosfato de pentacalcio (hidróxido)), es hoy la principal fuente comercial de este elemento. Según el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) , alrededor del 50 por ciento de las reservas mundiales de fósforo se encuentran en las naciones árabes. [36] El 85% de las reservas conocidas de la Tierra se encuentran en Marruecos con depósitos más pequeños en China ,Rusia , [37] Florida , Idaho , Tennessee , Utah y otros lugares. [38] Albright y Wilson en el Reino Unido y su planta de las Cataratas del Niágara , por ejemplo, usaban roca fosfórica en las décadas de 1890 y 1900 de Tennessee, Florida, y las Îles du Connétable ( fuentes de fosfato de la isla de guano ); en 1950, utilizaban roca fosfórica principalmente de Tennessee y el norte de África. [39]

Las fuentes orgánicas, a saber, la orina , las cenizas de huesos y (a fines del siglo XIX) el guano , fueron históricamente de importancia, pero solo tuvieron un éxito comercial limitado. [40] Como la orina contiene fósforo, tiene cualidades fertilizantes que todavía se aprovechan hoy en algunos países, incluida Suecia , utilizando métodos para la reutilización de excretas . Con este fin, la orina se puede utilizar como fertilizante en su forma pura o parte de ser mezclada con agua en forma de aguas residuales o lodos de depuradora .

Compuestos

Ver también: las categorías Minerales de fosfato y Compuestos de fósforo

Fósforo (V)

La estructura tetraédrica de P 4 O 10 y P 4 S 10 .

Los compuestos de fósforo más prevalentes son los derivados del fosfato (PO 4 3− ), un anión tetraédrico. [41] El fosfato es la base conjugada del ácido fosfórico, que se produce a gran escala para su uso en fertilizantes. Al ser triprótico, el ácido fosfórico se convierte paso a paso en tres bases conjugadas:

H 3 PO 4 + H 2 O ⇌ H 3 O + + H 2 PO 4 -       K a1 = 7.25 × 10 −3
H 2 PO 4 - + H 2 O ⇌ H 3 O + + HPO 4 2−       K a2 = 6.31 × 10 −8
HPO 4 2− + H 2 O ⇌ H 3 O + + PO 4 3−        K a3 = 3.98 × 10 −13

El fosfato muestra una tendencia a formar cadenas y anillos que contienen enlaces POP. Se conocen muchos polifosfatos, incluido el ATP . Los polifosfatos surgen por deshidratación de hidrogenofosfatos como HPO 4 2− y H 2 PO 4 - . Por ejemplo, el trifosfato pentasódico de importancia industrial (también conocido como tripolifosfato de sodio , STPP) se produce industrialmente en megatoneladas mediante esta reacción de condensación :

2 Na 2 [(HO) PO 3 ] + Na [(HO) 2 PO 2 ] → Na 5 [O 3 P-OP (O) 2 -O-PO 3 ] + 2 H 2 O

El pentóxido de fósforo (P 4 O 10 ) es el anhídrido ácido del ácido fosfórico, pero se conocen varios intermedios entre los dos. Este sólido blanco ceroso reacciona vigorosamente con el agua.

Con los cationes metálicos , el fosfato forma una variedad de sales. Estos sólidos son poliméricos y presentan enlaces POM. Cuando el catión metálico tiene una carga de 2+ o 3+, las sales son generalmente insolubles, por lo que existen como minerales comunes. Muchas sales de fosfato se derivan del hidrógeno fosfato (HPO 4 2− ).

PCl 5 y PF 5 son compuestos comunes. El PF 5 es un gas incoloro y las moléculas tienen geometría bipiramidal trigonal . El PCl 5 es un sólido incoloro que tiene una formulación iónica de PCl 4 + PCl 6 - , pero adopta la geometría bipiramidal trigonal cuando está fundido o en fase de vapor. [14] El PBr 5 es un sólido inestable formulado como PBr 4 + Br - y se desconoce el PI 5 . [14] El pentacloruro y el pentafluoruro son ácidos de Lewis.. Con fluoruro, PF 5 forma PF 6 - , un anión que es isoelectrónico con SF 6 . El oxihaluro más importante es el oxicloruro de fósforo , (POCl 3 ), que es aproximadamente tetraédrico.

Antes de que fueran factibles los extensos cálculos por computadora, se pensaba que la unión en compuestos de fósforo (V) involucraba orbitales d . El modelado por computadora de la teoría de los orbitales moleculares indica que este enlace involucra solo orbitales s y p. [42]

Fósforo (III)

Los cuatro trihaluros simétricos son bien conocidos: el PF 3 gaseoso , los líquidos amarillentos PCl 3 y PBr 3 , y el PI 3 sólido . Estos materiales son sensibles a la humedad y se hidrolizan para dar ácido fosforoso . El tricloruro, un reactivo común, se produce mediante la cloración del fósforo blanco:

P 4 + 6 Cl 2 → 4 PCl 3

El trifluoruro se produce a partir del tricloruro mediante intercambio de haluro. El PF 3 es tóxico porque se une a la hemoglobina .

El óxido de fósforo (III) , P 4 O 6 (también llamado hexóxido de tetrafosforo) es el anhídrido de P (OH) 3 , el tautómero menor del ácido fosforoso. La estructura del P 4 O 6 es como la del P 4 O 10 sin los grupos óxido terminales.

