Fósforo

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Fósforo,  15 P
PhosphComby.jpg
branco ceroso (corte amarelo), vermelho (grânulos no centro à esquerda, pedaço no centro à direita) e fósforo violeta
Fósforo
Pronúncia/ F ɒ s f ər ə s / ( FOS -fər-əs )
Aparênciabranco ceroso, amarelo, vermelho, violeta, preto de aparência metálica
Peso atômico padrão A r, std (P) 30.973 761 998 (5) [1]
Abundância
na  crosta terrestre5,2 (silício = 100)
Fósforo na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
N

P

As
silíciofósforoenxofre
Número atômico ( Z )15
Grupogrupo 15 (pnictogênios)
Períodoperíodo 3
Quadra  bloco p
Configuração de elétrons[ Ne ] 3s 2 3p 3
Elétrons por camada2, 8, 5
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido
Ponto de fusãobranco: 317,3  K (44,15 ° C, 111,5 ° F)
vermelho: ∼860 K (∼590 ° C, ∼1090 ° F) [2]
Ponto de ebuliçãobranco: 553,7 K (280,5 ° C, 536,9 ° F)
Ponto de sublimaçãovermelho: ≈689,2–863 K (≈416–590 ° C, ≈780,8–1094 ° F)
violeta: 893 K (620 ° C, 1148 ° F)
Densidade (próximo à  rt )branco: 1,823 g / cm 3
vermelho: ≈2,2–2,34 g / cm 3
violeta: 2,36 g / cm 3
preto: 2,69 g / cm 3
Calor de fusãobranco: 0,66  kJ / mol
Calor de vaporizaçãobranco: 51,9 kJ / mol
Capacidade de calor molarbranco: 23,824 J / (mol · K)
Pressão de vapor (branco)
P  (Pa) 1 10 100 1 mil 10 k 100 k
em  T  (K) 279 307 342 388 453 549
Pressão de vapor (vermelho, bp 431 ° C)
P  (Pa) 1 10 100 1 mil 10 k 100 k
em  T  (K) 455 489 529 576 635 704
Propriedades atômicas
Estados de oxidação−3 , −2, −1, 0, [3] +1, [4] +2, +3 , +4, +5 (umóxidolevemente ácido )
Eletro-negatividadeEscala de Pauling: 2,19
Energias de ionização
  • 1o: 1011,8 kJ / mol
  • 2: 1907 kJ / mol
  • 3º: 2914,1 kJ / mol
  • ( mais )
Raio covalente107 ±  15h
Raio de Van der Waals180 pm
Linhas de cores em uma faixa espectral
Linhas espectrais de fósforo
Outras propriedades
Ocorrência naturalprimordial
Estrutura de cristalcúbica de corpo centrado (BCC)
Estrutura de cristal cúbica centrada no corpo para fósforo
Condutividade térmicabranco: 0,236 W / (m⋅K)
preto: 12,1 W / (m⋅K)
Ordenação magnéticabranco, vermelho, violeta, preto: diamagnético [5]
Suscetibilidade magnética molar−20,8 × 10 −6  cm 3 / mol (293 K) [6]
Módulo de massabranco: 5 GPa
vermelho: 11 GPa
Número CAS7723-14-0 (vermelho)
12185-10-3 (branco)
História
DescobertaMarca Hennig (1669)
Reconhecido como um elemento porAntoine Lavoisier [7] (1777)
Principais isótopos de fósforo
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
31 P 100% estábulo
32 P vestígio 14,28 d β - 32 S
33 P vestígio 25,3 d β - 33 S
Categoria Categoria: Fósforo
| referências

Fósforo é um elemento químico com o símbolo P e número atômico 15. O fósforo elementar existe em duas formas principais, fósforo branco e fósforo vermelho , mas por ser altamente reativo , o fósforo nunca é encontrado como um elemento livre na Terra. Tem uma concentração na crosta terrestre de cerca de um grama por quilograma (compare o cobre com cerca de 0,06 gramas). Nos minerais, o fósforo geralmente ocorre como fosfato.

O fósforo elementar foi isolado pela primeira vez como fósforo branco em 1669. O fósforo branco emite um brilho fraco quando exposto ao oxigênio - daí o nome, derivado da mitologia grega, Φωσφόρος que significa "portador da luz" ( Lúcifer latino ), referindo-se à " Estrela da Manhã " , o planeta Vênus . O termo " fosforescência ", que significa brilho após a iluminação, deriva dessa propriedade do fósforo, embora a palavra tenha sido usada para um processo físico diferente que produz um brilho. O brilho do fósforo é causado pela oxidação do fósforo branco (mas não vermelho) - um processo agora chamado de quimioluminescência. Juntamente com o nitrogênio, o arsênico, o antimônio e o bismuto, o fósforo é classificado como um pnictogênio .

O fósforo é um elemento essencial para sustentar a vida principalmente por meio dos fosfatos , compostos que contêm o íon fosfato, PO 4 3− . Os fosfatos são componentes do DNA , RNA , ATP e fosfolipídios , compostos complexos fundamentais para as células . O fósforo elementar foi isolado pela primeira vez da urina humana , e as cinzas dos ossosfoi uma importante fonte inicial de fosfato. As minas de fosfato contêm fósseis porque o fosfato está presente nos depósitos fossilizados de restos e excrementos de animais. Os baixos níveis de fosfato são um limite importante para o crescimento em alguns sistemas aquáticos. A grande maioria dos compostos de fósforo extraídos são consumidos como fertilizantes . O fosfato é necessário para substituir o fósforo que as plantas removem do solo, e sua demanda anual está aumentando quase duas vezes mais rápido que o crescimento da população humana. Outras aplicações incluem compostos organofosforados em detergentes , pesticidas e agentes nervosos .

Características

Alótropos

Fósforo branco exposto ao ar brilha no escuro
Estrutura cristalina de fósforo vermelho
Estrutura de cristal de fósforo negro

O fósforo tem vários alótropos que exibem propriedades surpreendentemente diversas. [8] Os dois alótropos mais comuns são fósforo branco e fósforo vermelho. [9]

A estrutura das moléculas P 4 , determinada por difração de elétrons de gás . [10]

Do ponto de vista das aplicações e da literatura química, a forma mais importante de fósforo elementar é o fósforo branco , freqüentemente abreviado como WP. É um sólido ceroso macio que consiste em P tetraédrico
4
moléculas, nas quais cada átomo está ligado aos outros três átomos por uma única ligação. Este P
4
o tetraedro também está presente no fósforo líquido e gasoso até a temperatura de 800 ° C (1.470 ° F) quando começa a se decompor em P
2
moléculas. [11] O fósforo branco existe em duas formas cristalinas: α (alfa) e β (beta). Em temperatura ambiente, a forma α é estável, o que é mais comum e possui estrutura cristalina cúbica e a 195,2 K (−78,0 ° C), transforma-se na forma β, que possui estrutura cristalina hexagonal. Essas formas diferem em termos das orientações relativas dos tetraedros P 4 constituintes . [12] [13]

