Fosfor elementinin özellikleri, oluşturduğu bileşikler nelerdir? Fosfor kullanımı ile ilgili bilgi.
Fosfor elementi çeşitli ve farklı şekillerde (allotrop) bulunur. Beyaz fosfor çok kolay tutuşur ve zehirlidir, kırmızı fosfor ise zehirli değildir, ancak ısıtıldığı zaman tutuşur. Bu iki allotrop böyle farklı özelliklere sahip olmakla beraber, meydana getirdikleri bileşikler aynıdır. Örneğin havada hem beyaz, hem de kırmızı fosfor yanınca fosfor pentoksit meydana gelir.
Fosfor pentoksidin suyla birleşmesinin oluşan fosforik asit bir seri fosfat tuzlarını meydana getirir. Fosfatlar bitki ve hayvan hücrelerindeki enerji alışverişinde önemli rol oynarlar. Bugün fosfatlar büyük oranda yapay gübre endüstrisinde kullanılır. Kırmızı fosfor (element) da kibrit yapımında harcanır.
Fosfor o kadar aktif bir elementtir ki tabiatta yalnız bileşik halde bulunabilir. Tabiatta bulunan en önemli fosfor filizleri Ca3(PO4)2 fosforit, 3Ca3(PO4)2. CaF2 fluor apatit ve 3Ca3(P04)2. CaCl2 klor apatittir. Kemiğin yakılmasından de edilen kemik külü de, daha az oranda, fosfor elde edilmesinde kullanılır. Kemik külünde %80 kalsiyum fosfat vardır.
Fosfor elementi hakkında detaylı bilgi için tıklayın.
Elde edilmesi:
Modern metotla fosfor eldemek için fosforit, kum (veya kuvars) ve kok ile karışılır. Bu karışım elektrik fırınında 1500°Cye kadar ısıtılır. Fosforitteki kalsiyum fosfattan fosfor elde edilmesi iki basamakta olur. Birici basamakta, kalsiyum fosfat ve silis (kum) arasındaki reaksiyon sonucu fosfor pentoksit buharı ve kalsiyum silikat meydana gelir. Kalsiyum silikat fırının dibinde ergimiş halde toplanır, dışık yapar ve bu arada zaman zaman dışarıya akıtılır.
İkinci basamakta karbon (kok) fosfor pentoksit buhanyle reaksiyona girer, karbon monoksit ve fosfor buharı oluşur. Karbon indirgen olarak etkir, kendisi karbon menokside yükseltgenir. Fosfor buharlarıyle karbon monoksit gazı beraber fırının üstünden alınır ve içindeki tozlardan kurtarılır. Tozdan arınan gazlar bir seri soğutucuya (kondansör) girer. Sıcak su püskürtülerek fosfor buharları yoğunlaştırılır (sıvılaştırılır). Sıvı fosfor su altında toplanır.
Fırının duvarları ateş tuğlasından yapılmış, tabanı da karbonla (grafit) kaplanmıştır. Üstünden aşağı doğru inen üç grafit elektrot arasında kurulan elektrik arkı yardımıyla ısınır. Bu işlemde elektrik akımı ısı kaynağı olarak kullanılmıştır. Eskiden yüksek fırınlarda yapılan aynı cins reaksiyonlar için gerekli ısı bir miktar kömürün havayla yanmasından sağlanırdı.
