R1TwFj5sBgoY6

Ilustracja przedstawiająca dane pochodzące z układu okresowego dla pierwiastka, fosforu. W prostokątnym polu znajduje się symbol fosforu, czyli wielka litera P, liczba atomowa 15, średnia liczba masowa 30,973762, temperatura topnienia 317,3 kelwina, temperatura wrzenia 553,65 kelwina, gęstość w temperaturze dwudziestu pięciu stopni Celsjusza (czyli w dwustu dziewięćdziesięciu ośmiu i piętnastu setnych kelwina) 1,823 grama na centymetr sześcienny. Symbol S oznacza ciało stałe – stan skupienia w warunkach normalnych. Konfiguracja elektronowa podpowłokowa skrócona zawierająca rdzeń gazu szlachetnego w stanie podstawowym: <math aria‑label="nawias kwadratowy, wielka litera N, mała litera e, czyli symbol neonu, zamknięcie nawiasu kwadratowego, trzy s indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, trzy p indeks górny, trzy, koniec indeksu górnego">Ne3s23p3. najczęściej spotykane stopnie utlenienia (zapis w postaci cyfr rzymskich) to: minus trzeci, trzeci, czwarty oraz piąty stopień utlenienia.

Odmiany alotropowe fosforu

Fosfor w stanie stałym występuje w kilku odmianach alotropowych. Należą do nich:

• fosfor biały to woskowata substancja. Ta odmiana fosforu nie rozpuszcza się w wodzie, lecz w benzynie i dwusiarczku węgla. Występuje w postaci czteroatomowych cząsteczek ${\text{P}}_4$.

• fosfor czerwony, jak sama nazwa wskazuje, to substancja koloru ciemnoczerwonego, nietoksyczna i mniej reaktywna niż fosfor biały. Fosfor czerwony posiada łańcuchową strukturę, przypuszczalnie tworzącą się na skutek pękania niektórych wiązań w cząsteczkach ${\text{P}}_4$.

• fosfor fioletowy jest krystaliczną odmianą fosforu o skomplikowanej strukturze. Krystalizuje w układzie jednoskośnym. Fosfor fioletowy jest mało reaktywny i nie rozpuszcza się w żadnej substancji.

• fosfor czarny ma szarą barwę i metaliczny połysk. Tym samym przypomina on grafit i podobnie jak on przewodzi prąd. Jest najbardziej trwałą odmianą fosforu. Posiada strukturę warstwową, w której każdy atom fosforu powiązany jest z trzema sąsiednimi atomami.

R1dAGy0ausFny

Zdjęcie przedstawiające fosfor biały uformowany w kostkę, której jedno z naroży zostało przycięte. Jego konsystencja jest woskowata.

R9uiszh2aziJo

Zdjęcie przedstawia fosfor czerwony w postaci nieco zbrylonego proszku. Ma brunatną barwę.

R1WnjMJ4kvQu7

Zdjęcie przedstawiające połyskujące bryłki fosforu fioletowego zatopionego w szklanej ampułce. Ma on ciemnofioletowe zabarwienie.

Rvoc1VheRDQAQ

Zdjęcie przedstawiające kryształy fosforu czarnego zatopione w szklanej ampułce. Mają one czarną barwę i wyraźnie metaliczny połysk.

Izotopy fosforu

Fosfor posiada $10$ izotopów. Jedynym izotopem występującym w przyrodzie jest stabilny izotop ${}^{31}\text{P}$. Pozostałe izotopy są otzymywane sztucznie i mają właściwości promieniotwórcze: ${}^{26}\text{P}$, ${}^{28}\text{P}$, ${}^{29}\text{P}$, ${}^{30}\text{P}$, ${}^{32}\text{P}$, ${}^{33}\text{P}$, ${}^{34}\text{P}$, ${}^{35}\text{P}$ i ${}^{36}\text{P}$.