O fósforo branco é o menos estável, o mais reativo, o mais volátil , o menos denso e o mais tóxico dos alótropos. O fósforo branco muda gradualmente para fósforo vermelho. Essa transformação é acelerada pela luz e pelo calor, e as amostras de fósforo branco quase sempre contêm algum fósforo vermelho e, portanto, parecem amarelas. Por esse motivo, o fósforo branco envelhecido ou impuro (por exemplo, WP para armas, não para laboratório) também é chamado de fósforo amarelo. Quando exposto ao oxigênio, o fósforo branco brilha no escuro com um leve tom de verde e azul. É altamente inflamável e pirofórico (auto-inflamado) em contato com o ar. Devido à sua piroforicidade, o fósforo branco é usado como aditivo emnapalm . O odor de combustão desta forma tem um cheiro característico de alho, e as amostras são comumente revestidas com " pentóxido de fósforo " branco , que consiste em P
4
O
10
tetraedros com oxigênio inserido entre os átomos de fósforo e em seus vértices. O fósforo branco é insolúvel em água, mas solúvel em dissulfeto de carbono. [14]

A decomposição térmica de P 4 em 1100 K dá difósforo , P 2 . Esta espécie não é estável como sólido ou líquido. A unidade dimérica contém uma ligação tripla e é análoga ao N 2 . Ele também pode ser gerado como um intermediário transitório em solução por termólise de reagentes precursores organofosforados. [15] Em temperaturas ainda mais altas, P 2 se dissocia em P. atômico [14]

O fósforo vermelho é de estrutura polimérica. Pode ser visto como um derivado de P 4 , em que uma ligação PP é quebrado, e uma ligação adicional é formado com o tetraedro vizinha resultando numa cadeia como a estrutura. O fósforo vermelho pode ser formado pelo aquecimento do fósforo branco a 250 ° C (482 ° F) ou pela exposição do fósforo branco à luz solar. [16] O fósforo após este tratamento é amorfo . Após aquecimento posterior, este material cristaliza. Nesse sentido, o fósforo vermelho não é um alótropo, mas sim uma fase intermediária entre o fósforo branco e o violeta, e a maioria de suas propriedades possui uma faixa de valores. Por exemplo, recém-preparado, fósforo vermelho brilhante é altamente reativo e inflama a cerca de 300 ° C (572 ° F), [17]embora seja mais estável do que o fósforo branco, que inflama a cerca de 30 ° C (86 ° F). [18] Após aquecimento ou armazenamento prolongado, a cor escurece (veja as imagens da caixa de informações); o produto resultante é mais estável e não acende espontaneamente ao ar. [19]

O fósforo violeta é uma forma de fósforo que pode ser produzida por recozimento de fósforo vermelho durante um dia acima de 550 ° C. Em 1865, Hittorf descobriu que quando o fósforo era recristalizado do chumbo fundido , uma forma vermelha / roxa era obtida. Portanto, essa forma é às vezes conhecida como "fósforo de Hittorf" (ou fósforo violeta ou α-metálico). [20]

O fósforo preto é o alótropo menos reativo e a forma termodinamicamente estável abaixo de 550 ° C (1.022 ° F). É também conhecido como fósforo β-metálico e tem uma estrutura algo semelhante à do grafite . [21] [22] É obtido por aquecimento de fósforo branco sob altas pressões (cerca de 12.000 atmosferas padrão ou 1,2 gigapascais). Ele também pode ser produzido em condições ambientais usando sais de metal, por exemplo, mercúrio, como catalisadores. [23] Em aparência, propriedades e estrutura, ele se assemelha ao grafite , sendo preto e escamoso, um condutor de eletricidade, e tem folhas enrugadas de átomos ligados. [24]

Outra forma, o fósforo escarlate, é obtido permitindo que uma solução de fósforo branco em dissulfeto de carbono evapore à luz do sol . [20]

Propriedades de alguns alótropos do fósforo [8] [20]
Forma branco (α) branco (β) tolet Preto
Simetria Cúbico centrado no corpo Triclínico Monoclínico Ortorrômbico
Símbolo Pearson AP24 mP84 oS8
Grupo espacial I 4 3m P 1 No.2 P2 / c No.13 Cmca No.64
Densidade (g / cm 3 ) 1.828 1,88 2,36 2,69
Lacuna de banda (eV) 2,1 1,5 0,34
Índice de refração 1.8244 2,6 2,4

Quimioluminescência

Quando isolado pela primeira vez, foi observado que o brilho verde que emanava do fósforo branco persistia por um tempo em um frasco tampado, mas então cessava. Robert Boyle na década de 1680 atribuiu isso à "debilitação" do ar. Na verdade, é oxigênio sendo consumido. No século 18, sabia-se que, no oxigênio puro, o fósforo não brilhava de forma alguma; [25] há apenas uma faixa de pressões parciais em que isso ocorre. O calor pode ser aplicado para conduzir a reação em pressões mais altas. [26]

Em 1974, o brilho foi explicado por RJ van Zee e AU Khan. [27] [28] Uma reação com o oxigênio ocorre na superfície do fósforo sólido (ou líquido), formando as moléculas de vida curta HPO e P
2
O
2
que ambos emitem luz visível. A reação é lenta e apenas muito pouco dos intermediários são necessários para produzir a luminescência, portanto, o tempo prolongado em que o brilho continua em um frasco com tampa.

Desde sua descoberta, os fósforos e a fosforescência foram usados ​​vagamente para descrever substâncias que brilham no escuro sem queimar. Embora o termo fosforescência seja derivado do fósforo, a reação que dá ao fósforo seu brilho é apropriadamente chamada de quimiluminescência (brilho devido a uma reação química fria), não fosforescência (reemitindo luz que antes caía sobre uma substância e a excitava). [29]

Isótopos

Existem 23 isótopos de fósforo conhecidos , [30] variando de25
P
para47
P
. [31] Apenas31
P
é estável e, portanto, está presente em abundância de 100%. O spin nuclear semi-inteiro e a alta abundância de 31 P tornam a espectroscopia de fósforo-31 NMR uma ferramenta analítica muito útil em estudos de amostras contendo fósforo.

Dois isótopos radioativos de fósforo têm meia-vida adequada para experimentos científicos biológicos. Estes são:

  • 32
    P
    , umemissor beta (1,71 MeV) com meia-vida de 14,3 dias, que é usado rotineiramente em laboratórios de ciências biológicas, principalmente para produzirDNA radiomarcado e sondas de RNA, por exemplo ,para uso em Northern blots ou Southern blots .
  • 33
    P
    , um emissor beta (0,25 MeV) com meia-vida de 25,4 dias. É usado em laboratórios de ciências biológicas em aplicações nas quais emissões beta de energia mais baixas são vantajosas, como o sequenciamento de DNA .

