by

Sifat, Pembuatan dan Kegunaan Unsur kimia Fosfor

Fosfor ditemukan pada grup 15 (VA) dari tabel periodik. Tabel periodik adalah grafik yang yang menunjukkan bagaimana unsur-unsur kimia yang terkait satu sama lain. Fosfor adalah bagian dari kelompok nitrogen bersama dengan nitrogen, arsenik, antimon, dan bismuth.

Unsur Fosfor
Unsur Fosfor

SIMBOL
P

NOMOR ATOM
15

MASSA ATOM
30,97376

KELUARGA
Kelompok 15 (VA)
Nitrogen

Density 1.823 g/cm3
Melting Point 44.2 °
Boiling Point 280.5 °C

Fosfor pertama kali ditemukan pada 1669 oleh dokter Jerman Hennig Brand (1630-1692). Brand agak terkenal dalam kimia. Dia kadang-kadang disebut terakhir dari alkemis. Alkimia adalah semacam pra ilmu yang ada dari sekitar 500 SM smapai sekitar akhir abad ke-16. Alkemis ingin menemukan cara untuk mengubah timah, besi, dan logam lainnya menjadi emas. Mereka juga ingin menemukan cara memiliki hidup yang kekal. Alchemy mengandung terlalu banyak sihir dan mistik menjadi ilmu nyata. Tapi itu mengembangkan sejumlah teknik dan menghasilkan banyak bahan baru yang kemudian ditemukan berguna dalam kimia modern.

Henning Brand dengan Penemuannya (Lukisan Joseph Wright)
Henning Brand dengan Penemuannya (Lukisan Joseph Wright)

Brand berkeyakinan bahwa kunci untuk mengubah logam menjadi emas dapat ditemukan dalam urin. Dia memutuskan untuk mencari “substansi ajaib” yang bisa mengubah timah menjadi emas dalam urin. Dalam proses pemanasan dan memurnikan air seni, ia memperoleh fosfor. Penemuan itu penting karena itu adalah pertama kalinya seseorang telah menemukan unsur tidak diketahui masyarakat kuno. Dalam hal itu, Brandadalah orang pertama yang bisa disebut penemu dari unsur ini. Fosfor adalah unsur yang menarik yang terjadi di setidaknya tiga bentuk yang sangat berbeda. Jika dibiarkan terkena udara, maka fosfor dapat terbakar sendirinya. Fosfor juga bersinar dalam gelap. Saat ini, penggunaannya paling penting adalah dalam pembuatan asam fosfat (H3PO4). Asam fosfat, pada gilirannya, digunakan untuk memproduksi pupuk dan sejumlah produk lain yang kurang penting.

Penemuan dan penamaan
Fosfor dan senyawanya mungkin telah dikenal sebelum penemuan Brand. Naskah kuno merujuk pada materi yang bersinar dalam gelap. Kata yang digunakan untuk bahan seperti hari ini adalah berpendar. Orang-orang Kristen awal mencatat penggunaan “lampu abadi” yang bersinar dalam gelap. Lampu mungkin berisi fosfor atau salah satu dari senyawanya.

Namun, Barnd adalah yang pertama mencatat proses pembuatan fosfor murni. Tidak ada yang tahu bagaimana ia memutuskan bahwa urine mungkin mengandung bahan kimia yang dapat digunakan untuk mengubah timah menjadi emas. Eksperimen untuk menemukan bahan seperti kimia  tentu saja mengalami kegagalan. Tapi dia membuat penemuan yang tidak disengaja dengan caranya. Penemuan itu bahan yang bersinar dalam gelap yaitu fosfor.

Para ilmuwan terpesona ketika mereka mendengar penemuan dari Brand. Mereka mencoba untuk mengulang penelitiannya. Beberapa ilmuwan mencoba untuk berbicara dengan dia dan menjual penemuannya ke raja dan pangeran. Unsur baru tampaknya menjadi cara menjadi kaya dan menjadi terkenal.

Tapi Brand tidak pernah tertarik pada ide-ide tersebut. Sebaliknya, ia menyerahkan semua fosfor ia yang siapkan. Ilmuwan lain segera mulai bereksperimen dengan unsur tersebut. Salah satu penemuan pertama yang mereka buat adalah bagaimana berbahayanya fosfor. Salah satu ilmuwan menulis bahwa seorang pembantunya suatu hari meletakan beberapa fosfor di atas tempat tidurnya. Malam itu, tempat tidur itu meledak menjadi api, fosfor itu terbakar dengan sendirinya

Akhirnya, metode Brand untuk membuat fosfor menjadi dikenal luas. menyusul penemuan besi, emas, perak, arsenik, dan beberapa elemen lain yang ditemukan oleh ahli kimia awal. Sedikit yang diketahui tentang apa yang terjadi Brand setelah penemuannya. Bahkan, tidak ada catatan dari mana atau ketika ia meninggal.