Fósforo (I) y fósforo (II)

Un difosfeno estable , un derivado del fósforo (I).

Estos compuestos generalmente presentan enlaces P – P. [14] Los ejemplos incluyen derivados catenados de fosfina y organofosfinas. También se han observado compuestos que contienen dobles enlaces P = P, aunque son raros.

Fosfuros y fosfinas

Los fosfuros surgen por reacción de metales con fósforo rojo. Los metales alcalinos (grupo 1) y los metales alcalinotérreos pueden formar compuestos iónicos que contienen el ion fosfuro , P 3− . Estos compuestos reaccionan con el agua para formar fosfina . Otros fosfuros , por ejemplo Na 3 P 7 , son conocidos para estos metales reactivos. Con los metales de transición, así como con los monofosfuros, hay fosfuros ricos en metales, que generalmente son compuestos refractarios duros con un brillo metálico, y fosfuros ricos en fósforo que son menos estables e incluyen semiconductores. [14] Schreibersitees un fosfuro rico en metales de origen natural que se encuentra en los meteoritos. Las estructuras de los fosfuros ricos en metales y fósforo pueden ser complejas.

La fosfina (PH 3 ) y sus derivados orgánicos (PR 3 ) son análogos estructurales del amoníaco (NH 3 ), pero los ángulos de enlace en el fósforo están más cerca de los 90 ° para la fosfina y sus derivados orgánicos. Es un compuesto tóxico que huele mal. El fósforo tiene un número de oxidación de -3 en la fosfina. La fosfina se produce por hidrólisis de fosfuro de calcio , Ca 3 P 2 . A diferencia del amoníaco, la fosfina se oxida con el aire. La fosfina también es mucho menos básica que el amoníaco. Se conocen otras fosfinas que contienen cadenas de hasta nueve átomos de fósforo y tienen la fórmula P n H n + 2 . [14] El gas altamente inflamablela difosfina (P 2 H 4 ) es un análogo de la hidracina .

Oxoácidos

Los oxoácidos de fósforo son extensos, a menudo comercialmente importantes y, a veces, estructuralmente complicados. Todos tienen protones ácidos unidos a átomos de oxígeno, algunos tienen protones no ácidos que están unidos directamente al fósforo y algunos contienen enlaces fósforo-fósforo. [14] Aunque se forman muchos oxoácidos de fósforo, solo nueve son comercialmente importantes, y tres de ellos, ácido hipofosforoso , ácido fosforoso y ácido fosfórico, son particularmente importantes.

Estado de oxidaciónFórmulaNombreProtones ácidosCompuestos
+1HH 2 PO 2ácido hipofosforoso1ácido, sales
+3H 2 HPO 3ácido fosforoso2ácido, sales
+3HPO 2ácido metafosforoso1sales
+3H 3 PO 3ácido (orto) fosforoso3ácido, sales
+4H 4 P 2 O 6ácido hipofosfórico4ácido, sales
+5(HPO 3 ) nácidos metafosfóricosnortesales (n = 3,4,6)
+5H (HPO 3 ) n OHácidos polifosfóricosn + 2ácidos, sales (n = 1-6)
+5H 5 P 3 O 10ácido tripolifosfórico3sales
+5H 4 P 2 O 7ácido pirofosfórico4ácido, sales
+5H 3 PO 4ácido (orto) fosfórico3ácido, sales

Nitruros

La molécula de PN se considera inestable, pero es un producto de la descomposición cristalina del nitruro de fósforo a 1100 K. De manera similar, el H 2 PN se considera inestable y los halógenos de nitruro de fósforo como F 2 PN, Cl 2 PN, Br 2 PN e I 2 PN oligomerizar en polifosfacenos cíclicos . Por ejemplo, los compuestos de fórmula (PNCl 2 ) n existen principalmente como anillos tales como el trímero hexaclorofosfaceno . Los fosfacenos surgen por tratamiento de pentacloruro de fósforo con cloruro de amonio:

PCl 5 + NH 4 Cl → 1 / n (NPCl 2 ) n + 4 HCl

Cuando los grupos cloruro son reemplazados por alcóxido (RO - ), se produce una familia de polímeros con propiedades potencialmente útiles. [43]

Sulfuros

Artículo principal: sulfuro de fósforo

El fósforo forma una amplia gama de sulfuros, donde el fósforo puede estar en P (V), P (III) u otros estados de oxidación. El triple simétrico P 4 S 3 se utiliza en partidos de huelga en cualquier lugar. P 4 S 10 y P 4 O 10 tienen estructuras análogas. [44] Las mezclas de oxihaluros y oxihídridos de fósforo (III) son casi desconocidas.