As partículas beta de alta energia de 32
P
penetra na pele e córneas e qualquer32
O P
ingerido, inalado ou absorvido é prontamente incorporado ao osso e aos ácidos nucléicos . Por essas razões, a Administração de Segurança e Saúde Ocupacional dos Estados Unidos e instituições semelhantes em outros países desenvolvidos exigem pessoal que trabalhe com32
P
usar jaleco, luvas descartáveis ​​e óculos de segurança ou óculos de proteção para proteger os olhos e evitar trabalhar diretamente sobre recipientes abertos. Também é necessário monitorar a contaminação pessoal, de roupas e de superfície. A blindagem requer consideração especial. A alta energia das partículas beta dá origem à emissão secundária de raios-X via Bremsstrahlung (radiação de frenagem) em materiais de blindagem densos, como o chumbo. Portanto, a radiação deve ser protegida com materiais de baixa densidade, como acrílico ou outro plástico, água ou (quando a transparência não é necessária), até mesmo madeira. [32]

Ocorrência

Universo

Em 2013, astrônomos detectaram fósforo em Cassiopeia A , o que confirmou que esse elemento é produzido em supernovas como um subproduto da nucleossíntese de supernovas . A proporção de fósforo para ferro no material do remanescente da supernova pode ser até 100 vezes maior do que na Via Láctea em geral. [33]

Em 2020, astrônomos analisaram dados de ALMA e ROSINA da massiva região de formação estelar AFGL 5142, para detectar moléculas contendo fósforo e como elas são transportadas em cometas para a Terra primitiva. [34] [35]

Crosta e fontes orgânicas

O fósforo tem uma concentração na crosta terrestre de cerca de um grama por quilograma (compare o cobre com cerca de 0,06 gramas). Não é encontrado livre na natureza, mas é amplamente distribuído em muitos minerais , geralmente como fosfatos. [9] A rocha fosfática inorgânica , que é parcialmente feita de apatita (um grupo de minerais sendo, geralmente, fluoreto de tri-ortofosfato pentacálcio (hidróxido)), é hoje a principal fonte comercial deste elemento. De acordo com o US Geological Survey (USGS) , cerca de 50 por cento das reservas globais de fósforo estão nas nações árabes. [36] 85% das reservas conhecidas da Terra estão em Marrocos, com depósitos menores na China ,Rússia , [37] Flórida , Idaho , Tennessee , Utah e em outros lugares. [38] Albright e Wilson no Reino Unido e sua fábrica nas Cataratas do Niágara , por exemplo, usavam rocha fosfática nas décadas de 1890 e 1900 do Tennessee, Flórida, e Îles du Connétable ( ilhas de guano, fontes de fosfato); em 1950, eles estavam usando rocha fosfática principalmente do Tennessee e do Norte da África. [39]

As fontes orgânicas, nomeadamente urina , cinza óssea e (no final do século 19) guano , foram historicamente importantes, mas tiveram apenas um sucesso comercial limitado. [40] Como a urina contém fósforo, ela tem qualidades fertilizantes que ainda são aproveitadas hoje em alguns países, incluindo a Suécia , usando métodos de reutilização de excrementos . Para tanto, a urina pode ser utilizada como fertilizante em sua forma pura ou em parte, sendo misturada com água na forma de esgoto ou lodo de esgoto .

Compostos

Fósforo (V)

A estrutura tetraédrica de P 4 O 10 e P 4 S 10 .

Os compostos de fósforo mais prevalentes são derivados do fosfato (PO 4 3− ), um ânion tetraédrico. [41] Fosfato é a base conjugada do ácido fosfórico, produzida em grande escala para uso em fertilizantes. Sendo triprótico, o ácido fosfórico se converte gradualmente em três 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

O fosfato exibe uma tendência para formar cadeias e anéis contendo ligações POP. Muitos polifosfatos são conhecidos, incluindo ATP . Os polifosfatos surgem por desidratação de fosfatos de hidrogênio, como HPO 4 2− e H 2 PO 4 - . Por exemplo, o trifosfato pentassódico industrialmente importante (também conhecido como tripolifosfato de sódio , STPP) é produzido industrialmente pela megatona por esta reação de condensação :

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

Pentóxido de fósforo (P 4 O 10 ) é o anidrido ácido do ácido fosfórico, mas vários intermediários entre os dois são conhecidos. Este sólido branco ceroso reage vigorosamente com a água.

Com cátions metálicos , o fosfato forma uma variedade de sais. Esses sólidos são poliméricos, apresentando ligações POM. Quando o cátion metálico tem uma carga de 2+ ou 3+, os sais são geralmente insolúveis, portanto existem como minerais comuns. Muitos sais de fosfato são derivados de hidrogenofosfato (HPO 4 2− ).

PCl 5 e PF 5 são compostos comuns. O PF 5 é um gás incolor e as moléculas possuem geometria trigonal bipiramidal . O PCl 5 é um sólido incolor que possui uma formulação iônica de PCl 4 + PCl 6 - , mas adota a geometria trigonal bipiramidal quando fundido ou na fase de vapor. [14] PBr 5 é um sólido instável formulado como PBr 4 + Br - e PI 5 não é conhecido. [14] O pentacloreto e o pentafluoreto são ácidos de Lewis. Com fluoreto, PF 5 formas PF 6 - , um anião que é isoeletrônica com SF 6 . O oxihaleto mais importante é o oxicloreto de fósforo , (POCl 3 ), que é aproximadamente tetraédrico.

Antes que cálculos extensivos de computador fossem viáveis, pensava-se que a ligação em compostos de fósforo (V) envolvia orbitais d . A modelagem por computador da teoria dos orbitais moleculares indica que essa ligação envolve apenas orbitais s e p. [42]

Fósforo (III)

Todos os quatro trihaletos simétricos são bem conhecidos: gasoso PF 3 , os líquidos amarelados PCl 3 e PBr 3 , e o sólido PI 3 . Esses materiais são sensíveis à umidade, hidrolisando para dar ácido fosforoso . O tricloreto, um reagente comum, é produzido por cloração do fósforo branco:

P 4 + 6 Cl 2 → 4 PCl 3

O trifluoreto é produzido a partir do tricloreto por troca de haleto. O PF 3 é tóxico porque se liga à hemoglobina .

O óxido de fósforo (III) , P 4 O 6 (também chamado de hexóxido de tetrafosforo) é o anidrido de P (OH) 3 , o tautômero menor do ácido fosforoso. A estrutura de P 4 O 6 é como a de P 4 O 10 sem os grupos óxidos terminais.

Fósforo (I) e fósforo (II)

Um difosfeno estável , um derivado do fósforo (I).

Esses compostos geralmente apresentam ligações P – P. [14] Os exemplos incluem derivados catenados de fosfina e organofosfinas. Também foram observados compostos contendo ligações duplas P = P, embora sejam raros.