Bu metotların hepsinde elde edilen ürün fosforun zehirli beyaz allotropudur. Eğer kırmızı fosfor istenirse, beyaz fosfor birkaç gün 270°C de ısıtılır. Bir patlama olmaması için ısıtma büyük bir dikkatle yapılmalıdır. Beyaz fosfor emniyetli olması için, çok sıkı kapanmış dökme demir veya çelik kaplara doldurulur. Kabın içindeki hava tamamen boşaltılır. Dört beş gün sonra kapların sıcaklığı 400°C ye yükseltilir Çünkü bu sıcaklıkta değişmemiş beyaz fosfor damıtılabilir. Soğutulduktan sonra kapta kalan sert ve kırmızı kütle su içine konur ve içinde kalmış beyaz fosfordan arıtmak için sudkostikle (sodyum hidroksit) kaynatılır. Nihayet kırmızı fosfor sıcak suyla yıkanır, süzülür ve vakumda kurutulur. Beyaz fosfor hemen hemen saydam, mum görünüşünde bir katıdır. Çok kolay ve çabuk yanar, suda erimediği için daima su altında saklanır. Bundan başka elin sıcaklığı bu allotropu tutuşturmak için kâfi gelebilir. Bu nedenle daima maşayla tutmalı,fakat asla elle dokunmamalıdır, tehlikelidir. Beyaz fosfor karbon sülfürde erir Eğer bir parça süzgeç kâğıdı (veyo kurutma kâğıdı) bu eriyiğe batırılarak emdirildikten sonra eritkeni (karbon sülfür) uçurulursa, kâğıt üzerinde kalan çok küçük fosfor parçacıkları çek çabuk oksitlenir ve kâğıt kendi kendine alevlenerek yanar. Beyaz fosfor derişik suda kostik (sodyum hidroksit) eriyiğiyle reaksiyona girer, zehirli fosfor gazı oluşur. Buna karşılık kırmızı fosfor beyaz fosfordan çok daha az aktiftir. Kırmızı fosfor havada yanmadan 260°C ye kadar ısıtılabilir. Yandığı zaman verdiği yanma ürünü (fosfor pentoksit), beyaz fosforun yanma ürününün aynıdır. Kırmızı fosfor karbon sülfürde erimez, derişik sodyum hidroksit eriyiğiyle reaksiyon vermez.
Katı halde iken beyaz fosfor atomları üçgen piramitler şeklinde dizilmiştir. Her molekülde dört atom vardır ve her biri piramidin bir köşesinde bulunur. Moleküldeki her atom diğer üçüyle tek bağ yaparak bağlanmıştır. Buna karşılık kırmızı fosforun yapısı daha karışıktır. Her fosfor atomu yine üç komşu atoma tek bağla bağlanmış durumdadır. Fakat atomların küçük bir ünitede gruplanmaları yerine daha büyük bir kütle meydana getirirler. İki allotropun zıt özellikleri yapılarının farklı oluşundan ileri gelir. Fosforun iki önemli oksiti fosfor trioksit yavaş yavaş fosfor pentokside oksitlenir, ve fosfor pentoksittir. Her ikisi de fosforun havada yanmasıyla meydana gelir. Eğer hava az olursa fosfor trioksit, fazla olursa fosfor pentoksit oluşur, Fosfor trioksit 22.5°C de ergiyen kristal yapıda bir katıdır. Eğer havada bırakılırsa Beyaz ve katı bir madde olan fosfor pentoksit havanın nemini çok kolay absorbe eder. Bundan ötürü gazları kurutmada kullanılır.
Meta fosforik asit (HPO3) fosfor pentoksidin havadan nem absorbe etmesiyle oluşur. Eğer aynı oksit su içine konur ve kaynatılırsa orto fosforik asit (H3PO4) ortaya çıkar. Meta fosforik asit meta fosfat tuzlarını, orto fosforik asit ise orto fosfat tuzlarını yaparlar. Fosfor trioksit de suyla reaksiyona girer ve fosforöz asit (H3PC3) meydana getirir. İngiltere’de fosforun %90,ı orto fosforik asit yapılmasında kullanılır. İşlem iki basamakta yapılır. Önce fosfor havada yakılarak fosfor pentoksit elde edilir. Sonra bu suyla reaksiyona sokulur. Elde edilen orto fosforik asidin çoğu fosfatlara çevrilir. Fosfatların başlıca ve en önemli kullanma yeri süperfosfat yapay gübre yapılmasıdır.
Fosfatlar hayvan ve bitki hücreleri için önemlidir, bunlarda enerji depo edilmesi ve salıverilmesi bu bileşiklerin katıldığı reaksiyonlarla olur. Depo edilmiş enerji canlı hücrelerde yürüyen kimyasal reaksiyonlara yardıma hazır olarak bekler. Kalsiyum fosfat kemiklerin ve dişlerin yapısında bulunan önemli bir maddedir. Beyaz fosfor eskiden en çok kibrit yapılmasında kullanılırdı. Fakat beyaz fosforla kibrit yapılması, bu kibritlerin zehirli olmasından ötürü, kanunla yasak edilmiştir. Kibrit yapımında beyaz fosforun yerini kırmızı fosfor almıştır. Kırmızı fosfor kibrit kutularının kenarına sürülür. Kibritler, yakmak için, buraya sürtülür.
Emniyet kibritleri denilen bu kibritlerin başlarında potasyum klorat (oksitleyici), antimon sülfür ve bunları yapıştıran tutkal bulunur. Bunların yanında kibrit çakıldığı zaman meydana gelen kimyasal reaksiyonların hızını ayarlayan maddeler de vardır.
