Compuestos del fósforo
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Los Compuestos del fósforo forman la base de gran número de sustancias, dentro de más importantes son los fosfatos. En todas las formas de vida, los fosfatos desempeñan un papel esencial en los procesos de transferencia de energía, como el metabolismo, la fotosíntesis, la función nerviosa y la acción muscular. Los ácidos nucleicos, que entre otras cosas forman el material hereditario (los cromosomas), son fosfatos, así como cierto número de coenzimas. Los esqueletos de los animales están formados por fosfato de calcio.
Sumario
Curiosidades sobre el elemento
Hennig Brand lo descubrió en 1669 al calentar una muestra de orina evaporada. Su nombre se corresponde con el antiguo del planeta Venus cuando aparecía antes de la salida del sol. No se encuentra en estado elemental, siempre está combinado y fundamentalmente en forma de fosfatos: apatito [Ca5(PO4)3F o Ca5(PO4)3Cl], fosforita [3Ca3(PO4)2.Ca(OH,F,Cl)2], vivianita [Fe3(PO4)2.8H2O], piromorfita [Pb5(PO4)3Cl], turquesa [CuAl6(PO4)4(OH)8.5H2O], monacita [CePO4], xenotima [YPO4], .....Constituye el 0,105% en peso de la corteza.
En los seres vivos se encuentra en microorganismos marinos, huesos y dientes de vertebrados en forma de fosfato de calcio. El guano de las aves marinas y algunos minerales ferrosos lo contienen.
Hay varios métodos, pero se obtiene principalmente por métodos electroquímicos en atmósfera seca a partir de mineral (fosfato) molido mezclado con coque y arena y calentado a 1400ºC en un horno eléctrico o de fuel. Los gases de salida se filtran y enfrían hasta unos 50ºC con lo que condensa el fósforo blanco que se recoge bajo agua o ácido fosfórico. Calentando suavemente se transforma en fósforo rojo.
Hay por lo menos 6 clases de fósforo (alótropos); los más importantes son: blanco (o amarillo), rojo, negro y violeta. Las diferencias entre las modificaciones son más claras que las que existen entre los metales alcalinos.
El fósforo ordinario es un sólido blanco céreo; cuando es puro es incoloro y transparente. En corte reciente parece amarillento. En todos los estados de agregación, la unidad estructural es P4. Tiene a su vez dos modificaciones: a-P4 (cúbica) y b-P4 (romboédrica) con una temperatura de cambio a -3,8ºC. Es insoluble en agua y soluble en disulfuro de carbono. Arde espontáneamente en el aire con llama blanco-amarillenta, produciendo vapores blancos de pentaóxido de difósforo (P2O5). El fósforo blanco debe guardarse en agua, ya que en el aire es un reactivo muy peligroso, debe manejarse con pinzas, puesto que en contacto con la piel produce quemaduras (se emplea en la fabricación las bombas de fósforo). El fósforo blanco es un aislante. Brilla en la oscuridad al aire debido a la transformación del P2O3 de su superficie en P2O5, más estable.
El fósforo rojo presenta una estructura cúbica, el negro ortorrómbica, y el violeta monoclínoca. En estado líquido (PF: 44,1 ºC) humea al aire con desprendimiento de calor y formación del P2O5. Se disuelve en disulfuro de carbono (CS2) y tricloruro de fósforo (PCl3) y es insoluble en agua. Es extraordinariamente reactivo y un reductor muy fuerte: sus reacciones con el azufre y los halógenos son muy violentas. Por encima de 700ºC aparece la forma P2. Es muy venenoso: 50 mg son una dosis letal y la ingestión crónica de pequeñas cantidades produce necrosis ósea.