Sifat fisik
Fosfor berada dalam sedikitnya tiga bentuk allotrop. Alotrop adalah bentuk-bentuk elemen dengan sifat fisik dan kimia yang berbeda. Tiga alotrop utama diberi nama untuk warna mereka: fosfor putih (juga disebut fosfor kuning), fosfor merah, dan fosfor hitam (juga disebut fosfor violet). alotrop ini semua memiliki sifat fisik dan kimia yang berbeda.

fosfor putih
fosfor putih

Fosfor putih adalah lilin, transparan padat. titik lelehnya adalah 44,1 °C (111 °F) dan titik didihnya 280 °C (536 ° F). Fosfor memiliki kerapatan 1,88 gram per sentimeter kubik. Jika disimpan dalam ruang hampa, fosfor menyublim jika terkena cahaya. Sublimasi adalah proses dimana suatu perubahan zat padat langsung menjadi gas ketika dipanaskan, tanpa terlebih dahulu mengubah menjadi cairan. Fosfor putih berpendar. Fosfor Ini memberikan  cahaya kehijauan-putih yang indah. Tidak larut dengan baik dalam air, meskipun tidak larut dalam cairan lainnya, seperti benzena, kloroform, dan karbon disulfida. Fosfor putih terkadang muncul sedikit kekuningan karena jejak fosfor merah.

Fosfor Merah
Fosfor Merah

Fosfor merah berbentuk bubuk merah. Fosfor merah dapat dibuat dengan memanaskan fosfor putih dengan katalis pada suhu 240 °C (464 °F). Katalis adalah zat yang digunakan untuk mempercepat atau memperlambat reaksi kimia tanpa mengalami perubahan apapun itu sendiri. Tanpa katalis, fosfor merah menyublim  pada suhu 416 °C (781 °F). Densitasnya adalah 2,34 gram per sentimeter kubik. Tidak larut dalam kebanyakan cairan.

Fosfor hitam
Fosfor hitam

Fosfor Hitam terlihat seperti bubuk grafit. Grafit adalah bentuk karbon yang digunakan dalam “mata” pensil. Fosfor hitam dapat dilakukan dengan menerapkan tekanan ekstrim untuk fosfor putih. Fosfor Ini memiliki kerapatan 3,56-3,83 gram per sentimeter kubik. Salah satu sifat yang menarik adalah bahwa unsur ini menghantarkan arus listrik meskipun menjadi non-logam. Merek yakin bahwa kunci untuk mengubah logam menjadi emas dapat ditemukan dalam urin. Sebaliknya, ia menemukan fosfor.

Sifat kimia
Fosfor putih adalah bentuk yang paling sering terjadi pada suhu kamar. Fosfor putih ini sangat reaktif. Bila terkena atau bergabung dengan oksigen akan mudah terbakar spontan (otomatis). Sebagai tindakan pencegahan keselamatan, fosfor putih disimpan di dalam air di laboratorium kimia. Fosfor mudah bergabung dengan halogen. Halogen adalah unsur-unsur yang membentuk Kelompok 17 (VIIA) dari tabel periodik. Mereka termasuk fluor, klor, brom, yodium, dan astatine. Fosfor juga bergabung dengan unsur logam untuk membentuk senyawa yang dikenal sebagai phosphid:

Kelimpahan di alam
Kelimpahan dari fosfor dalam kerak bumi diperkirakan 0,12 persen, sehingga unsur paling umum ke-11 dibumi. Fosfor biasanya terdapat sebagai fosfat. Sebuah fosfat adalah senyawa yang mengandung fosfor, oksigen, dan setidaknya satu elemen. Contohnya adalah kalsium fosfat Ca3(PO4)2.

Satu-satunya sumber komersial penting fosfor adalah batuan fosfat. Batuan fosfat terutama kalsium fosfat. Amerika Serikat adalah produsen terbesar dari batuan fosfat di dunia. Pada tahun 1996, 13.300.000 metrik ton batuan fosfat yang ditambang di Amerika Serikat. Yang berjumlah sekitar sepertiga dari total batuan fosfat di dunia.

Sekitar 86 persen dari batuan fosfat berasal dari North Carolina dan Florida. jumlah yang lebih kecil juga ditambang di Idaho dan Utah. produsen utama lainnya dari batuan fosfat yang Maroko, China, Rusia, Tunisia, Yordania, dan Israel.

