Perché qualcuno dovrebbe aver bisogno del fosforo rosso? Bene, si scopre che questo materiale combustibile ha molti usi. È un ingrediente primario nei fuochi d'artificio e nei razzi, ed è l'ingrediente principale nelle partite di strike-dovunque e nelle piastre battenti per le partite di sicurezza. Ha anche usi che non sono legati alla sua combustibilità. È un componente importante dei fertilizzanti vegetali ed è uno degli elementi che i produttori di chip usano per drogare il silicio e produrre semiconduttori più efficienti. Controintuitivamente, se miscelato con plastiche e resine, il fosforo rosso può essere utilizzato anche come ritardante di fiamma. È anche uno degli ingredienti che il fittizio insegnante diventato spacciatore Walter White ha usato per produrre metanfetamine.
Puoi effettivamente acquistare fosforo rosso online, anche se è probabile che la tua fonte si trovi in Cina o in qualche altra parte dell'Asia. A causa della sua connessione con la produzione di metanfetamina, la Drug Enforcement Administration degli Stati Uniti regola la vendita di fosforo rosso negli Stati Uniti, insieme a fosforo bianco e ipofosforo acido (H
3PO2). Questi regolamenti influiscono anche sull'importazione, quindi se vivi negli Stati Uniti, l'importazione potrebbe essere illegale, a seconda del tuo scopo. Tuttavia, l'Agenzia europea per le sostanze chimiche stima che ogni anno vengano prodotte da 1.000 a 10.000 tonnellate di fosforo per l'uso nell'industria, quindi ce ne sono moltissime là fuori.Tecnicamente, potresti creare il tuo fosforo rosso. Il processo non è così difficile, anche se implica lasciare riposare un contenitore di urina per una settimana o più, quindi è sgradevole. Se preferisci non lavorare con l'urina, puoi anche raffinare il fosforo dalla cenere ossea o dai minerali ricchi di fosforo. Entrambi i processi producono fosforo bianco, che può essere convertito in fosforo rosso.
La scoperta del fosforo e dei suoi allotropi
Il quindicesimo elemento della tavola periodica, il fosforo (P), fu scoperto casualmente dall'alchimista Hennig Brand nel 1669. Brand stava cercando la pietra filosofale, che era un modo per raffinare l'oro dai metalli di base. Fu il primo a raffinare il fosforo dall'urina e gli diede il nome di fosforo (portatore di luce) perché brillava al buio.
Quello che Brand ha prodotto era in realtà fosforo bianco, che è uno dei tre principali allotropi. In questa forma, il fosforo è così instabile che deve essere tenuto sott'acqua per evitare che prenda fuoco. Fu solo nel 1845 che un chimico austriaco, Anton von Schrötter, scoprì il fosforo rosso, un allotropo più stabile. Ha ottenuto il suo primo campione riscaldando il fosforo bianco a una temperatura di 250 gradi Celsius (482 F). Il terzo allotropo principale è il fosforo nero, che è ancora più stabile del fosforo rosso ma non altrettanto utile.
Tutti e tre gli allotropi del fosforo hanno la stessa composizione chimica: P4. I quattro atomi di fosforo sono disposti in una struttura tetraedrica, ma esistono sottili variazioni nei legami che li tengono insieme. Queste differenze spiegano il punto di ebollizione e di fusione più elevato del P rosso, rispetto al P bianco, e la sua minore reattività.
Raffinazione del fosforo rosso dall'urina
Il processo di Brand per produrre il fosforo bianco richiedeva molto tempo. Riempì un recipiente di urina e la lasciò riposare finché non si fosse putrefatta; poi lo fece bollire in una pasta, che riscaldò ad alta temperatura. Ha raccolto i vapori in acqua dove si sono condensati in fosforo bianco.
Avvertenze
Il fosforo bianco è tossico e deve essere tenuto sott'acqua. Se gli permetti di essere esposto all'aria, si accenderà spontaneamente. Non tentare di produrre fosforo bianco.
La procedura di raffinazione prevede due reazioni. Nel primo, l'idrogenofosfato di sodio e ammonio viene riscaldato per produrre fosfito di sodio, ammoniaca e acqua. Quando riscaldi il fosfito di sodio con carbone di legna, che è essenzialmente carbonio, i prodotti sono pirofosfato di sodio, monossido di carbonio e fosforo bianco.
Nel 1680, il chimico Robert Boyle migliorò il processo di Brand aggiungendo sabbia (biossido di silicio) alla seconda reazione per liberare tutto il fosforo dal pirofosfato di sodio.
Per ottenere il P rosso, è necessario riscaldare il P bianco ottenuto in questo processo e mantenere la temperatura costante per un periodo prolungato. La degradazione da fosforo bianco a rosso può avvenire spontaneamente a temperatura ambiente, ma richiede molto più tempo.
Ottenere il fosforo rosso dalla cenere ossea o dalle rocce
Un altro metodo utilizzato dalla fine del 1700 produce fosforo dalla cenere ossea o dalle rocce. In questo metodo, riduci in cenere le ossa di animali o di pesce, oppure macini rocce ricche di fosforo, come la piromorfite, e tratti la cenere o la polvere con acido solforico. La reazione produce acido fosforico e solfato di calcio. Una forma concentrata dell'acido viene combinata con un certo tipo di carbone di legna sulla fiamma per distillare il fosforo bianco. Il fosforo bianco deve essere riscaldato per produrre fosforo rosso.
Quali alimenti sono ricchi di fosforo?
Il fatto che tu possa ottenere il fosforo dall'urina suggerisce che il corpo umano ha bisogno di una certa quantità di fosforo. Questo è vero, ed è vero anche per gli animali e le piante. Per quanto riguarda gli esseri umani, il fosforo è importante nella formazione delle ossa e dei denti, è necessario al corpo per produce proteine ed è un componente chiave nella formazione di adenosina trifosfato (ATP), che il corpo utilizza per produrre energia. I reni rilasciano fosforo in eccesso nelle urine, motivo per cui l'urina ne è una così buona fonte.
Le principali fonti alimentari di fosforo sono il latte e la carne, in particolare pollo, maiale e frattaglie. Anche i frutti di mare sono ricchi di fosforo. Anche altri alimenti ad alto contenuto proteico, come fagioli, lenticchie e piselli, sono buone fonti. Puoi ottenere piccole quantità di fosforo da pane e cereali integrali, noci, semi e cioccolato. La germinazione di semi e noci aumenta la biodisponibilità del fosforo che contengono. Puoi anche ottenere fosforo mangiando quinoa e amaranto.
Le piante hanno anche bisogno del fosforo per renderle forti e resistenti alle malattie. I fertilizzanti ricchi di fosforo sono spesso realizzati utilizzando la cenere ossea come ingrediente principale. Il guano di pipistrello è anche ricco di fosforo e costituisce un buon fertilizzante.