Fosfor jest pierwiastkiem chemicznym, zajmującym jedenaste miejsce pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej. Jego zawartość wynosi $\mathrm{0,11}\%$ masowych. Pierwiastek ten nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym, ale głównie w postaci soli kwasu fosforowego($\text{V}$). Najważniejsze minerały zawierające w swoim składzie jon ${{\text{PO}}_4}^{3-}$, to:

• fosforyt – ${\text{Ca}}_3{\left({\text{PO}}_4\right)}_2$;

• fluoroapatyt – $3 {\text{Ca}}_3{\left({\text{PO}}_4\right)}_2·{\text{CaF}}_2$;

• chloroapatyt – $3 {\text{Ca}}_3{\left({\text{PO}}_4\right)}_2·{\text{CaCl}}_2$.

RfAeOVnjikzyq

Zdjęcie przedstawia minerał fluoroapatyt. Ma niebieski kolor, jest przezroczysty i błyszczący. Kryształy są miejscami nieregularnie pozrastane, tworzą skupisko.

R5X5wtKCzgkOK

Ilustracja interaktywna. Zdjęcie przedstawiające bryłkę składającą się z trzech pozrastanych minerałów. W centralnej części znajduje się chloroapatyt w kształcie foremnego graniastosłupa. Ma barwę szarą, miejscami białawą. Umocowany jest w otoczeniu magnetytu i kalcytu. Magnetyt to minerał o zbitej, ziarnistej postaci koloru grafitowego, to jest ciemnoszarego. Na jego powierzchni można dostrzec krystaliczne formy kalcytu - przeźroczystego, tutaj grubokrystalicznego minerału. 1. chlorapatyt , 2. kalcyt , 3. magnetyt , 4.

Ilustracja interaktywna. Zdjęcie przedstawiające bryłkę składającą się z trzech pozrastanych minerałów. W centralnej części znajduje się chloroapatyt w kształcie foremnego graniastosłupa. Ma barwę szarą, miejscami białawą. Umocowany jest w otoczeniu magnetytu i kalcytu. Magnetyt to minerał o zbitej, ziarnistej postaci koloru grafitowego, to jest ciemnoszarego. Na jego powierzchni można dostrzec krystaliczne formy kalcytu - przeźroczystego, tutaj grubokrystalicznego minerału. 1. chlorapatyt , 2. kalcyt , 3. magnetyt , 4.

Głównym źródłem fosforu, wykorzystywanym gospodarczo, są:

• złoża pochodzenia wulkanicznego, których podstawowymi minerałami są apatyt i fluoroapatyt;

• złoża pochodzenia osadowego – tworzą się w wyniku wytrącania fosforanu($\text{V}$) wapnia z wody morskiej, w czasie procesów diagenetycznychdiagenezadiagenetycznych oraz poprzez nagromadzenie się szczątków zwierząt (głównie kości) i ich odchodów (guano) w klimacie suchym; najpowszechniejsze skały osadowe to fosforyty.

Największe złoża fosforytów znajdują się:

• w Maroku (na Saharze Zachodniej);

• w Chinach;

• w Stanach Zjednoczonych.

Pokłady o dużej zasobności fosforytów zidentyfikowano na szelfach kontynentalnychszelf kontynentalnyszelfach kontynentalnych i w osadach morskich, ale obecne technologie nie pozwalają na ich wydobycie w sposób, który byłby opłacalny ekonomicznie. W Europie niewielkie ilości złóż fosforytów eksploatuje się w Finlandii. W Polsce fosforyty pochodzą z dwóch okresów geologicznych – z syluru i kredy. Fosforyty sylurskie występują w Górach Bardzkich, natomiast kredowe – na obrzeżu Gór Świętokrzyskich (w okolicach Annopola nad Wisłą) w formie konkrecjikonkrecjakonkrecji zasobnych w fosforany($\text{V}$) wapnia.

Eksploatację fosforytów w Polsce rozpoczęto w Górach Świętokrzyskich w okresie międzywojennym, wykorzystując urobek na cele rolnicze (do produkcji nawozów fosforanowych). Obecnie, ze względu na niską opłacalność ekonomiczną, nie są one eksploatowane, a krajowe zapotrzebowanie na związki fosforu jest w całości pokrywane importowanymi surowcami.