Compuestos organofosforados

Artículo principal: compuestos organofosforados

Los compuestos con enlaces PC y POC a menudo se clasifican como compuestos organofosforados. Son ampliamente utilizados comercialmente. El PCl 3 sirve como fuente de P 3+ en rutas a compuestos organofosforados (III). Por ejemplo, es el precursor de la trifenilfosfina :

PCl 3 + 6 Na + 3 C 6 H 5 Cl → P (C 6 H 5 ) 3 + 6 NaCl

El tratamiento de trihaluros de fósforo con alcoholes y fenoles da fosfitos, por ejemplo, trifenilfosfito :

PCl 3 + 3 C 6 H 5 OH → P (OC 6 H 5 ) 3 + 3 HCl

Se producen reacciones similares para el oxicloruro de fósforo , que produce trifenilfosfato :

OPCl 3 + 3 C 6 H 5 OH → OP (OC 6 H 5 ) 3 + 3 HCl

Historia

Etimología

El nombre Fósforo en la Antigua Grecia era el nombre del planeta Venus y se deriva de las palabras griegas (φῶς = luz, φέρω = llevar), que se traduce aproximadamente como portador de luz o portador de luz. [16] (En la mitología y tradición griegas, Augerinus (Αυγερινός = estrella de la mañana, todavía en uso hoy), Hesperus o Hesperinus (΄Εσπερος o Εσπερινός o Αποσπερίτης = estrella de la tarde, todavía en uso hoy) y Eosphorus (no ΕωσΕωόρο) en uso para el planeta después del cristianismo) son homólogos cercanos, y también están asociados con Phosphorus-the-morning-star ).

Según el Oxford English Dictionary, la ortografía correcta del elemento es fósforo . La palabra fósforo es la forma adjetiva de la valencia P 3+ : así, así como el azufre forma compuestos sulfurosos y sulfúricos , el fósforo forma compuestos fosforosos (p. Ej., Ácido fosforoso ) y compuestos fosfóricos de valencia P 5+ (p. Ej., Ácidos fosfóricos y fosfatos ) .

Descubrimiento

Robert Boyle

El descubrimiento del fósforo, el primer elemento que se descubrió y que no se conocía desde la antigüedad, [45] se atribuye al alquimista alemán Hennig Brand en 1669, aunque otros químicos podrían haber descubierto el fósforo en la misma época. [46] Brand experimentó con orina , que contiene cantidades considerables de fosfatos disueltos del metabolismo normal. [16] Trabajando en Hamburgo , Brand intentó crear la legendaria piedra filosofal mediante la destilación de algunas sales.evaporando la orina, y en el proceso produjo un material blanco que brillaba en la oscuridad y ardía intensamente. Fue nombrado fósforo mirabilis ("portador milagroso de luz"). [47]

El proceso de Brand originalmente consistía en dejar reposar la orina durante días hasta que desprendeba un olor terrible. Luego lo hirvió hasta convertirlo en una pasta, calentó esta pasta a una temperatura alta y condujo los vapores a través del agua, donde esperaba que se condensaran en oro. En cambio, obtuvo una sustancia blanca y cerosa que brillaba en la oscuridad. Brand había descubierto el fósforo. Ahora sabemos que Brand produjo hidrogenofosfato de sodio y amonio, (NH
4) NaHPO
4. Si bien las cantidades eran esencialmente correctas (se necesitaron aproximadamente 1.100 litros [290 galones estadounidenses] de orina para producir aproximadamente 60 g de fósforo), no fue necesario permitir que la orina se pudriera primero. Más tarde, los científicos descubrieron que la orina fresca producía la misma cantidad de fósforo. [29]

Al principio, Brand trató de mantener el método en secreto, [48] pero luego vendió la receta de 200 táleros a D. Krafft de Dresde, [16] que ahora también podría hacerlo, y realizó una gira por gran parte de Europa con él, incluida Inglaterra. donde se reunió con Robert Boyle . El secreto de que estaba hecho de orina se filtró y primero Johann Kunckel (1630-1703) en Suecia (1678) y luego Boyle en Londres (1680) también logró producir fósforo, posiblemente con la ayuda de su asistente, Ambrose Godfrey-Hanckwitz. , quien luego hizo un negocio de fabricación de fósforo.

Boyle afirma que Krafft no le dio ninguna información sobre la preparación del fósforo, salvo que se derivaba de "algo que pertenecía al cuerpo del hombre". Esto le dio a Boyle una pista valiosa, de modo que él también logró producir fósforo y publicó el método de fabricación. [16] Más tarde, mejoró el proceso de Brand usando arena en la reacción (todavía usando orina como material base),

4 NaPO
3+ 2 SiO
2+ 10 C → 2 Na
2SiO
3+ 10 CO + P
4

Robert Boyle fue el primero en usar fósforo para encender tablillas de madera con punta de azufre, precursoras de nuestras cerillas modernas, en 1680. [49]

El fósforo fue el decimotercer elemento en ser descubierto. Debido a su tendencia a arder espontáneamente cuando se deja solo en el aire, a veces se lo conoce como "el elemento del diablo". [50]

Fresno de hueso y guano

Minería de guano en las islas centrales de Chincha , ca. 1860.

En 1769, Johan Gottlieb Gahn y Carl Wilhelm Scheele demostraron que el fosfato de calcio ( Ca
3(CORREOS
4)
2) se encuentra en los huesos y obtuvieron fósforo elemental de las cenizas de los huesos . Antoine Lavoisier reconoció el fósforo como un elemento en 1777. [51] La ceniza de huesos fue la principal fuente de fósforo hasta la década de 1840. El método comenzó asando huesos, luego empleó el uso de retortas de arcilla encerradas en un horno de ladrillos muy caliente para destilar el producto de fósforo elemental altamente tóxico. [52] Alternativamente, los fosfatos precipitados podrían obtenerse de huesos triturados que hubieran sido desengrasados ​​y tratados con ácidos fuertes. El fósforo blanco podría obtenerse calentando los fosfatos precipitados, mezclados con carbón molido o carbón vegetal en una olla de hierro y destilando el vapor de fósforo enréplica . [53] El monóxido de carbono y otros gases inflamables producidos durante el proceso de reducción se quemaron en una antorcha .

