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Fósforo (P)

O fósforo é um ametal presente em diferentes minerais. Ele é um nutriente essencial aos seres vivos, e sua principal aplicação industrial é na composição de fertilizantes.
Pessoa segurando um cubo preto com laranja com o símbolo, o número atômico e a massa do elemento químico fósforo.
O fósforo é um elemento químico utilizado, principalmente, na composição de fertilizantes.

O fósforo é um ametal de número atômico 15 e pertencente à família do nitrogênio, o grupo 15 da tabela periódica. Possui aparência de cera de abelha e é macio. É muito reativo à atmosfera, sofrendo ignição e liberando vapores tóxicos.

Uma característica marcante do fósforo é a capacidade de formar três substâncias simples diferentes, conhecidas como alótropos e denominados fósforo vermelho, fósforo branco e fósforo preto. Essas espécies se diferem em relação à estrutura, propriedades e aparência.

O elemento fósforo é encontrado em diferentes minérios, sendo o maior representante a apatita e suas variações. Industrialmente, grande parte do fósforo extraído é empregado na fabricação de fertilizantes. Outros usos desse elemento são a produção de fármacos, detergentes de limpeza pesada, utensílios militares e o revestimento das caixas de fósforo.

No organismo dos seres vivos, o fósforo desempenha importante função, pois compõe a molécula do ATP, responsável pelo armazenamento de energia.

Leia também: Bismuto — outro elemento químico pertencente à família do nitrogênio

Resumo sobre o fósforo

  • O fósforo é um elemento não metálico de número atômico 15, pertencendo ao grupo 15 da tabela periódica.

  • Possui aparência cerosa e macia, sendo incolor e semitransparente.

  • É altamente reativo quando exposto à atmosfera, sofrendo autoignição com a liberação de vapores tóxicos.

  • Fósforo branco, fósforo vermelho e fósforo preto são os alótropos mais conhecidos.

  • A apatita é o principal mineral que possui fósforo.

  • O fósforo é usado principalmente na fabricação de fertilizantes.

  • Esse elemento possui importante papel biológico, pois forma a molécula do ATP, responsável pelo armazenamento de energia.

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Propriedades do fósforo

  • Símbolo: P.

  • Número atômico: 15.

  • Massa atômica: 30,97 u.

  • Configuração eletrônica: [Ne] 3s2 3p3.

  • Estado físico: sólido (20 °C).

  • Ponto de fusão: 44,1 °C.

  • Ponto de ebulição: 280 °C.

  • Densidade: 1,82 g/cm3 (20 °C).

  • Eletronegatividade: 2,19 (escala de Pauling).

  • Série química: não metal.

  • Localização na tabela periódica: grupo 15, período 3, bloco p.

  • Isótopo natural: 31P (100%).

Características do fósforo

O fósforo é um ametal (elemento químico não metálico) da família do nitrogênio (grupo 15). Em temperatura ambiente, é incolor e semitransparente, mas no escuro apresenta fosforescência (brilha). É macio, possuindo aparência de cera de abelha.

Além disso, o fósforo é altamente reativo quando exposto à atmosfera. Entra em ignição espontaneamente ao ar, gerando intensa névoa branca de óxidos de vapor, os quais interagem com a umidade formando ácidos.

Fósforo vermelho reagindo com o oxigênio atmosférico. [1]
Fósforo vermelho reagindo com o oxigênio atmosférico. [1]

Em razão da instabilidade química, o fósforo puro é armazenado imerso em água ou outro líquido inerte, para não ter contato com o oxigênio.

O fósforo possui três principais variedades alotrópicas, conhecidas como fósforo vermelho, branco e preto, lembrando que a alotropia é uma propriedade de alguns elementos de formar mais de uma substância simples. Em todos os alótropos, cada átomo de fósforo forma três ligações covalentes. Veja a seguir sobre as principais variedades alotrópicas do fósforo:

  • Fósforo branco (P4): é a forma mais reativa dentre os alótropos do fósforo. É tóxico e quando exposto à luz solar ou fontes de calor, converte-se em fósforo vermelho. O fósforo branco pode existir em duas variedades estruturais. Na forma denominada alfa, existe estabilidade em temperatura ambiente. Já na versão beta, apenas é estável em temperatura abaixo de -78 °C. O fósforo branco é formado por quatro átomos unidos por ligações simples, em uma estrutura tetraédrica. Essa espécie é relativamente instável e pode sofrer transformação espontânea e lenta para a forma de fósforo vermelho, sob ação de calor (em torno de 200 °C).

