Fosfor

Portaal Scheikunde
Chemisch element

Rode fosfor
Naam	Fosfor / Phosphorus (Latijn)
Latijn
Symbool	P
Atoomnummer	15
Soort	Niet-metaal
Kleur	Roodbruin
Smeltpunt	44 ^oC
Kookpunt	280 ^oC

Fosfor is een chemisch element, met het symbool P en atoomnummer 12 in het periodiek systeem van de scheikunde.

Voorkomen

In het menselijk lichaam komt ook fosfor voor. In ons lichaam komt fosfor in de botten voor. Vitamine D helpt je lichaam bij de normale opname van de mineralen calcium en fosfor. De prehistorische reuzenherten hadden veel fosfor nodig voor de vorming van hun enorme geweien.

Fosfor bestaat in twee hoofdvormen, witte fosfor en rode fosfor, maar omdat het zeer makkelijk met andere chemische elementen reageert, wordt fosfor nooit als een vrij element op aarde gevonden. Het heeft een concentratie in de aardkorst van ongeveer één gram per kilogram (vergelijk je dit met koper dan is dat ongeveer 0,06 gram per kilogram). In mineralen komt fosfor over het algemeen voor als fosfaat. Witte fosfor straalt een zwakke gloed uit wanneer het wordt blootgesteld aan zuurstof - De term "fosforescentie", wat gloed na verlichting betekent, is afgeleid van deze eigenschap van fosfor. De gloed van fosfor wordt veroorzaakt door oxidatie ("roesten") van de witte (maar niet rode) fosfor - een proces dat nu chem-iluminescentie wordt genoemd.

De naam heeft fosfor te danken aan het Griekse woord phosphoros, dat (net als het Latijnse woord lucifer) te vertalen is met "lichtdrager". Phosphoros was in de Griekse mythologie één van de namen voor de planeet Venus.

Fosfor in erts en mineralen

Fosfor komt in mineralen dus vooral voor als fosfaat.

Apatiet is de naam voor een mineraalgroep; de samenstelling van apatiet kan verschillen. De algemene chemische formule van het chloor- en fluor-houdende calcium-fosfaat is Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH).
Purpuriet is een mangaan-fosfaat met de chemische formule Mn³⁺PO₄.
Fosforiet of fosfaatgesteente is een sedimentair gesteente dat voor minstens 20% uit fosfaten bestaat.
brushiet is een gehydrateerd calcium-fosfaat, met de chemische formule CaHPO₄·2H₂O.
Varisciet is een gehydrateerd aluminium-fosfaat met de chemische formule AlPO₄·2(H₂O).
Turkoois is een gehydrateerd koper-aluminium-fosfaat met de chemische formule CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈·4(H₂O). Het wordt om de blauwe kleur al sinds de oudheid gebruikt in sieraden.

Geschiedenis

Fosfor werd voor het eerst geïsoleerd als witte fosfor in 1669 uit menselijke urine en botaswas, een belangrijke vroege fosfaatbron. De ontdekking wordt toegeschreven aan de Duitse scheikundige Hennig Brand in 1669, hoewel meerdere scheikundigen het element onafhankelijk van elkaar tegelijk ontdekt kunnen hebben.

Voor de vroege scheikundigen was fosfor een curiositeit (iets vreemds). Eind 18de eeuw beseften wetenschappers dat dierlijke botten fosfor bevatten en dat planten het element nodig hebben om goed te groeien. Beide ontdekkingen leidden aan het begin van de 19de eeuw tot de ontwikkeling van de meststoffenindustrie.

De vraag naar meststoffen werd zo groot dat een grootschalig industrieel proces nodig was om voldoende fosfor te kunnen maken. Tot circa 1890 werd fosfor voornamelijk met behulp van zwavelzuur (H₂SO₄) en koolstof uit bot of fosfaathoudend gesteente verkregen. Maar in 1888 ontwikkelde de Britse uitvinder J.B. Readman een methode met een elektrische oven. Elektrische ovens worden tegenwoordig nog steeds gebruikt om fosfor te maken.

Gebruik

Een belangrijke industrie die in de 19de eeuw gebruik maakte van fosfor was de luciferindustrie. Voor deze tijd was er geen goedkope en handige manier om gericht vuur te maken. In 1831 werden de eerste fosforlucifers gemaakt. De kop van een fosforlucifer bestond voornamelijk uit witte fosfor, maar bevatte ook andere stoffen. Als de kop van de lucifer over een oppervlak werd gestreken, ontstond genoeg warmte om de lucifer aan te steken.