Isotop

Hanya satu isotop alami dari fosfor yaitu fosfor-31. Isotop adalah dua atau lebih bentuk dari unsur. Isotop berbeda satu sama lain sesuai dengan nomor massa mereka. Jumlah ditulis di sebelah kanan nama elemen adalah nomor massa. Nomor massa merupakan jumlah proton ditambah neutron dalam inti atom dari elemen. Jumlah proton menentukan elemen, tetapi jumlah neutron dalam atom dari salah satu elemen dapat bervariasi. Setiap variasi isotop.

Satu isotop radioaktif, fosfor-32, memiliki aplikasi dalam studi kedokteran, industri, dan pelacak. Sebuah pelacak adalah isotop radioaktif yang kehadirannya dalam suatu sistem dapat dengan mudah dideteksi. isotop yang disuntikkan ke dalam sistem di mana memberikan radiasi. radiasi diikuti dengan cara detektor ditempatkan di sekitar sistem.

Fosfor-32 ini sangat berguna dalam penelitian medis, karena fosfor terjadi di banyak bagian tubuh. fosfor radioaktif dapat digunakan sebagai tracer untuk mempelajari bagian tubuh serta perubahan kimia di dalam tubuh. fosfor radioaktif juga dapat menentukan berapa banyak darah dalam tubuh seseorang. Hal ini juga dapat membantu menemukan adanya tumor di otak, mata, payudara, dan kulit. Akhirnya, kadang-kadang digunakan untuk mengobati tertentu misalnya kanker. Radiasi yang dilepaskan oleh fosfor-32 dapat membunuh sel-sel kanker dan membantu memperlambat atau menghentikan penyakit. Fosfor-32 penting dalam berbagai penelitian ilmiah. Sebagai contoh, isotop ini akan ditambahkan ke ban ketika mereka dibuat. Kemudian, radiasi dapat memberikan sesuatu yang dipelajari dari ban yang digunakan. Informasi ini memberitahu di mana ban habis dipakai dan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk aus.

Pembuatan fosfor putih
Produksi unsur fosfor adalah dengan proses electrothermal dan akibatnya permintaan energi sangat tinggi. Setiap ton fosfor diproduksi membutuhkan sekitar 14 MWh. pembuatannya dilakukan hanya di mana energi yang relatif murah, seperti pembangkit listrik tenaga air, tersedia. Para produsen utama di Kazakhstan, Cina dan Amerika Serikat.

Granat Tangan yang Terbuat dari Fosfor putih
Granat Tangan yang Terbuat dari Fosfor putih

Sumber yang paling penting adalah fluoroapatit,3Ca3(PO4)2CaF2 yang umumnya dikenal sebagai ‘batu fosfat’. Pengotor dalam mineral ini adalah termasuk kalsium dan magnesium karbonat, besi (lll) oksida, aluminium oksida, dan silika. Banyak sumber dari mineral ini, tetapi sumber penting adalah di Amerika Serikat (Florida, North Carolina), Maroko, Tunisia, Rusia dan Cina.

Untuk mengoptimalkan efisiensi produksi, batu fosfat yang dimasukan ke dalam tungku perlu seragam mungkin. Untuk mencapai hal ini, batuan fosfat dipanaskan sangat dalam oven (biasanya calciner berputar) yang menghasilkan gabungan partikel kecil untuk membentuk nodul keras yang dibutuhkan untuk operasi tungku yang memuaskan. Tungku, berisi tiga elektroda karbon vertikal, dicampur dengan campuran arang, pasir dan batuan fosfat dalam rasio massa, biasanya, 16: 30: 100. Sebuah tungku modern memiliki diameter sekitar 12 m dan 8 m tinggi dan dapat menghasilkan 30 000 ton fosfor tahun.
Reaksi dapat dituliskan sebagai berikut:

Reaksi Pembuatan Fosfor Putih

Fosfor gas dan karbon monoksida, dari atas tungku, dilewatkan ke dalam semprotan air pada suhi 343 K. Sebagian fosfor (mp 317 K) mengembun. Kondensasi selesai menggunakan air dingin. Karbon monoksida dimanfaatkan baik dibakar atau didaur ulang sebagai sumber bahan bakar. Hal ini dapat digunakan dalam proses produksi untuk penyusunan nodul dari batuan fosfat, atau dalam beberapa kasus dijual kepada produsen listrik lokal.