En la década de 1840, la producción mundial de fosfato se centró en la extracción de depósitos de islas tropicales formados a partir de guano de aves y murciélagos (véase también la Ley de las Islas del Guano ). Estos se convirtieron en una fuente importante de fosfatos para fertilizantes en la segunda mitad del siglo XIX. [54]

Roca de fosfato

La roca de fosfato , que generalmente contiene fosfato de calcio, se utilizó por primera vez en 1850 para fabricar fósforo, y tras la introducción del horno de arco eléctrico por James Burgess Readman en 1888 [55] (patentado en 1889), [56] la producción de fósforo elemental cambió del calentamiento de cenizas de huesos, hasta la producción de arco eléctrico a partir de roca fosfórica. Después del agotamiento de las fuentes mundiales de guano casi al mismo tiempo, los fosfatos minerales se convirtieron en la principal fuente de producción de fertilizantes fosfatados. La producción de roca fosfórica aumentó considerablemente después de la Segunda Guerra Mundial y sigue siendo la principal fuente mundial de fósforo y sustancias químicas de fósforo en la actualidad. Consulte el artículo sobre el pico de fósforo.para obtener más información sobre la historia y el estado actual de la minería de fosfato. La roca de fosfato sigue siendo una materia prima en la industria de los fertilizantes, donde se trata con ácido sulfúrico para producir varios productos fertilizantes " superfosfato ".

Incendiarios

El fósforo blanco se fabricó comercialmente por primera vez en el siglo XIX para la industria de los fósforos . Este utilizó ceniza de hueso como fuente de fosfato, como se describió anteriormente. El proceso de ceniza de huesos se volvió obsoleto cuando se introdujo el horno de arco sumergido para la producción de fósforo para reducir la roca fosfórica. [57] [58] El método del horno eléctrico permitió que la producción aumentara hasta el punto en que el fósforo podría usarse en armas de guerra. [27] [59] En la Primera Guerra Mundial , se usó en bombas incendiarias, cortinas de humo y balas trazadoras. [59] Una bala incendiaria especial fue desarrollado para disparar a hidrógeno -filled Zeppelinssobre Gran Bretaña (el hidrógeno es altamente inflamable ). [59] Durante la Segunda Guerra Mundial , se distribuyeron en Gran Bretaña cócteles Molotov hechos de fósforo disuelto en gasolina a civiles especialmente seleccionados dentro de la operación de resistencia británica, para la defensa; y las bombas incendiarias de fósforo se utilizaron en la guerra a gran escala. La quema de fósforo es difícil de extinguir y si salpica sobre la piel humana tiene efectos horribles. [14]

Los primeros fósforos usaban fósforo blanco en su composición, que era peligroso debido a su toxicidad. Asesinatos, suicidios y envenenamientos accidentales resultaron de su uso. (Un cuento apócrifo habla de una mujer que intenta asesinar a su marido con fósforo blanco en su comida, que fue detectado por la emisión de vapor luminoso del guiso). [27] Además, la exposición a los vapores les dio a los trabajadores de fósforos una necrosis severa de los huesos de la mandíbula, conocida como " mandíbula blanda ". Cuando se descubrió un proceso seguro para la fabricación de fósforo rojo, con su inflamabilidad y toxicidad mucho más bajas, se promulgaron leyes, bajo el Convenio de Berna (1906) , requiriendo su adopción como una alternativa más segura para la fabricación de fósforos. [60]La toxicidad del fósforo blanco hizo que se suspendiera su uso en los fósforos. [61] Los aliados utilizaron bombas incendiarias de fósforo en la Segunda Guerra Mundial para destruir Hamburgo, el lugar donde se descubrió por primera vez al "portador milagroso de la luz". [47]

Producción

Extracción de roca fosfórica en Nauru

La mayor parte de la producción de material que contiene fósforo se destina a fertilizantes agrícolas. Para este propósito, los minerales de fosfato se convierten en ácido fosfórico . Sigue dos rutas químicas distintas, la principal es el tratamiento de minerales de fosfato con ácido sulfúrico. El otro proceso utiliza fósforo blanco, que puede producirse por reacción y destilación a partir de fuentes de fosfato de muy baja calidad. A continuación, el fósforo blanco se oxida a ácido fosfórico y posteriormente se neutraliza con una base para dar sales de fosfato. El ácido fosfórico producido a partir del fósforo blanco es relativamente puro y es la ruta principal para la producción de fosfatos para todos los fines, incluida la producción de detergentes.