Fosfetos e fosfinas

Os fosfetos surgem pela reação de metais com o fósforo vermelho. Os metais alcalinos (grupo 1) e metais alcalino-terrosos podem formar compostos iônicos contendo o íon fosfeto , P 3− . Esses compostos reagem com a água para formar fosfina . Outros fosfetos , por exemplo Na 3 P 7 , são conhecidos por esses metais reativos. Com os metais de transição, bem como os monofosfetos, há fosfetos ricos em metais, que geralmente são compostos refratários duros com um brilho metálico, e fosforetos ricos em fósforo que são menos estáveis ​​e incluem semicondutores. [14] Schreibersiteé um fosforeto rico em metal de ocorrência natural encontrado em meteoritos. As estruturas dos fosforetos ricos em metal e fósforo podem ser complexas.

A fosfina (PH 3 ) e seus derivados orgânicos (PR 3 ) são análogos estruturais da amônia (NH 3 ), mas os ângulos de ligação no fósforo estão próximos de 90 ° para a fosfina e seus derivados orgânicos. É um composto tóxico e malcheiroso. O fósforo tem um número de oxidação de -3 na fosfina. A fosfina é produzida pela hidrólise do fosfeto de cálcio , Ca 3 P 2 . Ao contrário da amônia, a fosfina é oxidada pelo ar. A fosfina também é muito menos básica do que a amônia. São conhecidas outras fosfinas que contêm cadeias de até nove átomos de fósforo e têm a fórmula P n H n +2 . [14] O gás altamente inflamáveldifosfina (P 2 H 4 ) é um análogo da hidrazina .

Oxoácidos

Os oxoácidos de fósforo são extensos, frequentemente importantes do ponto de vista comercial e, às vezes, estruturalmente complicados. Todos eles têm prótons ácidos ligados a átomos de oxigênio, alguns têm prótons não ácidos que estão ligados diretamente ao fósforo e alguns contêm ligações fósforo - fósforo. [14] Embora muitos oxoácidos de fósforo sejam formados, apenas nove são comercialmente importantes, e três deles, ácido hipofosforoso , ácido fosforoso e ácido fosfórico, são particularmente importantes.

Estado de oxidação Fórmula Nome Prótons ácidos Compostos
+1 HH 2 PO 2 ácido hipofosforoso 1 ácido, sais
+3 H 2 HPO 3 ácido fosforoso 2 ácido, sais
+3 HPO 2 ácido metafósforo 1 sais
+3 H 3 PO 3 ácido (orto) fosforoso 3 ácido, sais
+4 H 4 P 2 O 6 ácido hipofosfórico 4 ácido, sais
+5 (HPO 3 ) n ácidos metafosfóricos n sais ( n  = 3,4,6)
+5 H (HPO 3 ) n OH ácidos polifosfóricos n +2 ácidos, sais ( n  = 1-6)
+5 H 5 P 3 O 10 ácido tripolifosfórico 3 sais
+5 H 4 P 2 O 7 ácido pirofosfórico 4 ácido, sais
+5 H 3 PO 4 ácido (orto) fosfórico 3 ácido, sais

Nitretos

A molécula PN é considerada instável, mas é um produto da decomposição do nitreto de fósforo cristalino a 1100 K. Da mesma forma, H 2 PN é considerado instável e halogênios de nitreto de fósforo como F 2 PN, Cl 2 PN, Br 2 PN e I 2 PN oligomerise em polifosfazenos cíclicos . Por exemplo, os compostos da fórmula (PNCl 2 ) n existem principalmente como anéis, tais como o trímero hexaclorofosfazeno . Os fosfazenos surgem por tratamento de pentacloreto de fósforo com cloreto de amônio:

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

Quando os grupos cloreto são substituídos por alcóxido (RO - ), uma família de polímeros é produzida com propriedades potencialmente úteis. [43]

Sulfetos

O fósforo forma uma ampla gama de sulfetos, onde o fósforo pode estar em P (V), P (III) ou outros estados de oxidação. O P 4 S 3 simétrico triplo é usado em partidas de ataque em qualquer lugar. P 4 S 10 e P 4 O 10 têm estruturas análogas. [44] Oxyhalides e oxyhydrides de fósforo (III) mistos são quase desconhecidos.

Compostos organofosforados

Os compostos com ligações PC e POC são frequentemente classificados como compostos organofosforados. Eles são amplamente utilizados comercialmente. O PCl 3 serve como fonte de P 3+ em rotas para compostos organofosforados (III). Por exemplo, é o precursor da trifenilfosfina :

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

O tratamento de trihaletos de fósforo com álcoois e fenóis dá fosfitos, por exemplo, trifenilfosfito :

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

Reações semelhantes ocorrem para oxicloreto de fósforo , proporcionando trifenilfosfato :

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

História

Etimologia

O nome Fósforo na Grécia Antiga era o nome do planeta Vênus e é derivado das palavras gregas (φῶς = luz, φoachω = transportar), que se traduz aproximadamente como portador de luz ou portador de luz. [16] (Na mitologia e tradição grega , Augerinus (Αυγερινός = estrela da manhã, ainda em uso hoje), Hesperus ou Hesperinus (΄Εσπερος ou Εσπερινός ou Αποσπερίτης = estrela da tarde, ainda em uso hoje) e Eosphorusearus (não em uso para o planeta após o Cristianismo) são homólogos próximos, e também associados com Fósforo-a-estrela da manhã ).

De acordo com o Oxford English Dictionary, a grafia correta do elemento é fósforo . A palavra fósforo é a forma adjetival da valência P 3+ : assim, assim como o enxofre forma compostos sulfurosos e sulfúricos , o fósforo forma compostos de fósforo (por exemplo, ácido fosforoso ) e compostos fosfóricos de valência P 5+ (por exemplo, ácidos fosfóricos e fosfatos ) .

Descoberta

A descoberta do fósforo, o primeiro elemento a ser descoberto que não era conhecido desde os tempos antigos, [45] é creditada ao alquimista alemão Hennig Brand em 1669, embora outros químicos possam ter descoberto o fósforo na mesma época. [46] Brand fez experiências com urina , que contém quantidades consideráveis ​​de fosfatos dissolvidos do metabolismo normal. [16] Trabalhando em Hamburgo , Brand tentou criar a lendária pedra filosofal através da destilação de alguns saispor evaporação da urina, e no processo produziu um material branco que brilhava no escuro e queimava brilhantemente. Foi denominado phosphorus mirabilis ("portador milagroso de luz"). [47]

O processo de Brand originalmente envolvia deixar a urina repousar por dias até que exalasse um cheiro terrível. Em seguida, ferveu-o até formar uma pasta, aqueceu-a a uma temperatura elevada e conduziu os vapores pela água, onde esperava que se condensassem em ouro. Em vez disso, ele obteve uma substância branca e cerosa que brilhava no escuro. Brand havia descoberto o fósforo. Agora sabemos que a marca produziu hidrogenofosfato de sódio e amônio, (NH
4
) NaHPO
4
. Embora as quantidades estivessem essencialmente corretas (foram necessários cerca de 1.100 litros [290 US gal] de urina para fazer cerca de 60 g de fósforo), foi desnecessário permitir que a urina apodrecesse primeiro. Mais tarde, os cientistas descobriram que a urina fresca produzia a mesma quantidade de fósforo. [29]

Brand a princípio tentou manter o método em segredo, [48] mas depois vendeu a receita de 200 táleres para D. Krafft de Dresden, [16] que agora poderia fazer também, e viajou por grande parte da Europa com ele, incluindo a Inglaterra, onde ele se encontrou com Robert Boyle . O segredo de que era feito de urina vazou e primeiro Johann Kunckel (1630-1703) na Suécia (1678) e depois Boyle em Londres (1680) também conseguiu fazer fósforo, possivelmente com a ajuda de seu assistente, Ambrose Godfrey-Hanckwitz , que mais tarde se dedicou à fabricação de fósforo.