  • Fósforo vermelho: é mais estável quimicamente em comparação ao fósforo branco, não apresentando fosforescência e não sendo reativo pela simples exposição ao ar em temperatura ambiente. Possui a capacidade de se ligar em série, formando cadeias poliméricas de fósforo, insolúveis em água. O fósforo vermelho, quando submetido a calor e alta pressão, pode se converter em uma forma cristalina negra e escamosa conhecida como fósforo preto.

  • Fósforo preto: é o alótropo menos reativo e possui uma estrutura lamelar, isto é, formada pelo empilhamento de camadas, assim como no grafite.

Alótropos do fósforo.
Alótropos do fósforo.

O fósforo possui um único isótopo natural, de massa 31. Isótopos artificiais de fósforo são conhecidos, como o 24P e 26P, sendo estes radioativos e com tempos de meia-vida relativamente curtos. O isótopo artificial fósforo-31 possui tempo de meia-vida de 14,26 dias e tem aplicação como marcador biológico de fósforo em organismos vivos.

Onde o fósforo é encontrado?

O fósforo é o 12º elemento mais abundante da crosta terrestre. Em razão da alta reatividade, não ocorre na forma pura, mas sempre na forma de íons fosfato (PO43-). Por isso, na natureza, esse elemento é encontrado em minerais formados por sais de fosfato.

Estima-se que cerca de 550 minerais diferentes contenham fósforo em sua composição. Destes, a principal fonte é a série da apatita, que reúne íons de fosfato e de cálcio com quantidades variáveis de íons de cloreto, flúor ou hidróxido, assumindo a forma geral [Ca10(PO4)6(F, Cl ou OH)2]. Grandes depósitos de apatita sedimentares são encontrados no planeta.

Rocha contendo uma mistura de apatitas, o principal mineral de obtenção do fósforo. [2]
Rocha contendo uma mistura de apatitas, o principal mineral de obtenção do fósforo. [2]

Os maiores produtores mundiais de fósforo são a China, os Estados Unidos, o Marrocos, a Rússia, a Tunísia e a Jordânia. O Brasil também se classifica como um grande produtor, possuindo regiões com grande concentração de minerais de fósforo em Minas Gerais, Goiás e São Paulo.

Para uso comercial, o fósforo é principalmente obtido da fosforita, também conhecida como rocha fosfática, que é uma forma impura de apatita contendo íons carbonato. Estima-se que na Terra existam cerca de 65 bilhões de toneladas de rocha fosfática, sendo que 80% desse total está distribuído entre Marrocos e Saara ocidental.

Veja também: Tungstênio — o 18º elemento mais abundante na crosta terrestre

Obtenção do fósforo

Há diferentes rotas químicas para a obtenção do fósforo, a depender da aplicação requerida. A fabricação de fertilizantes é a maior fonte consumidora desse elemento, não necessitando de altos padrões de pureza. Nesse caso, a rota química empregada é denominada “processo úmido”. Nesse procedimento, é usada rocha fosfática tratada com ácido sulfúrico, formando o ácido fosfórico (H3PO4). O H3PO4 é neutralizado e forma diferentes sais de fosfato, os quais compõem os fertilizantes.

O fósforo empregado na fabricação de fármacos, detergentes e alimentos exige um padrão de pureza mais elevado. Para isso, são empregados processos térmicos para a extração do fósforo de minerais contendo fosfato. Os minerais (variações da apatita) são aquecidos na presença de sílica e carbono (coque) em fornos específicos, conhecidos como fornos de arco submerso, em temperatura entre 1150 °C e 1400 °C. Essa reação produz vapores de fósforo branco, que passam por uma etapa de destilação para purificação e isolamento.

\(Ca_{10}(PO_4)_6 F_2+15\ C+9\ SiO_2 \longrightarrow 3\ P_2+ 9[(CaO\cdot SiO_2 )]+CaF_2+15\ CO\)

Em seguida, o fósforo branco é oxidado para H3PO4 e consequentemente neutralizado, gerando sais de fosfato.

Para que serve o fósforo?

A mais importante aplicação do elemento fósforo e de seus minerais é na fabricação de fertilizantes, insumos utilizados para o enriquecimento do solo, principalmente sob a forma de fosfato de amônio. Especialmente no Brasil, esse elemento possui um relevante papel socioeconômico, pois o país é um dos maiores consumidores de fertilizantes do mundo.

 Trator lançando fertilizantes em uma região de plantação.
Fertilizantes à base de fósforo são extensamente utilizados no Brasil.

Os íons fosfato são empregados na produção do aço, de vidros especiais e de louças finas. Também são empregados íons fosfato na produção de alguns detergentes e produtos de limpeza, em razão de serem eficientes na remoção de graxas e gorduras. No entanto, mais recentemente esse uso vem sendo reduzido por causa da elevação da concentração de níveis de fosfato em fontes naturais de água, o que pode contribuir para o crescimento de algas não desejáveis.