A principios de la década de 1990, el negocio de ácido fosfórico húmedo purificado de Albright y Wilson se vio afectado negativamente por las ventas de roca fosfórica de China y la entrada de sus antiguos proveedores marroquíes de fosfato en el negocio de ácido fosfórico húmedo purificado. [62]

Fósforo pico

Artículo principal: Pico de fósforo

En 2017, el USGS estimó 68 mil millones de toneladas de reservas mundiales, donde las cifras de reservas se refieren al monto que se supone recuperable a los precios actuales del mercado; En 2016 se extrajeron 0,261 mil millones de toneladas. [63] Crítico para la agricultura contemporánea, su demanda anual está aumentando casi dos veces más rápido que el crecimiento de la población humana. [37]

Es posible que la producción de fósforo ya haya alcanzado su punto máximo (en 2011), lo que da lugar a la posibilidad de una escasez mundial para 2040. [64] En 2007, al ritmo de consumo, se estimó que el suministro de fósforo se agotaría en 345 años. [65] Sin embargo, algunos científicos ahora creen que se producirá un " pico de fósforo " en 30 años y que "al ritmo actual, las reservas se agotarán en los próximos 50 a 100 años". [66] El cofundador de la firma de inversión y fundación ambiental con sede en Boston Jeremy Grantham escribió en Nature en noviembre de 2012 que el consumo del elemento "debe reducirse drásticamente en los próximos 20-40 años o comenzaremos a morir de hambre". [37][67] Sin embargo,según NN Greenwood y A. Earnshaw, autores del libro de texto, Química de los elementos, el fósforo comprende aproximadamente el 0,1% en masa de la roca promedio y, en consecuencia, el suministro de la Tierra es vasto, aunque diluido. [14]

Fósforo elemental

Actualmente, se producen anualmente alrededor de 1.000.000 de toneladas cortas (910.000  t ) de fósforo elemental. El fosfato de calcio (roca de fosfato), que se extrae principalmente en Florida y el norte de África, se puede calentar a 1.200-1.500 ° C con arena, que es principalmente SiO.
2y coque (carbón refinado) para producir P vaporizado
4. Posteriormente, el producto se condensa en un polvo blanco bajo el agua para evitar la oxidación por el aire. Incluso bajo el agua, el fósforo blanco se convierte lentamente en el alótropo de fósforo rojo más estable . La ecuación química para este proceso al comenzar con fluoroapatita, un mineral de fosfato común, es:

4 Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 18 SiO 2 + 30 C → 3 P 4 + 30 CO + 18 CaSiO 3 + 2 CaF 2

Los productos secundarios de este proceso incluyen ferrofósforo, una forma cruda de Fe 2 P, resultante de las impurezas de hierro en los precursores minerales. La escoria de silicato es un material de construcción útil. En ocasiones, el fluoruro se recupera para su uso en la fluoración del agua . Más problemático es un "barro" que contiene cantidades significativas de fósforo blanco. La producción de fósforo blanco se lleva a cabo en grandes instalaciones, en parte porque consume mucha energía. El fósforo blanco se transporta en forma fundida. Han ocurrido algunos accidentes importantes durante el transporte; descarrilamientos de trenes en Brownston, Nebraska y Miamisburg, Ohiocondujo a grandes incendios. El peor incidente en tiempos recientes fue una contaminación ambiental en 1968 cuando el mar fue contaminado por derrames y / o aguas residuales tratadas inadecuadamente de una planta de fósforo blanco en Placentia Bay, Terranova . [68]

Otro proceso mediante el cual se extrae el fósforo elemental incluye la calcinación de fosfato tricálcico a altas temperaturas (1500 ° C): [69]

2 Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6 SiO 2 + 10 C → 6 CaSiO 3 + 10 CO + P 4

Históricamente, antes del desarrollo de las extracciones a base de minerales, el fósforo blanco se aislaba a escala industrial a partir de cenizas de huesos. [70] En este proceso, el fosfato tricálcico de la ceniza de hueso se convierte en fosfato monocálcico con ácido sulfúrico :

Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2 H 2 SO 4 → Ca (H 2 PO 4 ) 2 + 2 CaSO 4

A continuación, el fosfato monocálcico se deshidrata al metafosfato correspondiente:

Ca (H 2 PO 4 ) 2 → Ca (PO 3 ) 2 + 2 H 2 O

Cuando se enciende a fuego blanco (~ 1300 ° C) con carbón vegetal , el metafosfato de calcio produce dos tercios de su peso de fósforo blanco, mientras que un tercio del fósforo permanece en el residuo como ortofosfato de calcio:

3 Ca (PO 3 ) 2 + 10 C → Ca 3 (PO 4 ) 2 + 10 CO + P 4

Aplicaciones

Fertilizante

Artículo principal: Fertilizante

El fósforo es un nutriente vegetal esencial (el nutriente limitante más a menudo, después del nitrógeno ), [71] y la mayor parte de toda la producción de fósforo se encuentra en ácidos fosfóricos concentrados para fertilizantes agrícolas , que contienen entre un 70% y un 75% de P 2 O 5 . Eso condujo a un gran aumento en la producción de fosfato (PO 4 3 - ) en la segunda mitad del siglo XX. [37] La fertilización con fosfato artificial es necesaria porque el fósforo es esencial para todos los organismos vivos; está involucrado en las transferencias de energía, la fuerza de la raíz y los tallos, la fotosíntesis , la expansión de las raíces de las plantas, formación de semillas y flores, y otros factores importantes que afectan la salud y la genética de las plantas en general. [71]

Los compuestos que contienen fósforo natural son en su mayoría inaccesibles para las plantas debido a su baja solubilidad y movilidad en el suelo. [72] La mayor parte del fósforo es muy estable en los minerales del suelo o en la materia orgánica del suelo. Incluso cuando se agrega fósforo al estiércol o al fertilizante, puede fijarse en el suelo. Por tanto, el ciclo natural del fósforo es muy lento. Parte del fósforo fijo se libera nuevamente con el tiempo, lo que mantiene el crecimiento de las plantas silvestres; sin embargo, se necesita más para mantener el cultivo intensivo de cultivos. [73] El fertilizante se encuentra a menudo en forma de superfosfato de cal, una mezcla de dihidrogenofosfato de calcio (Ca (H 2 PO 4 ) 2 ) y sulfato de calcio dihidrato (CaSO 4 · 2H 2O) produjo la reacción de ácido sulfúrico y agua con fosfato de calcio.