Cuando el fósforo blanco se expone a la luz solar o se calienta a 250ºC se conv¡erte en la variedad amorfa roja, que no es fosforescente en el aire. No es tan peligrosa ya que es insoluble y no arde espontáneamente, sólo lo hace por encima de 260ºC, pero debe manejarse con cuidado ya que se convierte en blanco y emite humos de los óxidos de fósforo (que son muy tóxicos) cuando se le calienta. Es bastante menos reactivo salvo que se encuentre frente a oxidantes fuertes, como clorato de potasio (KClO3), ya que forma mezclas explosivas: se usa (junto con P4S3) en la fabricación de fósforos de seguridad (mezclado con KClO3 u otros oxidantes enérgicos, explota al menor suministro de energía, como, por ejemplo, por fricción), pirotecnia, pesticidas, bombas incendiarias, bombas de humo, balas trazadoras, etc. El fósforo violeta (color rojo-violeta) no es una forma importante. Tiene una estructura en capas. No es venenoso.
El fósforo negro es la forma más estable termodinámicamente a temperatura ambiente; sin embargo, las velocidades de transformación de las otras formas en negra son muy lentas. Tiene un color gris oscuro con brillo metálico. Es escamoso como el grafito y, como éste, conduce la corriente y el calor. Presenta una estructura en capas alabeadas formadas por anillos hexagonales fundidos. Se obtiene a partir de la variedad blanca a muy altas presiones y a partir de la roja a presión normal y con catalizadores y siembra de cristales. El fósforo (sobre todo blanco y rojo) se emplea principalmente en la fabricación de ácido fosfórico y de fosfatos y polifosfatos (detergentes).
También en la producción de aceros, bronce al fósforo (92,5% Cu, 7% Sn y 0,5% P) y otros productos: dopado de semiconductores.
Copuestos más importantes
El hidruro de fósforo o fosfina (PH3) es un gas incoloro enormemente venenoso y se emplea en el dopado de semiconductores y en la fumigación de cereales. El pentaóxido de fósforo presenta estructura dímera en estado sólido y líquido. Hay al menos cuatro modificaciones sólidas y dos líquidas. Es higroscópico y al aire se convierte en ácido fosfórico. Se utiliza como agente desecante.
Entre los sulfuros de fósforo, tienen interés el P4S3, que constituye la masa incendiaria de las cerillas, y el P4S10, que se emplea en la obtención de lubricantes, como insecticida y agente de azufrado de combinaciones orgánicas.
El ácido ortofosfórico o fosfórico es un ácido de fuerza media. Se emplea en la fabricación de superfosfatos (fertilizantes), medicamentos y como acidificante.
Los fosfatos naturales son muy insolubles en agua; para aumentar su solubilidad se tratan con ácido sulfúrico: El fosfato de calcio (apatito y fosforita) tratado con ácido sulfúrico origina superfosfato (dihidrógenofosfato de calcio y yeso). Tratado con ácido fosfórico origina superfosfato doble (hidrógeno y dihidrógenofosfato de calcio). El empleo de estos superfosfatos, con un contenido de P2O5 del orden de 70-75%, ha adquirido gran importancia en la producción agrícola. Esto ha aumentado la demanda y la producción de fosfatos. Los fosfatos se usan en la producción de vidrios especiales, como los que se usan en las lámparas de sodio.
La ceniza de huesos, compuesta por fosfato de calcio, se ha usado para fabricar porcelana y producir fosfato monocálcico, que se utiliza en polvos de levadura panadera. El fosfato de trisódico es un agente de limpieza, para ablandar agua y para impedir la formación de costras en calderas y corrosión de tuberías y tubos de calderas. El fósforo es componente esencial de los huesos y dientes; también del protoplasma celular y del tejido nervioso. Los enlaces fosfodiéster sirven para almacenar energía para los procesos celulares. El hombre necesita un aporte de 1 g diario en forma de combinaciones fosforadas.
Compuestos de Fósforo
Cerca de tres cuartas partes del fósforo total (en todas sus formas químicas) se emplean en Estados Unidos como fertilizantes. Otras aplicaciones importantes son como relleno de detergentes, nutrientes suplementarios en alimentos para animales, ablandadores de agua, aditivos para alimentos y fármacos, agentes de revestimiento en el tratamiento de superficies metálicas, aditivos en metalurgia, plastificantes, insecticidas y aditivos de productos petroleros.