Boyle afirma que Krafft não lhe deu nenhuma informação sobre a preparação do fósforo, a não ser que ele era derivado de "algo que pertencia ao corpo do homem". Isso deu a Boyle uma pista valiosa, de modo que ele também conseguiu fazer o fósforo e publicou o método de sua fabricação. [16] Mais tarde, ele melhorou o processo de Brand usando areia na reação (ainda usando urina como material de base),

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

Robert Boyle foi o primeiro a usar fósforo para acender talas de madeira com ponta de enxofre, precursoras de nossos fósforos modernos, em 1680. [49]

O fósforo foi o 13º elemento a ser descoberto. Por causa de sua tendência a entrar em combustão espontânea quando deixado sozinho no ar, às vezes é referido como "o elemento do diabo". [50]

Cinza de osso e guano

Mineração de guano nas ilhas centrais de Chincha , ca. 1860.

Em 1769, Johan Gottlieb Gahn e Carl Wilhelm Scheele mostraram que o fosfato de cálcio ( Ca
3
(PO
4
)
2
) é encontrado nos ossos, e eles obtiveram fósforo elementar da cinza óssea . Antoine Lavoisier reconheceu o fósforo como um elemento em 1777. [51] As cinzas ósseas foram a principal fonte de fósforo até a década de 1840. O método começou torrando ossos, depois empregou o uso de retortas de argila envoltas em uma fornalha de tijolos muito quente para destilar o produto de fósforo elementar altamente tóxico. [52] Alternativamente, os fosfatos precipitados podem ser feitos de ossos triturados que foram desengordurados e tratados com ácidos fortes. Fósforo branco poderia, então, ser feito por aquecimento dos fosfatos precipitados, misturado com carvão ou terra de carvão em uma panela de ferro, e a destilação de vapor de fósforo numaretorta . [53] O monóxido de carbono e outros gases inflamáveis ​​produzidos durante o processo de redução foram queimados em uma chaminé .

Na década de 1840, a produção mundial de fosfato voltou-se para a mineração de depósitos em ilhas tropicais formados a partir de guano de pássaros e morcegos (ver também a Lei das Ilhas Guano ). Estes se tornaram uma importante fonte de fosfatos para fertilizantes na segunda metade do século XIX. [54]

Rocha fosfática

A rocha fosfática, que geralmente contém fosfato de cálcio, foi usada pela primeira vez em 1850 para fazer fósforo, e após a introdução do forno elétrico a arco por James Burgess Readman em 1888 [55] (patenteado em 1889), [56] a produção de fósforo elementar mudou da aquecimento de cinzas ósseas, para produção de arco elétrico a partir de rocha fosfática. Após o esgotamento das fontes mundiais de guano na mesma época, os fosfatos minerais se tornaram a principal fonte de produção de fertilizantes fosfatados. A produção de rocha fosfática aumentou muito após a Segunda Guerra Mundial e continua sendo a principal fonte global de fósforo e produtos químicos de fósforo hoje. Veja o artigo sobre o pico de fósforopara obter mais informações sobre a história e o estado atual da mineração de fosfato. A rocha fosfática continua sendo uma matéria-prima na indústria de fertilizantes, onde é tratada com ácido sulfúrico para produzir vários produtos fertilizantes " superfosfato ".

Incendiários

O fósforo branco foi produzido comercialmente pela primeira vez no século 19 para a indústria de fósforos . Isso usou cinzas de osso como fonte de fosfato, conforme descrito acima. O processo de cinza de osso tornou-se obsoleto quando o forno de arco submerso para a produção de fósforo foi introduzido para reduzir a rocha fosfática. [57] [58] O método do forno elétrico permitiu que a produção aumentasse até o ponto em que o fósforo pudesse ser usado em armas de guerra. [27] [59] Na Primeira Guerra Mundial , foi usado em bombas incendiárias, telas de fumaça e balas traçadoras. [59] Uma bala incendiária especial foi desenvolvida para atirar em Zepelins cheios de hidrogêniosobre a Grã-Bretanha (o hidrogênio é altamente inflamável ). [59] Durante a Segunda Guerra Mundial , coquetéis molotov feitos de fósforo dissolvido em gasolina foram distribuídos na Grã-Bretanha para civis especialmente selecionados dentro da operação de resistência britânica, para defesa; e as bombas incendiárias de fósforo foram usadas na guerra em grande escala. O fósforo em combustão é difícil de extinguir e, se espirrar na pele humana, tem efeitos terríveis. [14]

Os primeiros fósforos usavam fósforo branco em sua composição, o que era perigoso devido à sua toxidade. Assassinatos, suicídios e envenenamentos acidentais resultaram de seu uso. (Um conto apócrifo fala de uma mulher tentando assassinar seu marido com fósforo branco em sua comida, que foi detectado pelo ensopado emitindo vapor luminoso). [27] Além disso, a exposição aos vapores causou aos trabalhadores do fósforo uma severa necrose dos ossos da mandíbula, conhecida como " mandíbula frágil ". Quando foi descoberto um processo seguro para a fabricação de fósforo vermelho, com sua inflamabilidade e toxicidade muito menores, leis foram promulgadas, sob a Convenção de Berna (1906) , exigindo sua adoção como alternativa mais segura para a fabricação de fósforos. [60]A toxicidade do fósforo branco levou à descontinuação de seu uso em jogos. [61] Os aliados usaram bombas incendiárias de fósforo na Segunda Guerra Mundial para destruir Hamburgo, o lugar onde o "portador milagroso de luz" foi descoberto pela primeira vez. [47]

Produção

Mineração de rocha fosfática em Nauru

A maior parte da produção de material contendo fósforo é para fertilizantes agrícolas. Para isso, os minerais fosfatados são convertidos em ácido fosfórico . Ele segue duas rotas químicas distintas, sendo a principal o tratamento de minerais fosfatados com ácido sulfúrico. O outro processo utiliza fósforo branco, que pode ser produzido por reação e destilação a partir de fontes de fosfato de grau muito baixo. O fósforo branco é então oxidado a ácido fosfórico e subsequentemente neutralizado com base para dar sais de fosfato. O ácido fosfórico produzido a partir do fósforo branco é relativamente puro e é a principal via de produção de fosfatos para todos os fins, incluindo a produção de detergentes.