El procesamiento de minerales de fosfato con ácido sulfúrico para la obtención de fertilizantes es tan importante para la economía global que este es el principal mercado industrial del ácido sulfúrico y el mayor uso industrial del azufre elemental . [74]

Compuestos ampliamente utilizadosUsar
Ca (H 2 PO 4 ) 2 · H 2 OPolvo de hornear y fertilizantes
CaHPO 4 · 2H 2 OAditivo alimentario animal, polvo de dientes
H 3 PO 4Fabricación de fertilizantes fosfatados
PCl 3Fabricación de POCl 3 y pesticidas
POCl 3Fabricación de plastificante
P 4 S 10Fabricación de aditivos y plaguicidas
Na 5 P 3 O 10Detergentes

Organofosforado

El fósforo blanco se usa ampliamente para fabricar compuestos organofosforados a través de cloruros de fósforo intermedios y dos sulfuros de fósforo , pentasulfuro de fósforo y sesquisulfuro de fósforo . [75] Los compuestos organofosforados tienen muchas aplicaciones, incluso en plastificantes , retardadores de llama , pesticidas , agentes de extracción, agentes nerviosos y tratamiento de agua . [14] [76]

Aspectos metalúrgicos

El fósforo también es un componente importante en la producción de acero , en la fabricación de bronce fosforoso y en muchos otros productos relacionados. [77] [78] El fósforo se agrega al cobre metálico durante su proceso de fundición para reaccionar con el oxígeno presente como una impureza en el cobre y producir aleaciones de cobre que contienen fósforo ( CuOFP ) con una mayor resistencia a la fragilización por hidrógeno que el cobre normal. [79]

Coincidencias

Combina la superficie de golpe hecha de una mezcla de fósforo rojo, cola y vidrio esmerilado. El polvo de vidrio se utiliza para aumentar la fricción.
Artículo principal: Partido

El primer fósforo llamativo con cabeza de fósforo fue inventado por Charles Sauria en 1830. Estos fósforos (y modificaciones posteriores) se hicieron con cabezas de fósforo blanco, un compuesto liberador de oxígeno ( clorato de potasio , dióxido de plomo o, a veces, nitrato ) y un aglutinante. Eran venenosos para los trabajadores en la fabricación, [80] sensibles a las condiciones de almacenamiento, tóxicos si se ingieren y peligrosos cuando se encienden accidentalmente sobre una superficie rugosa. [81] [82] La producción en varios países fue prohibida entre 1872 y 1925. [83] El Convenio internacional de Berna , ratificado en 1906, prohibió el uso de fósforo blanco en fósforos.

En consecuencia, los fósforos "en cualquier lugar" fueron reemplazados gradualmente por "fósforos de seguridad", en los que el fósforo blanco fue reemplazado por sesquisulfuro de fósforo (P 4 S 3 ), azufre o sulfuro de antimonio. Estos fósforos son difíciles de encender en cualquier superficie que no sea una tira especial. La tira contiene fósforo rojo que se calienta al golpear, reacciona con el compuesto liberador de oxígeno en la cabeza y enciende el material inflamable de la cabeza. [17] [75]

Ablandamiento de agua

El tripolifosfato de sodio elaborado a partir de ácido fosfórico se usa en detergentes para ropa en algunos países, pero está prohibido para este uso en otros. [19] Este compuesto ablanda el agua para mejorar el rendimiento de los detergentes y prevenir la corrosión de la tubería / caldera . [84]

Diverso

  • Los fosfatos se utilizan para fabricar vasos especiales para lámparas de sodio . [19]
  • La ceniza de huesos, fosfato de calcio , se utiliza en la producción de porcelana fina. [19]
  • El ácido fosfórico elaborado a partir de fósforo elemental se utiliza en aplicaciones alimentarias como refrescos y como punto de partida para los fosfatos de calidad alimentaria. [75] Estos incluyen fosfato monocálcico para levadura en polvo y tripolifosfato de sodio . [75] Los fosfatos se utilizan para mejorar las características de la carne y el queso elaborados y en la pasta de dientes. [75]
  • El fósforo blanco , llamado "WP" (término del argot "Willie Peter") se usa en aplicaciones militares como bombas incendiarias , para pantallas de humo como ollas de humo y bombas de humo , y en municiones trazadoras . También es parte de una granada de mano estadounidense obsoleta M34 White Phosphorus . Esta granada multipropósito se usó principalmente para señalización, cortinas de humo e inflamación; también podía causar graves quemaduras y tener un impacto psicológico en el enemigo. [85] [86] Los usos militares del fósforo blanco están limitados por el derecho internacional.
  • El 32 P y el 33 P se utilizan como trazadores radiactivos en los laboratorios bioquímicos. [87]