De casi 200 fosfatos minerales diferentes, sólo uno, la fluoropatita, Ca5F(PO4)3, se extrae esencialmente de grandes depósitos secundarios originados en los huesos de animales y que se hallan en el fondo de mares prehistóricos, y de los guanos depositados sobre rocas antiguas. La investigación de la química del fósforo indica que pueden existir tantos compuestos basados en el fósforo como los de carbono. En química orgánica se acostumbra agrupar varios compuestos químicos dentro de familias llamadas series homólogas.
Esto también puede hacerse en la química de los compuestos de fósforo, aunque muchas familias están incompletas. La familia mejor conocida de estos compuestos es el grupo de cadenas de fosfatos. Las sales de fosfatos constan de cationes, como el sodio, junto con cadenas de aniones, como (PnO3n+1)(n+2)-, que pueden tener de 1 a 1 000 000 de átomos de fósforo por anión.
Los fosfatos se basan en átomos de fósforo rodeados en una disposición tetraédrica por átomos de oxígeno, el miembro más pequeño de la familia es el anión simple PO3-4 (el ion ortofosfato). La familia de las cadenas de fosfato se basa en hileras alternadas de átomos de fósforo y oxígeno en que cada átomo de fósforo permanece en el centro de un tetraedro de cuatro átomos de oxígeno. Hay también una familia estrechamente relacionada de fosfatos cíclicos.
Una característica estructural interesante de muchos de los compuestos del fósforo conocidos es la formación de estructuras tipo jaula. Ejemplos de estas moléculas son el fósforo blanco, P4, y uno de los pentóxidos de fósforo, P4O10. Las estructuras tipo red son comunes; por ejemplo, los cristales de fósforo negro en que los átomos están enlazados unos con otros.
En la mayor parte de sus compuestos, el fósforo está enlazado químicamente a cuatro átomos inmediatos. Hay gran número de compuestos en los que uno de los cuatro átomos está ausente y en su lugar hay un par de electrones no compartidos.
Hay también unos cuantos compuestos con cinco o seis átomos unidos al fósforo; son muy reactivos y tienden a ser inestables. Durante los años 60 y 70, se prepararon muchos compuestos orgánicos de fósforo. La mayor parte de estas estructuras químicas incluye tres o cuatro átomos enlazados al fósforo, pero existen también estructuras con dos, cinco o seis átomos unidos a cada átomo de fósforo.
Casi todo el fósforo utilizado en el comercio está en forma de fosfatos. La mayor parte de los fertilizantes fosfatados constan de ortofosfato diácido de calcio u otofosfato ácido de calcio muy impuros, Ca(H2PO4)2 y CaHPO4. Estos fosfatos son sales del ácido ortofosfórico. El compuesto de fósforo de mayor importancia biológica es el adenosintrifosfato (ATP), que es un éster de la sal, el tripolifosfato de sodio, muy utilizado en detergentes y ablandadores de agua. Casi todas las reacciones en el metabolismo y la fotosíntesis requieren la hidrólisis de este tripolifosfato hasta su derivado pirofosfato, llamado adenosindifosfato (ADP).
Efectos sobre la salud
El Fósforo puede ser encontrado en el ambiente más comúnmente como fosfato. Los fosfatos son substancias importantes en el cuerpo de los humanos porque ellas son parte del material de ADN y tienen parte en la distribución de la energía. Los fosfatos pueden ser encontrados comúnmente en plantas. Los humanos han cambiado el suministro natural de fósforo radicalmente por la adición de estiércol ricos en fosfatos. El fosfato era también añadido a un número de alimentos, como quesos, salsas, jamón. Demasiado fosfato puede causar problemas de salud, como es daño a los riñones y osteoporosis. La disminución de fosfato también puede ocurrir. Estas son causadas por uso extensivo de medicinas. Demasiado poco fosfato puede causar problemas de salud.