No início dos anos 1990, o negócio de ácido fosfórico úmido purificado de Albright e Wilson estava sendo adversamente afetado pelas vendas de rocha fosfática pela China e a entrada de seus fornecedores marroquinos de longa data no negócio de ácido fosfórico úmido purificado. [62]

Pico de fósforo

Em 2017, o USGS estimou 68 bilhões de toneladas de reservas mundiais, onde os valores das reservas referem-se ao montante assumido recuperável a preços de mercado atuais; 0,261 bilhões de toneladas foram extraídas em 2016. [63] Crítico para a agricultura contemporânea, sua demanda anual está crescendo quase duas vezes mais rápido que o crescimento da população humana. [37]

A produção de fósforo pode já ter atingido o pico (em 2011), levando à possibilidade de escassez global em 2040. [64] Em 2007, ao ritmo de consumo, o fornecimento de fósforo foi estimado em 345 anos. [65] No entanto, alguns cientistas agora acreditam que um " pico de fósforo " ocorrerá em 30 anos e que "nas taxas atuais, as reservas serão esgotadas nos próximos 50 a 100 anos." [66] Cofundador da empresa de investimento e fundação ambiental com sede em Boston, Jeremy Grantham, escreveu na Nature em novembro de 2012 que o consumo do elemento "deve ser drasticamente reduzido nos próximos 20-40 anos ou começaremos a morrer de fome". [37] [67]De acordo com NN Greenwood e A. Earnshaw, autores do livro, Chemistry of the Elements, no entanto, o fósforo compreende cerca de 0,1% em massa da rocha média e, conseqüentemente, o suprimento da Terra é vasto, embora diluído. [14]

Fósforo elementar

Atualmente, cerca de 1.000.000 de toneladas curtas (910.000  t ) de fósforo elementar são produzidas anualmente. O fosfato de cálcio (rocha fosfática), extraído principalmente na Flórida e no Norte da África, pode ser aquecido a 1.200-1.500 ° C com areia, que é principalmente SiO
2
, e coque (carvão refinado) para produzir P vaporizado
4
. O produto é posteriormente condensado em um pó branco sob a água para evitar a oxidação pelo ar. Mesmo debaixo d'água, o fósforo branco é lentamente convertido no alótropo de fósforo vermelho mais estável . A equação química para este processo ao começar com fluoroapatita, um mineral de fosfato comum, é:

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

Os produtos colaterais desse processo incluem ferrofósforo, uma forma bruta de Fe 2 P, resultante de impurezas de ferro nos precursores minerais. A escória de silicato é um material de construção útil. O fluoreto às vezes é recuperado para uso na fluoretação da água . Mais problemático é uma "lama" contendo quantidades significativas de fósforo branco. A produção de fósforo branco é conduzida em grandes instalações, em parte porque consome muita energia. O fósforo branco é transportado na forma fundida. Alguns acidentes graves ocorreram durante o transporte; descarrilamentos de trem em Brownston, Nebraska e Miamisburg, Ohiolevou a grandes incêndios. O pior incidente nos últimos tempos foi uma contaminação ambiental em 1968, quando o mar foi poluído por derramamento e / ou esgoto tratado de forma inadequada de uma planta de fósforo branco em Placentia Bay, Newfoundland . [68]

Outro processo pelo qual o fósforo elementar é extraído inclui calcinação de fosfato tricálcico em altas temperaturas (1500 ° C): [69]

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

Historicamente, antes do desenvolvimento das extrações à base de minerais, o fósforo branco era isolado em escala industrial das cinzas ósseas. [70] Nesse processo, o fosfato tricálcico na cinza óssea é convertido em fosfato monocálcico com ácido sulfúrico :

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

O fosfato monocálcico é então desidratado no metafosfato correspondente:

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

Quando inflamado a um calor branco (~ 1300C) com carvão , o metafosfato de cálcio rende dois terços de seu peso de fósforo branco, enquanto um terço do fósforo permanece no resíduo como ortofosfato de cálcio:

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

Formulários

Fertilizante

O fósforo é um nutriente essencial da planta (o nutriente mais frequentemente limitante, depois do nitrogênio ), [71] e a maior parte de toda a produção de fósforo é em ácidos fosfóricos concentrados para fertilizantes agrícolas , contendo até 70% a 75% de P 2 O 5 . Isso levou a um grande aumento na produção de fosfato (PO 4 3- ) na segunda metade do século XX. [37] A fertilização com fosfato artificial é necessária porque o fósforo é essencial para todos os organismos vivos; está envolvido na transferência de energia, força da raiz e caules, fotossíntese , a expansão das raízes das plantas, formação de sementes e flores e outros fatores importantes que afetam a saúde e a genética geral das plantas. [71]

Os compostos naturais com fósforo são em sua maioria inacessíveis às plantas devido à baixa solubilidade e mobilidade no solo. [72] A maior parte do fósforo é muito estável nos minerais do solo ou na matéria orgânica do solo. Mesmo quando o fósforo é adicionado ao esterco ou fertilizante, ele pode se fixar no solo. Portanto, o ciclo natural do fósforo é muito lento. Parte do fósforo fixo é liberado novamente com o tempo, sustentando o crescimento das plantas selvagens; no entanto, mais é necessário para sustentar o cultivo intensivo das safras. [73] O fertilizante está frequentemente na forma de superfosfato de cal, uma mistura de di-hidrogenofosfato de cálcio (Ca (H 2 PO 4 ) 2 ) e sulfato de cálcio di-hidratado (CaSO 4 · 2H 2O) produziu a reação de ácido sulfúrico e água com fosfato de cálcio.

O processamento de minerais de fosfato com ácido sulfúrico para a obtenção de fertilizantes é tão importante para a economia global que este é o principal mercado industrial para o ácido sulfúrico e o maior uso industrial do enxofre elementar . [74]

Compostos amplamente utilizados Usar
Ca (H 2 PO 4 ) 2 · H 2 O Fermento em pó e fertilizantes
CaHPO 4 · 2H 2 O Aditivo alimentar animal, pó de dente
H 3 PO 4 Fabricação de fertilizantes fosfatados
PCl 3 Fabricação de POCl 3 e pesticidas
POCl 3 Fabricação de plastificante
P 4 S 10 Fabricação de aditivos e pesticidas
Na 5 P 3 O 10 Detergentes

Organofósforo

O fósforo branco é amplamente utilizado para fazer compostos organofosforados por meio de cloretos de fósforo intermediários e dois sulfetos de fósforo , pentassulfeto de fósforo e sesquisulfeto de fósforo . [75] Os compostos organofosforados têm muitas aplicações, incluindo plastificantes , retardadores de chama , pesticidas , agentes de extração, agentes nervosos e tratamento de água . [14] [76]

Aspectos metalúrgicos

O fósforo também é um componente importante na produção de aço , na fabricação de bronze de fósforo e em muitos outros produtos relacionados. [77] [78] O fósforo é adicionado ao cobre metálico durante seu processo de fundição para reagir com o oxigênio presente como uma impureza no cobre e para produzir ligas de cobre contendo fósforo ( CuOFP ) com maior resistência à fragilização por hidrogênio do que o cobre normal. [79]

Fósforos

Combine a superfície impressionante feita de uma mistura de fósforo vermelho, cola e vidro fosco. O pó de vidro é usado para aumentar o atrito.