RdvxOCmXkXVaP

Schemat obiegu fosforu w przyrodzie. Ilustracja przedstawiająca stromy, skalisty brzeg nad zbiornikiem wodnym, który stanowią wysokie formacje skalne. Znajduje się na nich strumień i kilka drzew. Na ten krajobraz nałożona została siatka zależności w postaci haseł zapisanych w ramkach i strzałek prowadzących od jednej do drugiej ramki. Opisano od góry: fosforyty znajdujące się na skalistym zboczu, następnie wietrzenie, kolejno glebowe przemiany związków fosforu prowadzące do mineralizacji, również włączając w to fosfor w roślinach, oraz do wymywania fosforu z gleb. Dalej pobór zwierzęcy wpływa na mineralizację, fosfor znajduje się w postaci kości, odchodów, odpadów. Po wymyciu fosforu z gleb następuje precypitacja i sedymentacja, powstają nowe złoża fosforytów. Cykl wraca do początkowego hasła: fosforyty.

Fosfor w postaci jonów fosforanowych ${{\text{PO}}_4}^{3-}$ jest wypłukiwany ze skał, np. złóż fosforytów. W takiej formie jest możliwy do przyswojenia przez rośliny. Dla konsumentów źródłem fosforu są rośliny zielone, ewentualnie, niższe w piramidzie troficznej, poziomy konsumentów. Ostatnim ogniwem organizmów wykorzystujących fosfor są reducenci.

Organizmy te uwalniają ten pierwiastek do środowiska w postaci rozpuszczalnych w wodzie fosforanów($\text{V}$). Część fosforu zostaje ponownie wprowadzona do obiegu przez zwierzęta zamieszkujące zbiornik wodny. Pozostała część fosforu zostaje wytrącona, trafiając do morskich osadów głębinowych. Ten ubytek uzupełniany jest przez wypłukiwany fosfor skalny. Dodatkowo, oprócz wietrzenia skał i spływów powierzchniowych, fosfor może być wprowadzony do wód, np. w wyniku:

R15dqDj35foOr1

Zdjęcie przedstawia zbiornik wodny, w którym woda pokryta jest zieloną warstwą glonów, zatem występuje tutaj zjawisko eutrofizacji.

• opadów atmosferycznych;

• nawozów fosforanowych (spływających z pól uprawnych);

• fosforanów stosowanych do produkcji środków piorących;

• ścieków komunalnych i przemysłowych.

Pojawiajace się w wodzie fosforany mogą prowadzić do procesu eutrofizacji. Eutrofizacja to proces wzbogacania zbiorników wodnych w pierwiastki biofilne, skutkujący wzrostem żyzności wód. Zjawisko eutrofizacji zachodzi na skutek zbyt dużych ilości związków fosforu, jak i azotu w wodzie. Duża ilość związków odżywczych powoduje masowy zakwit glonów i sinic. Obumierające glony opadają na dno zbiornika, gdzie ulegają rozkładowi. Do procesu tego zużywany jest tlen zgromadzony w przydennych warstwach wody. Gdy brakuje tlenu, wzrasta ilość bakterii beztlenowych, które kontynuują rozkład, a jednocześnie produkują szkodliwy dla organizmów wodnych siarkowodór.

Słownik

Bibliografia

Bolewski A., Parachoniak W., Petrografia, Warszawa 1982.

Encyklopedia PWN

Kasperek T., Michalak J., Obrona przeciwchemiczna okrętu. Część IV. Charakterystyka i zastosowanie dymów maskujących, Gdynia 2001, online: http://pbc.gda.pl/Content/66350/Ochrona_przeciwchemiczna_okr%C4%99tu.pdf, dostęp: 17.03.2021.

Ryka W., Maliszewska A., Słownik petrograficzny, Warszawa 1982.

Wzorek Z., Odzysk związków fosforu z termicznego przetworzenia odpadów i ich zastosowanie jako substytutu naturalnych surowców fosforowych, Kraków 2008.