Papel biológico

Ver también: metabolismo del calcio

Fósforo inorgánico en forma de fosfato PO3−
4es necesario para todas las formas de vida conocidas . [88] El fósforo juega un papel importante en el marco estructural del ADN y el ARN . Las células vivas utilizan fosfato para transportar energía celular con trifosfato de adenosina (ATP), necesario para todos los procesos celulares que utilizan energía. El ATP también es importante para la fosforilación , un evento regulador clave en las células. Los fosfolípidos son los principales componentes estructurales de todas las membranas celulares. Las sales de fosfato de calcio ayudan a endurecer los huesos . [14] Los bioquímicos suelen utilizar la abreviatura "Pi" para referirse al fosfato inorgánico. [89]

Cada célula viva está encerrada en una membrana que la separa de su entorno. Las membranas celulares están compuestas por una matriz de fosfolípidos y proteínas, típicamente en forma de bicapa. Los fosfolípidos se derivan del glicerol con dos de los protones de glicerol hidroxilo (OH) reemplazados por ácidos grasos como un éster , y el tercer protón de hidroxilo se ha reemplazado con fosfato unido a otro alcohol. [90]

Un ser humano adulto promedio contiene alrededor de 0,7 kg de fósforo, alrededor de 85 a 90% en huesos y dientes en forma de apatita , y el resto en tejidos blandos y fluidos extracelulares (~ 1%). El contenido de fósforo aumenta de aproximadamente 0,5% en peso en la infancia a 0,65-1,1% en peso en adultos. La concentración promedio de fósforo en la sangre es de aproximadamente 0,4 g / L, aproximadamente el 70% son fosfatos orgánicos y el 30% inorgánicos. [91] Un adulto con una dieta saludable consume y excreta alrededor de 1 a 3 gramos de fósforo por día, con consumo en forma de fosfato inorgánico y biomoléculas que contienen fósforo, como ácidos nucleicos y fosfolípidos; y excreción casi exclusivamente en forma de iones fosfato como H
2correos-
4y HPO2−
4. Solo alrededor del 0,1% del fosfato corporal circula en la sangre, en paralelo con la cantidad de fosfato disponible para las células de tejidos blandos.

Esmalte de huesos y dientes

El componente principal del hueso es la hidroxiapatita , así como las formas amorfas de fosfato cálcico, posiblemente incluido el carbonato. La hidroxiapatita es el componente principal del esmalte dental. La fluoración del agua mejora la resistencia de los dientes a la caries mediante la conversión parcial de este mineral en un material aún más duro llamado fluoroapatita: [14]

California
5(CORREOS
4)
3OH + F-
→ Ca
5(CORREOS
4)
3F + OH-

Deficiencia de fósforo

En medicina, el síndrome de deficiencia de fosfato puede ser causado por desnutrición , por falta de absorción de fosfato y por síndromes metabólicos que extraen fosfato de la sangre (como en el síndrome de realimentación después de desnutrición [92] ) o por pasar demasiado a la orina. Todos se caracterizan por hipofosfatemia , que es una condición de niveles bajos de fosfato soluble en el suero sanguíneo y dentro de las células. Los síntomas de la hipofosfatemia incluyen disfunción neurológica y alteración de los músculos y las células sanguíneas debido a la falta de ATP. Demasiado fosfato puede provocar diarrea y calcificación (endurecimiento) de órganos y tejidos blandos, y puede interferir con la capacidad del cuerpo para utilizar hierro, calcio, magnesio y zinc. [93]

El fósforo es un macromineral esencial para las plantas, que se estudia ampliamente en edafología para comprender la absorción de las plantas en los sistemas del suelo . El fósforo es un factor limitante en muchos ecosistemas ; es decir, la escasez de fósforo limita la tasa de crecimiento del organismo. Un exceso de fósforo también puede ser problemático, especialmente en sistemas acuáticos donde la eutrofización a veces conduce a la proliferación de algas . [37]

Nutrición

Recomendaciones dietéticas

El Instituto de Medicina de EE. UU. (IOM) actualizó los requisitos promedio estimados (EAR) y las asignaciones dietéticas recomendadas (RDA) de fósforo en 1997. Si no hay información suficiente para establecer EAR y RDA, en su lugar se utiliza una estimación designada como ingesta adecuada (IA) . La TAE actual para el fósforo para personas de 19 años en adelante es de 580 mg / día. La dosis diaria recomendada es de 700 mg / día. Las RDA son más altas que las EAR para identificar los montos que cubrirán a las personas con requisitos superiores al promedio. La dosis diaria recomendada para el embarazo y la lactancia también es de 700 mg / día. Para los niños de 1 a 18 años, la dosis diaria recomendada aumenta con la edad de 460 a 1250 mg / día. En cuanto a la seguridad, el IOM establece niveles máximos de ingesta tolerables(UL) para vitaminas y minerales cuando la evidencia sea suficiente. En el caso del fósforo, el UL es de 4000 mg / día. En conjunto, las EAR, RDA, AI y UL se denominan ingestas dietéticas de referencia (DRI). [94]

La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) se refiere al conjunto colectivo de información como Valores de Referencia Dietéticos, con Ingesta de Referencia de Población (PRI) en lugar de RDA, y Requisito Promedio en lugar de EAR. AI y UL definieron lo mismo que en Estados Unidos. Para las personas mayores de 15 años, incluidos el embarazo y la lactancia , la IA se establece en 550 mg / día. Para los niños de 4 a 10 años, el IA es de 440 mg / día, para los de 11 a 17 años, 640 mg / día. Estas IA son más bajas que las RDA de EE. UU. En ambos sistemas, los adolescentes necesitan más que los adultos. [95] La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria examinó la misma cuestión de seguridad y decidió que no había información suficiente para establecer un UL. [96]