O fósforo branco é usado em aplicações espaciais e militares, como fonte de fumaça e no preenchimento de granadas, projéteis incendiários e sistemas de propulsão.

Vista aproximada de um palito de fósforo sendo riscado na faixa lateral de uma caixa de fósforos.
A faixa lateral da caixa de fósforos contém o elemento fósforo.

O fósforo vermelho é usado na produção de superfícies de impacto para os palitos de fósforo de segurança, estando presente nas laterais das caixinhas de fósforo, e não no palito. Isso mesmo, o palito de fósforo não contém fósforo. A cabeça do palito é formada por uma substância combustível, enxofre e aglutinante.

Já o fósforo preto é capaz de conduzir corrente elétrica e vem sendo pesquisado para ser usado na área tecnológica.

O fósforo também possui importante função biológica em todos os organismos vivos. Esse elemento faz parte da estrutura básica do DNA e RNA e participa ativamente nos processos de transferência energética nas células, pois compõe o ATP (trifosfato de adenosina).

O ATP é conhecido por estocar a energia obtida por meio da ingestão de alimentos e promover a sua liberação, conforme as demandas do organismo, por meio da quebra da molécula, que é um processo altamente exergônico. A molécula de ATP é formada por uma base nitrogenada adenina, uma ribose e três grupos fosfato.

Acesse também: Potássio — outro elemento químico muito utilizado na fabricação de fertilizantes

Alimentos ricos em fósforo

Exemplos de alimentos ricos em fósforo.
Exemplos de alimentos ricos em fósforo.

O fósforo é um importante nutriente ao corpo humano, sendo que cerca de 70% do fósforo consumido é empregado para a manutenção de ossos e dentes, constituídos principalmente por fosfato de cálcio (Ca3(PO4)2), e os 30% restantes são usados para a metabolização de carboidratos, com função de reserva energética. Assim, consumir alimentos ricos em fósforo tem grande importância biológica. Os alimentos que possuem significativas doses de fósforo são:

  • Carnes em geral (frango, peixe, boi e suínos. Sardinha, frutos do mar e miúdos também são ricos em fósforo. Carnes processadas, como salsicha, linguiça e salame, possuem fósforo em alta concentração, derivado da condimentação).

  • Leite e derivados (iogurtes, queijos, sorvete etc.).

  • Oleaginosas (amendoim, castanha-do-pará, amêndoa, avelã).

  • Ovos.

  • Grãos (lentilha, feijão, soja).

Importante: Os órgãos de saúde recomendam que a dose diária de ingestão de fósforo seja de cerca de 700 g.

Precauções com o fósforo

O fósforo, quando está sob a forma alotrópica de fósforo branco, é tóxico aos seres humanos, além de ser perigoso pela alta inflamabilidade, podendo entrar em ignição pelo contato com o ar atmosférico. Em contato com a pele, o fósforo branco pode causar queimaduras.

O fósforo vermelho não é tóxico, no entanto pode se converter espontaneamente em fósforo branco, liberando vapores tóxicos quando aquecido.

História do fósforo

Há alguns registros históricos não claros e não conclusivos de que o fósforo tenha sido obtido acidentalmente por alquimistas no século 12.

Formalmente, o elemento fósforo foi obtido em 1669 pelo comerciante alemão Henning Brand, o qual possuía a alquimia como hobbie. Brand deixou baldes com urina em repouso por muito tempo, até o desenvolvimento de microrganismos. Então, ele ferveu esse material, formando uma pasta, que posteriormente foi misturada com areia e aquecida. Desses experimentos, Brand obteve o fósforo elementar por destilação.

A capacidade de brilhar no escuro do novo material isolado chamou a atenção de pesquisadores da época, e assim o fósforo ficou como curiosidade durante algumas décadas.

Mais tarde, foi percebido que esse elemento fazia parte da composição dos ossos, por meio de experimentos de digestão (dissolução) de ossos em ácido nítrico ou ácido sulfúrico, formando o ácido fosfórico (H3PO4). O H3PO4 dava origem ao fósforo utilizando o processo de destilação.

Em meados de 1800, o cientista James Burgess Readman desenvolveu um método para a obtenção de fósforo por meio de rochas fosfáticas com o uso de fornos elétricos. Nos dias atuais, o processo de obtenção do fósforo é ainda semelhante a este.

Créditos de imagem

[1] Leiem / Wikimedia Commons (reprodução)

[2] James St. John / Wikimedia Commons (reprodução)

Publicado por Ana Luiza Lorenzen Lima

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