In 1845 ontdekte de Oostenrijkse scheikundige Anton von Schrotter rode fosfor, die stabieler is dan witte fosfor. Om deze reden nam rode fosfor in de luciferindustrie snel de plaats in van witte fosfor, wat leidde tot de ontwikkeling van de eerste veiligheidslucifer. Rode fosfor werd niet verwerkt in de luciferkop, maar in een strook waar de kop overheen werd gestreken. De chemische reactie tussen de strook en de stoffen in de luciferkop veroorzaakte de ontbranding van de lucifer. Dit principe wordt nog steeds gebruikt. Lucifers die je overal overheen kunt strijken, worden tegenwoordig ook nog gemaakt maar bevatten een fosforsulfide in plaats van het element zelf.

De overgrote meerderheid van de gedolven fosforverbindingen wordt gebruikt als meststof. Ook de door de mens gemaakte kunstmest bevat fosfor. Wereldwijd wordt er jaarlijks ongeveer 17,8 miljoen ton fosfor gebruikt in kunstmest voor de productie van voedsel voor mensen en dieren. Omdat fosfor steeds minder gevonden wordt (uitgeput raakt), is er inmiddels ook gekeken naar het herwinnen van fosfor en/of fosfaten, bijvoorbeeld uit rioolslib bij waterzuiveringsinstallaties, maar ook uit mest van dieren zoals kippen, varkens en koeien, urine, dierlijke bijproducten zoals beendermeel, enzovoorts. Dat dit heel belangrijk is blijkt wel uit de cijfers waarbij het fosforprobleem groter is dan het energieprobleem!

Fosfor wordt ook gebruikt in vuurwerk.

Biologie

Fosfor is een element dat belangrijk is voor het in stand houden van het leven, grotendeels door fosfaten. Fosfaten zijn een bestanddeel van DNA, RNA, ATP en fosfolipiden, ingewikkelde verbindingen die fundamenteel zijn voor cellen. In planten zijn kleine hoeveelheden fosfor van belang voor de ontwikkeling van wortels, voor de bloei en voor het rijpen van vruchten en zaden. Fosfor komt vooral voor in melk, melkproducten, kaas, vis, vlees, peulvruchten en volkoren producten.

Guano is een natuurlijke afzetting bestaande uit de gedroogde uitwerpselen van dieren, en is bekend om de zeer hoge concentratie meststoffen die erin zit. Guano is rijk aan fosfaten en natriumnitraat (een natriumzout, NaNO₃), en werd daarom in het verleden veel geoogst door de Inca's om als mest te dienen. Het werd zelfs in grote hoeveelheden naar Europa getransporteerd. Tegenwoordig wordt er kunstmest gebruikt.

Lage fosfaatgehalten zijn een belangrijke beperking voor de groei van waterdieren. Fosfaat is nodig om de fosfor te vervangen die planten uit de bodem halen, en de jaarlijkse vraag stijgt bijna twee keer zo snel als de groei van de menselijke bevolking. Andere toepassingen zijn onder meer organofosforverbindingen in wasmiddelen, pesticiden (verdelgingsmiddelen) en zenuwgassen.

Veiligheid

Het werken met giftige witte fosfor in luciferfabrieken bracht de gezondheid van de arbeiders ernstige schade toe. Een van de ergste ziektes was kaakgangreen, waarbij de kaakbotten afgebroken werden. Tegen het eind van de 19de eeuw werd het gebruik van witte fosfor voor lucifers in de meeste landen verboden.

Zowel witte als rode fosfor zijn brandbaar.
Fosforzuur: H₃PO₄ is een goede ontkalker, maar is wel bijtend. Ook pure fosfor is bijtend.
Wit fosfor is zeer giftig en in veel gevallen is de blootstelling hieraan dodelijk.
In (vroegere) wasmiddelen zitten fosfaten. Deze hebben een nadelig effect op het milieu. Teveel fosfaat in de landbouwgronden kan uitspoelen naar het oppervlaktewater. Dit voedselrijke water kan de groei van algen en kroos versnellen, waardoor minder licht de bodem bereikt.