Para propósitos de etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos en EE. UU., La cantidad en una porción se expresa como un porcentaje del valor diario (% DV). Para fines de etiquetado de fósforo, el 100% del valor diario fue de 1000 mg, pero a partir del 27 de mayo de 2016 se revisó a 1250 mg para que esté de acuerdo con la RDA. [97] [98] El 1 de enero de 2020 exigía el cumplimiento de las reglamentaciones de etiquetado actualizadas para los fabricantes con ventas anuales de alimentos por valor de 10 millones de dólares EE.UU. [99] [100] Se proporciona una tabla de los valores diarios de adultos nuevos y antiguos en Ingesta diaria de referencia .

Fuentes de comida

Las principales fuentes alimentarias de fósforo son las mismas que las que contienen proteínas , aunque las proteínas no contienen fósforo. Por ejemplo, la leche, la carne y la soja también suelen contener fósforo. Como regla general, si una dieta tiene suficientes proteínas y calcio, la cantidad de fósforo probablemente sea suficiente. [101]

Precauciones

Explosión de fósforo

Los compuestos orgánicos de fósforo forman una amplia clase de materiales; muchos son necesarios de por vida, pero algunos son extremadamente tóxicos. Los ésteres de fluorofosfato se encuentran entre las neurotoxinas más potentes conocidas. Se utiliza una amplia gama de compuestos organofosforados por su toxicidad como pesticidas ( herbicidas , insecticidas , fungicidas , etc.) y se utilizan como agentes nerviosos contra humanos enemigos. La mayoría de los fosfatos inorgánicos son nutrientes esenciales y relativamente no tóxicos. [14]

El alótropo de fósforo blanco presenta un peligro significativo porque se enciende en el aire y produce residuos de ácido fosfórico. La intoxicación crónica por fósforo blanco conduce a la necrosis de la mandíbula denominada " mandíbula blanda ". El fósforo blanco es tóxico , causa daño hepático severo por ingestión y puede causar una condición conocida como "Síndrome de las heces de fumar". [102]

En el pasado, la exposición externa al fósforo elemental se trataba lavando el área afectada con una solución de sulfato de cobre al 2% para formar compuestos inofensivos que luego se eliminan por lavado. Según el reciente Tratamiento de bajas por agentes químicos y lesiones por sustancias químicas militares convencionales de la Marina de los EE. UU .: FM8-285: Parte 2 Lesiones químicas militares convencionales , "el personal de EE. UU. Ha utilizado el sulfato cúprico (cobre (II)) en el pasado y todavía se utilizado por algunas naciones. Sin embargo, el sulfato de cobre es tóxico y se suspenderá su uso. El sulfato de cobre puede producir toxicidad renal y cerebral, así como hemólisis intravascular ". [103]

En cambio, el manual sugiere "una solución de bicarbonato para neutralizar el ácido fosfórico, que luego permitirá la eliminación del fósforo blanco visible. Las partículas a menudo se pueden localizar por su emisión de humo cuando el aire las golpea, o por su fosforescencia en la oscuridad. En entornos oscuros, Los fragmentos se ven como puntos luminiscentes. Desbrida inmediatamente la quemadura si el estado del paciente permite la eliminación de trozos de WP (fósforo blanco) que podrían absorberse más tarde y posiblemente producir una intoxicación sistémica. NO aplique ungüentos a base de aceite hasta que esté seguro de que Se ha eliminado WP. Después de la eliminación completa de las partículas, trate las lesiones como quemaduras térmicas ". [nota 1] [ cita requerida ]Como el fósforo blanco se mezcla fácilmente con los aceites, no se recomienda ninguna sustancia aceitosa o ungüento hasta que el área esté completamente limpia y se haya eliminado todo el fósforo blanco.

Las personas pueden estar expuestas al fósforo en el lugar de trabajo por inhalación, ingestión, contacto con la piel y con los ojos. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite de exposición al fósforo (límite de exposición permisible ) en el lugar de trabajo en 0,1 mg / m 3 durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 0,1 mg / m 3 durante una jornada laboral de 8 horas. A niveles de 5 mg / m 3 , el fósforo es un peligro inmediato para la vida y la salud . [104]

Estado de la Lista I de la DEA de EE. UU.

El fósforo puede reducir el yodo elemental a ácido yodhídrico , que es un reactivo eficaz para reducir la efedrina o la pseudoefedrina a metanfetamina . [105] Por esta razón, el fósforo rojo y blanco fueron designados por la Administración de Control de Drogas de los Estados Unidos como sustancias químicas precursoras de la Lista I de conformidad con 21 CFR 1310.02 a partir del 17 de noviembre de 2001. [106] En los Estados Unidos, los manipuladores de fósforo rojo o blanco están sujetos a estrictos controles regulatorios. [106] [107] [108]

Ver también

  • Ciclo del fósforo

Notas

  1. ^ WP, (fósforo blanco), exhibe quimioluminiscencia al exponerse al aire y si hay cualquier WP en la herida, cubierto por tejido o fluidos como suero sanguíneo, no brillará hasta que se exponga al aire, lo que requiere un tratamiento muy oscuro. habitación y ojos adaptados a la oscuridad para ver con claridad

Referencias

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