Kalsium silikat slag cair dan paduan besi dan fosfor, yang dikenal sebagai ferrophosphorus dihilangkan secara terpisah dari dasar tungku. Ferro-fosfor dapat ditambahkan ke lembaran baja untuk mencegah pelekatan lembaran atau ditambahkan ke besi untuk meningkatkan tingkat kekerasan. Hal ini dapat meningkatkan machineability pada baja tertentu. Beberapa silikat kalsium digunakan sebagai hardcore kelas rendah. Fosfor putih terbakar secara spontan di udara, oleh karena itu disimpan di bawah air hangat sebagai lapisan cair yang lebih rendah. Selama penyimpanan, campuran fosfor, air, padatan terakumulasi pada permukaan air dan ini disebut ‘lumpur fosfor’ yang bisa baik dipompa kembali ke tungku untuk pemulihan fosfor atau disuling untuk memisahkan’lumpur’ dengan destilasi.

‘Phossy air’ yang timbul dari kondensor dapat berisi unsur fosfor yang terlarut dan tersuspensi, serta fosfor oxy-asam, asam hexafluorosilicic, amonia, dan silika. air Phossy dinetralkan dengan kapur (kadang-kadang amonia), menngendap, dan kemudian ditambahkan dengan klorin untuk menghilangkan sisa sisa fosfor. Fosfor diangkut dalam tangki di bawah air, atau di bawah nitrogen, tangki dipanaskan oleh pipa air panas. Negara Amerika menyiapkan khusus  mobil rel yang dirancang khusus membawa sekitar 50 ton unsur padat, yang akan meleleh sebelum dibuang. Ini dilebur dengan air panas (pemanasan tidak langsung) kemudian disimpan di 330 K di mobil rel dan dipasang langsung dari rel mobil  ke tangki penyimpanan yang disimpan di bawah air.

Pembuatan fosfor merah
Fosfor merah, tidak seperti fosfor putih, tidak spontan mudah terbakar, meskipun mudah tersulut. Fosfor merah dibuat dari fosfor putih. Fosfor putih dijalankan dari tangki penyimpanan ke dalam panci baja di mana ia disimpan di bawah lapisan air. Sebuah penutup yang dilengkapi dengan pipa keselamatan, terpasang erat dan panci dipanaskan pada suhu 550 K selama 3 sampai 4 hari. air keluar sebagai uap melalui pipa keselamatan dan uap fosfor yang keluar dapat dicegah dengan sistem refluks kondensasi.

Bubuk fosfor merah
Bubuk fosfor merah

Setelah 48 jam suhu dinaikkan menjadi 673 K ketika sebagian besar fosfor putih tidak berubah disuling  (bp 553 K). Isi disimpan basah dan tanah untuk memberikan bubur fosfor merah. Setelah sebagian besar air didekantasi, natrium karbonat ditambahkan. Pada keadaan mendidih, fosfor putih yang tersisa dihancurkan. Akhirnya, fosfor merah diambil dan disimpan dalam vakum kering.

Penggunaan dan senyawa
Pada tahun 1996, 91 persen dari semua batuan fosfat yang ditambang di Amerika Serikat digunakan untuk membuat pupuk. petani modern menggunakan sejumlah besar pupuk sintetis (buatan)  pada tanaman mereka. pupuk sintetis ini mengandung nitrogen, fosfor, dan kalium, tiga elemen penting untuk tanaman tumbuh. Unsur-unsur ini biasanya terjadi di tanah, tapi mungkin tidak ada dalam jumlah cukup besar. Menambahkan mereka dengan cara pupuk sintetis membantu tanaman tumbuh lebih baik. Kebanyakan petani menambahkan beberapa bentuk pupuk sintetis untuk ladang mereka setiap tahun. Permintaan ini untuk pupuk sintetis menyumbang penggunaan utama dari senyawa fosfor.

Kepala Korek Api Terbuat dari Fosfor
Kepala Korek Api Terbuat dari Fosfor

Fosfor dan senyawanya memiliki kegunaan lain. Misalnya, senyawa yang dikenal sebagai fosfor pentasulfide (P2S5) dan fosfor sesquisulfide (P4S3) digunakan untuk membuat kayu dan kertas korek api biasa. Senyawa ini melapisi ujung korek api. Ketika korek api tergores di permukaan, fosfor pentasulfide atau fosfor sesquisulfide pecah dan terbakar. Ia terbakar oleh bahan kimia lainnya pada kepala korek. Senyawa fosfor lain dengan sejumlah kegunaan adalah fosfor oksiklorida (POCl3). Senyawa ini digunakan dalam pembuatan aditif bensin, dalam produksi beberapa jenis plastik, sebagai agen tahan api, dan dalam pembuatan transistor untuk perangkat elektronik.

