Dlaczego ktoś miałby potrzebować czerwonego fosforu? Okazuje się, że ten palny materiał ma wiele zastosowań. Jest to główny składnik fajerwerków i rac, a także główny składnik meczów strajkowych w dowolnym miejscu i uderzających tabliczek do meczów bezpieczeństwa. Ma również zastosowania niezwiązane z jego palnością. Jest to ważny składnik nawozów roślinnych i jeden z elementów stosowanych przez producentów chipów do domieszkowania krzemu w celu wytwarzania bardziej wydajnych półprzewodników. Wbrew intuicji, po zmieszaniu z tworzywami sztucznymi i żywicami, czerwony fosfor może być również stosowany jako środek zmniejszający palność. Jest to również jeden ze składników, których fikcyjny nauczyciel, który stał się dilerem narkotyków, Walter White, używał do produkcji metamfetaminy.
W rzeczywistości możesz kupić czerwony fosfor przez Internet, chociaż Twoje źródło prawdopodobnie znajduje się w Chinach lub innej części Azji. Ze względu na związek z produkcją metamfetaminy, Amerykańska Agencja ds. Walki z Narkotykami reguluje: sprzedaż fosforu czerwonego w Stanach Zjednoczonych wraz z fosforem białym i podfosforawem kwas (H
3PO2). Przepisy te mają również wpływ na import, więc jeśli mieszkasz w Stanach Zjednoczonych, import może być nielegalny, w zależności od celu. Jednak Europejska Agencja Chemikaliów szacuje, że każdego roku produkuje się od 1000 do 10 000 ton fosforu do użytku w przemyśle, więc jest go dużo do zdobycia.Technicznie rzecz biorąc, możesz stworzyć swój własny czerwony fosfor. Proces nie jest taki trudny, chociaż polega na odstawieniu pojemnika z moczem na tydzień lub dłużej, więc jest niesmaczny. Jeśli wolisz nie pracować z moczem, możesz również rafinować fosfor z popiołu kostnego lub minerałów bogatych w fosfor. Oba procesy dają fosfor biały, który można przekształcić w fosfor czerwony.
Odkrycie fosforu i jego alotropów
Piętnasty pierwiastek w układzie okresowym, fosfor (P), został przypadkowo odkryty przez alchemika Henniga Branda w 1669 roku. Brand poszukiwał kamienia filozoficznego, który był sposobem na rafinację złota z metali nieszlachetnych. Jako pierwszy oczyścił fosfor z moczu i nadał mu nazwę fosfor (nośnik światła), ponieważ świecił w ciemności.
To, co wyprodukowała marka, to właściwie biały fosfor, który jest jednym z trzech głównych alotropów. W tej postaci fosfor jest tak niestabilny, że musi być trzymany pod wodą, aby nie stanął w płomieniach. Dopiero w 1845 roku austriacki chemik Anton von Schrötter odkrył czerwony fosfor, bardziej stabilny alotrop. Pierwszą próbkę uzyskał przez podgrzanie białego fosforu do temperatury 250 stopni Celsjusza (482 F). Trzecim głównym alotropem jest fosfor czarny, który jest nawet bardziej stabilny niż fosfor czerwony, ale nie jest tak użyteczny.
Wszystkie trzy alotropy fosforu mają ten sam skład chemiczny: P4. Cztery atomy fosforu są ułożone w strukturę czworościenną, ale istnieją subtelne różnice w łączących je wiązaniach. Różnice te odpowiadają za wyższą temperaturę wrzenia i topnienia czerwonego P w porównaniu z białym P oraz jego niższą reaktywność.
Oczyszczanie czerwonego fosforu z moczu
Proces Branda wytwarzania białego fosforu był czasochłonny. Napełnił pojemnik moczem i odstawił, aż zgnije; następnie zagotował go na pastę, którą podgrzał do wysokiej temperatury. Zebrał opary w wodzie, gdzie skondensowały się w biały fosfor.
Ostrzeżenia
Fosfor biały jest toksyczny i musi być trzymany pod wodą. Jeśli pozwolisz mu wystawić go na działanie powietrza, samorzutnie się zapali. Nie próbuj wytwarzać białego fosforu.
Procedura rafinacji obejmuje dwie reakcje. W pierwszym wodorofosforan amonowo-sodowy jest podgrzewany w celu wytworzenia fosforynu sodu, amoniaku i wody. Podczas ogrzewania fosforynu sodu z węglem drzewnym, który jest zasadniczo węglem, produktami są pirofosforan sodu, tlenek węgla i biały fosfor.
W 1680 r. chemik Robert Boyle udoskonalił proces Branda, dodając piasek (dwutlenek krzemu) do drugiej reakcji, aby uwolnić cały fosfor z pirofosforanu sodu.
Aby uzyskać czerwony P, należy podgrzać biały P otrzymany w tym procesie i utrzymywać stałą temperaturę przez dłuższy czas. Degradacja z fosforu białego do czerwonego może nastąpić samoistnie w temperaturze pokojowej, ale trwa znacznie dłużej.
Pozyskiwanie czerwonego fosforu z popiołu kostnego lub skał
Inna metoda stosowana od końca XVIII wieku produkuje fosfor z popiołu kostnego lub skał. W tej metodzie redukujesz kości zwierząt lub ryb do popiołu lub rozdrabniasz skały bogate w fosfor, takie jak piromorfit, i traktujesz popiół lub proszek kwasem siarkowym. W wyniku reakcji powstaje kwas fosforowy i siarczan wapnia. Stężona forma kwasu jest łączona z pewnym rodzajem węgla drzewnego nad płomieniem w celu destylacji białego fosforu. Fosfor biały musi zostać podgrzany, aby powstał fosfor czerwony.
Jakie pokarmy są bogate w fosfor?
Fakt, że fosfor można pozyskać z moczu sugeruje, że organizm człowieka potrzebuje określonej ilości fosforu. To prawda, dotyczy to również zwierząt i roślin. Jeśli chodzi o ludzi, fosfor jest ważny w tworzeniu kości i zębów, jest potrzebny organizmowi do wytwarzają białka i jest kluczowym składnikiem w tworzeniu adenozynotrójfosforanu (ATP), który organizm wykorzystuje jako energię. Nerki uwalniają nadmiar fosforu do moczu, dlatego mocz jest tak dobrym jego źródłem.
Głównymi źródłami fosforu w pożywieniu są mleko i mięso – w szczególności kurczak, wieprzowina i podroby. Owoce morza są również bogate w fosfor. Inne produkty wysokobiałkowe, takie jak fasola, soczewica i groszek, są również dobrym źródłem. Niewielkie ilości fosforu można uzyskać z chleba pełnoziarnistego i płatków zbożowych, orzechów, nasion i czekolady. Kiełkowanie nasion i orzechów zwiększa biodostępność zawartego w nich fosforu. Możesz również uzyskać fosfor, jedząc komosę ryżową i amarantus.
Rośliny potrzebują również fosforu, aby były mocne i odporne na choroby. Nawozy bogate w fosfor są często wytwarzane z popiołu kostnego jako podstawowego składnika. Guano nietoperzy jest również bogate w fosfor i stanowi dobry nawóz.