A primeira correspondência notável com uma cabeça de fósforo foi inventada por Charles Sauria em 1830. Essas correspondências (e modificações subsequentes) foram feitas com cabeças de fósforo branco, um composto liberador de oxigênio ( clorato de potássio , dióxido de chumbo ou, às vezes, nitrato ), e um encadernador. Eles eram venenosos para os trabalhadores na manufatura, [80] sensíveis às condições de armazenamento, tóxicos se ingeridos e perigosos quando acidentalmente inflamados em uma superfície áspera. [81] [82] A produção em vários países foi proibida entre 1872 e 1925. [83] A Convenção Internacional de Berna , ratificada em 1906, proibia o uso de fósforo branco em fósforos.

Em conseqüência, fósforos de fósforo foram gradualmente substituídos por alternativas mais seguras. Por volta de 1900, os químicos franceses Henri Sévène e Emile David Cahen inventaram o moderno fósforo em qualquer lugar, em que o fósforo branco foi substituído por sesquisulfeto de fósforo (P 4 S 3 ), um composto não tóxico e não pirofórico que se inflama sob fricção. Por um tempo, essas lutas de ataque em qualquer lugar mais seguras foram bastante populares, mas no longo prazo foram substituídas pela moderna partida de segurança.

Os fósforos de segurança são muito difíceis de acender em qualquer superfície que não seja uma faixa especial. A tira contém fósforo vermelho não tóxico e clorato de potássio , um composto liberador de oxigênio. Quando golpeado, pequenas quantidades de abrasão da cabeça do fósforo e da tira do atacante são misturadas intimamente para fazer uma pequena quantidade da mistura de Armstrong , uma composição muito sensível ao toque. O pó fino acende imediatamente e fornece a faísca inicial para detonar a cabeça do fósforo. Os fósforos de segurança separam os dois componentes da mistura de ignição até que o fósforo seja riscado. Esta é a principal vantagem de segurança, pois evita a ignição acidental. No entanto, fósforos de segurança, inventados em 1844 por Gustaf Erik Pasche o mercado pronto na década de 1860, não ganhou aceitação do consumidor até a proibição do fósforo branco. Usar uma tira de ataque dedicada era considerado desajeitado. [17] [75] [84]

Amaciamento de água

Tripolifosfato de sódio feito de ácido fosfórico é usado em detergentes para a roupa em alguns países, mas proibido para esse uso em outros. [19] Este composto amacia a água para melhorar o desempenho dos detergentes e para evitar a corrosão do tubo / tubo da caldeira . [85]

Diversos

Papel biológico

Fósforo inorgânico na forma de fosfato PO3−
4
é necessário para todas as formas de vida conhecidas . [89] O fósforo desempenha um papel importante na estrutura estrutural do DNA e do RNA . As células vivas usam fosfato para transportar energia celular com trifosfato de adenosina (ATP), necessário para todo processo celular que usa energia. O ATP também é importante para a fosforilação , um evento regulatório chave nas células. Os fosfolipídios são os principais componentes estruturais de todas as membranas celulares. Os sais de fosfato de cálcio auxiliam no enrijecimento dos ossos . [14] Os bioquímicos comumente usam a abreviatura "Pi" para se referir ao fosfato inorgânico. [90]

Cada célula viva está envolta em uma membrana que a separa de seu entorno. As membranas celulares são compostas por uma matriz fosfolipídica e proteínas, normalmente na forma de uma camada dupla. Os fosfolipídios são derivados do glicerol com dois dos prótons hidroxila (OH) do glicerol substituídos por ácidos graxos como um éster , e o terceiro próton hidroxila foi substituído por fosfato ligado a outro álcool. [91]

Um adulto humano médio contém cerca de 0,7 kg de fósforo, cerca de 85–90% nos ossos e dentes na forma de apatita e o restante nos tecidos moles e fluidos extracelulares (~ 1%). O conteúdo de fósforo aumenta de cerca de 0,5% do peso na infância para 0,65-1,1% do peso nos adultos. A concentração média de fósforo no sangue é de cerca de 0,4 g / L, sendo cerca de 70% de fosfatos orgânicos e 30% inorgânicos. [92] Um adulto com dieta saudável consome e excreta cerca de 1-3 gramas de fósforo por dia, com consumo na forma de fosfato inorgânico e biomoléculas contendo fósforo, como ácidos nucléicos e fosfolipídios; e excreção quase exclusivamente na forma de íons fosfato, como H
2
PO-
4
e HPO2−
4
. Apenas cerca de 0,1% do fosfato corporal circula no sangue, em paralelo com a quantidade de fosfato disponível para as células dos tecidos moles.

Esmalte para ossos e dentes

O principal componente do osso é a hidroxiapatita , bem como as formas amorfas de fosfato de cálcio, possivelmente incluindo carbonato. A hidroxiapatita é o principal componente do esmalte dentário. A fluoretação da água aumenta a resistência dos dentes à cárie pela conversão parcial deste mineral em um material ainda mais duro chamado fluoroapatita: [14]

Ca
5
(PO
4
)
3
OH
+ F-
Ca
5
(PO
4
)
3
F
+ OH-

Deficiência de fósforo

Na medicina, a síndrome de deficiência de fosfato pode ser causada por desnutrição , por falha na absorção de fosfato e por síndromes metabólicas que extraem fosfato do sangue (como na síndrome de realimentação após desnutrição [93] ) ou passagem em excesso para a urina. Todos são caracterizados por hipofosfatemia , que é uma condição de baixos níveis de fosfato solúvel no soro sanguíneo e no interior das células. Os sintomas de hipofosfatemia incluem disfunção neurológica e ruptura de células musculares e sanguíneas devido à falta de ATP. O excesso de fosfato pode causar diarreia e calcificação (endurecimento) de órgãos e tecidos moles e pode interferir na capacidade do corpo de usar ferro, cálcio, magnésio e zinco. [94]

O fósforo é um macromineral essencial para as plantas, que é extensivamente estudado na edafologia para compreender a absorção pelas plantas dos sistemas de solo . O fósforo é um fator limitante em muitos ecossistemas ; ou seja, a escassez de fósforo limita a taxa de crescimento do organismo. Um excesso de fósforo também pode ser problemático, especialmente em sistemas aquáticos onde a eutrofização às vezes leva à proliferação de algas . [37]