Korek tahan air terbuat dari fosfor merah
Korek tahan air terbuat dari fosfor merah

Efek kesehatan
Fosfor sangat penting untuk kesehatan tanaman dan hewan. Banyak bahan kimia penting dalam sel-sel hidup mengandung fosfor. Salah satu yang paling penting dari bahan kimia ini adalah adenosin trifosfat (ATP). ATP menyediakan energi untuk sel-sel yang mereka butuhkan untuk tetap hidup dan melaksanakan semua tugas mereka harus melakukan. Fosfor sangat penting untuk perkembangan tulang dan gigi. asam nukleat juga mengandung fosfor. asam nukleat merupakan bahan kimia yang melakukan banyak fungsi dalam organisme hidup. Misalnya, mereka membawa informasi genetik dalam sel. Mereka mengatakan ke sel bahan kimia apa itu harus dibuat. Dan juga bertindak sebagai “sutradara” dalam pembentukan bahan kimia. Jumlah yang disarankan harian fosfor bagi manusia adalah satu gram. Hal ini cukup mudah untuk mendapatkan banyak fosfor setiap hari melalui daging, susu, kacang-kacangan, dan biji-bijian.

Di sisi lain, unsur fosfor sangat berbahaya. fosfor unsur fosfor sebagai elemen, tidak bergabung dengan unsur-unsur lainnya. Menelan bahkan setitik fosfor putih mengakibatkan diare berat dengan kehilangan darah, kerusakan pada hati, lambung, usus, dan sistem peredaran darah (sistem aliran darah) serta koma. Menelan sepotong fosfor putih tidak lebih besar dari 50 sampai 100 miligram (0,0035 ons) bahkan dapat menyebabkan kematian. Penanganan fosfor putih berbahaya juga. Hal ini menyebabkan luka bakar kulit yang serius.

Membuat danau terlalu sehat
Penggunakan kedua yang paling penting dari senyawa fosfat dalam membuat deterjen. Senyawa yang paling sering digunakan dalam deterjen disebut natrium tripolifosfat, atau STPP (Na5P3O10). STPP memberikan sejumlah manfaat untuk deterjen. Sebagai contoh, dapat membunuh beberapa bakteri dan mencegah pencuci dari menjadi terkorosi (berkarat) dan tersumbat. Fungsi yang paling penting dalam deterjen adalah sebagai agen air pelunakan.

Air alami sering mengandung bahan kimia yang menjaga sabun dan deterjen dari sudsing. Mereka mengurangi kemampuan sabun dan deterjen untuk membersihkan pakaian. STPP memiliki kemampuan untuk menangkap bahan kimia ini. STTP meningkatkan kemampuan sabun dan deterjen untuk membuat busa dan pakaian bersih. Deterjen pertama yang menggunakan STPP adalah Tide, pada tahun 1947. Pengenalan Tide membawa sebuah revolusi dalam pakaian pembersihan.

Tapi STPP dapat menciptakan masalah bagi lingkungan. Setelah deterjen telah digunakan, mereka sering berakhir di sungai dan sungai dan, akhirnya, di danau dari air limbah. Dan itu baik-baik saja untuk ganggang yang hidup di danau-danau. Ganggang adalah tanaman hijau kecil yang menggunakan fosfor saat mereka tumbuh. Karena lebih banyak deterjen masuk ke danau, jumlah STPP meningkat. Itu berarti ada lebih fosfor dalam danau dan yang, pada gilirannya ganggang mulai tumbuh lebih cepat.

Dalam beberapa kasus, ada begitu banyak STPP dan fosfor dalam danau yang ditumbuhi ganggang di luar kendali, menyumbat Danau dengan ganggang dan tanaman hijau lainnya. danau perlahan berubah menjadi rawa, dan akhirnya ke padang rumput. danau menghilang.

Alga yang memenuhi danau
Alga yang memenuhi danau

Banyak orang menjadi prihatin tentang masalah ini pada 1960-an. Mereka menuntut pengurangan STPP digunakan dalam deterjen. Sejumlah kota dan negara melarang penjualan deterjen STPP. produksi STPP telah berkembang pesat dari 1,10 miliar pound di tahun 1955 dan 2.440.000.000 pound pada tahun 1970. Tetapi kemudian produksi mulai turun. Pada pertengahan 1990-an produksi telah turun di bawah satu miliar pound per tahun.

Menariknya, fosfor merah tidak memiliki efek yang sama. Hal ini dianggap relatif aman. Tetapi akan berbahaya jika yang dicampurkan itu mengandung fosfor putih.

Comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.