El Fósforo en su forma pura tiene un color blanco. El fósforo blanco es la forma más peligrosa de fósforo que es conocida. Cuando el fósforo blanco ocurre en la naturaleza este puede ser un peligro serio para nuestra salud. El fósforo blanco es extremadamente venenoso y en muchos casos la exposición a él será fatal. En la mayoría de los casos la gente que muere por fósforo blanco ha sido por tragar accidentalmente veneno de rata. Antes de que la gente muera por exposición al fósforo blanco ellos a menudo experimentan náuseas, convulciones en el estómago y desfallecimiento. El fósforo blanco puede causar quemaduras en la piel, dañar el hígado, corazón y riñones.
Efectos ambientales del Fósforo
Fósforo blanco: El fósforo blanco estra en el ambiente cuando es usado en industrias para hacer otros productos químicos y cuando el ejército lo usa como munición. A través de descargas de aguas residuales el fósforo blanco termina en las aguas superficiales cerca de las fábricas donde es usado.
El fósforo blanco no es probablemente esparcido, porque este reacciona con el oxígeno bastante rápido. Cuando el fósforo termina en el aire a través de los tubos de escape este teminará usualmente reaccionando con el oxígeno al instante para convertirse en partículas menos peligrosas. Pero en suelos profundos y en el fondo de los ríos y lagos el fósforo puede permanecer miles de años y más.
Fosfatos: Los fosfatos tienen muchos efectos sobre los organismos. Los efectos son mayormente consecuencias de las emisiones de grandes cantidades de fosfatos en el ambiente debido a la minería y los cultivos. Durante la purificación del agua los fosfatos no son a menudo eliminado correctamente, así que pueden expandirse a través de largas distancias cuando se encuentran en la superficie de las aguas.
Debido a la constante adición de fosfatos por los humanos y que exceden las concentraciones naturales, el ciclo del fósforo es interrumpido fuertemente. El incremento de la concentración de fósforo en las aguas superficiales aumenta el crecimiento de organismos dependientes del fósforo, como son las algas. Estos organismos usan grandes cantidades de oxígeno y previenen que los rayos de sol entren en el agua. Esto hace que el agua sea poco adecuada para la vida de otros organismos. El fenómeno es comúnmente conocido como eutrofización.
Ciclo del Fósforo
La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, el papel que desempeña es vital. Es componente de los ácidos nucleicos como el ADN, muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular están combinadas con el fósforo, y los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP, se encuentra también en los huesos y los dientes de animales, incluyendo al ser humano.
La mayor reserva de fósforo está en la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas.
Otros ciclos:
· Ciclo del azufre * Ciclo del nitrógeno
· Ciclo del carbono * Ciclo del oxígeno
De las rocas se libera fósforo y en el suelo, donde es utilizado por las plantas para realizar sus funciones vitales.
Los animales obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que hayan ingerido.
En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el fósforo se libera en forma de ortofosfatos (PO4H2) que pueden ser utilizados directamente por los vegetales verdes, formando fosfato orgánico (biomasa vegetal), la lluvia puede transportar este fosfato a los mantos acuíferos o a los océanos.
El ciclo del fósforo difiere con respecto al del carbono, nitrógeno y azufre en un aspecto principal. El fósforo no forma compuestos volátiles que le permitan pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí retornar a tierra firme. Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres. Uno es mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las cadenas alimentarias marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus excrementos. Además de la actividad de estos animales, hay la posibilidad del levantamiento geológico de los sedimentos del océano hacia tierra firme, un proceso medido en miles de años.
El hombre también moviliza el fósforo cuando explota rocas que contienen fosfato.
Enlaces externos
· Ley periódica · Compuestos del hidrógeno · Elementos
Fuentes
- Bouant, E. Nuevo Diccionario de Química. Ed. Espasa y Cía. Editores, Barcelona (1888).
- Babor, J. A. y Ibarz A., J. Química General Moderna. Ed. Marín, S. A, Barcelona (1983).
- Sharp, D.W.A. (1989). Diccionario de Química Miall. Ed. Alhambra, Madrid (1989).
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- Agell y Agell, J. Tratado de Análisis Químico. Ed. Imprenta de José Ortega, Barcelona (1910).
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- Novellón, V. Origen de cosas cotidianas en la cocina.
- Real Academia Española. Diccionario de la lengua española. Ed. Espasa, Madrid (2001)