Nutrição

Recomendações dietéticas

O Instituto de Medicina dos Estados Unidos (IOM) atualizou os requisitos médios estimados (EARs) e as permissões dietéticas recomendadas (RDAs) para fósforo em 1997. Se não houver informações suficientes para estabelecer EARs e RDAs, uma estimativa designada ingestão adequada (AI) é usada em seu lugar . A EAR atual de fósforo para pessoas com 19 anos ou mais é de 580 mg / dia. A RDA é de 700 mg / dia. Os RDAs são maiores do que os EARs para identificar valores que irão cobrir as pessoas com necessidades acima da média. A RDA para gravidez e lactação também é de 700 mg / dia. Para crianças de 1 a 18 anos, a RDA aumenta com a idade de 460 para 1250 mg / dia. Quanto à segurança, o IOM define níveis de ingestão superiores toleráveis(ULs) para vitaminas e minerais quando as evidências são suficientes. No caso do fósforo, o UL é de 4000 mg / dia. Coletivamente, os EARs, RDAs, AIs e ULs são referidos como Dietary Reference Intakes (DRIs). [95]

A Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos (EFSA) refere-se ao conjunto coletivo de informações como Valores de Referência Alimentares, com Ingestão de Referência da População (PRI) em vez de RDA e Requisito Médio em vez de EAR. AI e UL definidos da mesma forma que nos Estados Unidos. Para pessoas com 15 anos ou mais, incluindo gravidez e lactação , o IA é estabelecido em 550 mg / dia. Para crianças de 4 a 10 anos, o IA é 440 mg / dia, para as idades de 11 a 17 640 mg / dia. Esses AIs são mais baixos do que os RDAs dos EUA. Em ambos os sistemas, os adolescentes precisam de mais do que os adultos. [96] A Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos analisou a mesma questão de segurança e decidiu que não havia informações suficientes para definir um UL. [97]

Para fins de rotulagem de alimentos e suplementos dietéticos nos EUA, a quantidade em uma porção é expressa como uma porcentagem do valor diário (% DV). Para fins de rotulagem de fósforo, 100% do valor diário era de 1000 mg, mas em 27 de maio de 2016 foi revisado para 1250 mg para ficar de acordo com a RDA. [98] [99] A conformidade com os regulamentos de rotulagem atualizados foi exigida em 1º de janeiro de 2020 para fabricantes com US $ 10 milhões ou mais em vendas anuais de alimentos, e em 1º de janeiro de 2021 para fabricantes com menor volume de vendas de alimentos. [100] [101] Uma tabela dos antigos e novos valores diários para adultos é fornecida na Referência Diária Ingestão .

Fontes de alimentos

As principais fontes alimentares de fósforo são as mesmas que contêm proteínas , embora as proteínas não contenham fósforo. Por exemplo, leite, carne e soja normalmente também contêm fósforo. Como regra, se a dieta tiver proteínas e cálcio suficientes, a quantidade de fósforo provavelmente será suficiente. [102]

Precauções

Explosão de fósforo

Os compostos orgânicos de fósforo formam uma ampla classe de materiais; muitos são necessários para a vida, mas alguns são extremamente tóxicos. Os ésteres de fluorofosfato estão entre as neurotoxinas mais potentes conhecidas. Uma ampla gama de compostos organofosforados são usados ​​por sua toxicidade como pesticidas ( herbicidas , inseticidas , fungicidas , etc.) e transformados em armas como agentes nervosos contra humanos inimigos. A maioria dos fosfatos inorgânicos são nutrientes relativamente não tóxicos e essenciais. [14]

O alótropo de fósforo branco apresenta um perigo significativo porque se inflama no ar e produz resíduos de ácido fosfórico. O envenenamento crônico por fósforo branco leva à necrose da mandíbula chamada de " mandíbula fosfosa ". O fósforo branco é tóxico , causando graves danos ao fígado na ingestão e pode causar uma condição conhecida como "Síndrome das Fezes Fumadoras". [103]

No passado, a exposição externa ao fósforo elementar era tratada com a lavagem da área afetada com solução de sulfato de cobre a 2% para formar compostos inofensivos que eram removidos. De acordo com o recente Tratamento da Marinha dos EUA de Vítimas de Agente Químico e Lesões Químicas Militares Convencionais: FM8-285: Parte 2 Lesões Químicas Militares Convencionais , "O sulfato cúprico (cobre (II)) foi usado por militares dos EUA no passado e ainda está sendo usado por algumas nações. No entanto, o sulfato de cobre é tóxico e seu uso será descontinuado. O sulfato de cobre pode produzir toxicidade renal e cerebral, bem como hemólise intravascular. " [104]

O manual sugere, em vez disso, "uma solução de bicarbonato para neutralizar o ácido fosfórico, que permitirá a remoção do fósforo branco visível. As partículas geralmente podem ser localizadas por sua emissão de fumaça quando o ar as atinge, ou por sua fosforescência no escuro. Em ambientes escuros, fragmentos são vistos como pontos luminescentes. prontamente debridar a queimadura se a condição do paciente vai permitir a remoção de pedaços de WP (fósforo branco) que pode ser absorvido mais tarde e, possivelmente, produzir intoxicação sistêmica. NÃO aplique oleosas à base de pomadas até que esteja certo de que todos WP foi removido. Após a remoção completa das partículas, trate as lesões como queimaduras térmicas. " [nota 1] [ citação necessária ]Como o fósforo branco se mistura facilmente com os óleos, quaisquer substâncias oleosas ou pomadas não são recomendadas até que a área seja completamente limpa e todo o fósforo branco removido.

As pessoas podem ser expostas ao fósforo no local de trabalho por inalação, ingestão, contato com a pele e contato com os olhos. A Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA) definiu o limite de exposição ao fósforo ( limite de exposição permitido ) no local de trabalho em 0,1 mg / m 3 durante um dia de trabalho de 8 horas. O Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH) definiu um limite de exposição recomendado (REL) de 0,1 mg / m 3 para um dia de trabalho de 8 horas. Em níveis de 5 mg / m 3 , o fósforo é imediatamente perigoso para a vida e a saúde . [105]

Status da Lista I da DEA dos EUA

O fósforo pode reduzir o iodo elementar a ácido iodídrico , que é um reagente eficaz para reduzir a efedrina ou a pseudoefedrina a metanfetamina . [106] Por esta razão, o fósforo vermelho e branco foram designados pela Administração de Repressão a Drogas dos Estados Unidos como substâncias precursoras da Lista I sob 21 CFR 1310.02, em vigor em 17 de novembro de 2001. [107] Nos Estados Unidos, manipuladores de fósforo vermelho ou branco estão sujeitos a rígidos controles regulatórios. [107] [108] [109]

Veja também

Notas

  1. ^ WP, (fósforo branco), exibe quimioluminescência após a exposição ao ar e se houver qualquer WP na ferida, coberto por tecido ou fluidos como soro sanguíneo, ele não brilhará até que seja exposto ao ar, o que requer um ambiente muito escuro olhos adaptados ao ambiente e ao escuro para ver claramente

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