chemistry

A.    SIFAT-SIFAT FOSFOR

A.1. Sifat Fisika

Tabel I Beberapa Sifat Fisika Fosfor

Rumus molekul umum	P4
Massa atom relative	39, 9738
Nomor atom	15
Konfigurasi electron	[Ne] 3s23p3
Struktur electron	2,8,5
Jari-jari atom (nm)	0,110
Jari-jari kovalen, A	1,10
Jari-jari ion (E3+) A	2.12
Jari-jari ion (E5+) A	0,34
Keelektronegatifan (skala pauling)	2,06
Energi ionisasi pertama (Kj mol -1)	1066
Energi pengionan, ev/atom	9,8
Afinitas elektron, kJ/mol	-75
Kerapatan (g cm-3)	1,82 (fosfor putih)
Titik leleh (0C)	44,1 (fosfor putih)
Titik didih (0C)	280
Penampilan pada suhu kamar	Zat padat putih, seperti lilin, merah (lembayung) atau hitam
Struktur P4
Ikatan P4

A.2. Sifat Kimia

Tabel II. Sifat kimia fosfor

Bilangan oksidasi tertinggi	+5
Oksidasi tertinggi	P2O5
Rumus asam	H3PO4 (asam)
Ikatan dalam oksidasi	Kovalen
Kekuatan asam	Asam lemah

Unsur-unsur  grup VA bisa bertindak sebagai zat pengoksid dan zat pereduksi. Bila bertindak sebaagai zat pengoksida, mereka mencapai keadaan oksidasi -1,-2,-3. bila bereaksi sebagai zat pereduksi, diperoleh keadaan oksidasi +1,+2,+3,+4 dan +5. keadaan oksidasi yang paling umum dari anggota keluarga ini adalah -3,+3, dan +5.

            Barangkali sifat kimia yang paling mencolok dari keluarga nitrogen, adalah ketidakaktifan nitrogen unsur. Mungkin ia tahan terhadap penggabungan dengan atom-atom lain, karena afinitas besar yang dimiliki atom nitrogen yang satu terhadap sesamanya. Ketidakaktifan nitrogen nampak pada banyak proses umum. Dalam perubahan-perubahan yang terlibat dalam pembakaran, fermentasi, pembusukan dan berkeringatnya binatang, yang mengambil bagian adalah oksigen dan nitrogen. Berbeda dengan ketidakaktifan nitrogen, fosfor justru sangat aktif . fosfor putih sangat reaktif dan sangat beracun. Fosfor merah kurang reaktif dan relative tidak beracun. Selain dari fosfor putih dan fosfor merah, terdapat fosfor hitam. Fosfor hitam yang mirip dengan grafit, dapat dibuat dengan cara memanaskan fosfor putih pada tekanan tinggi. Fosfor hitam tidak stabil dan pada pemanasan di atas 550C berubah menjadi fosfor merah.

Teori bahwa fosfor putih bisa menyala dalam gelap adalah pada dasarnya akibat adanya eksitasi elektron yaitu berpindahnya elektron dari orbital yang memiliki tingkat energi yang lebih rendah ke yang lebih tinggi, yang merupakan reaksi yang non-spontan artinya membutuhkan pemanasan atau pembakaran hingga menyebabkan elektron tersebut bisa tereksitasi. Misalnya jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengeksitasi elektron tersebut adalah X kJ. Pada saat elektron yang tereksitasi ingin kembali ke orbital asalnya ( yang memiliki energi lebih rendah), energi sejumlah X kJ itu dilepas kembali. Energi yang dilepas ini berada dalam bentuk photon (cahaya), yang panjang gelombangnya berada di range “visible” (warna yang dapat dilihat mata manusia). Itulah sebabnya sebuah warna akan berpendar dari zat tersebut. Kemampuan zat untuk memendarkan cahaya dengan cara seperti ini sebenarnya di bagi menjadi beberapa jenis, dua diantaranya adalah phophorecence dan fluororecence. Phophorecence berbeda dengan  fluororecence dalam hal lama waktu zat tersebut ‘menyimpan’ cahaya mereka. Umumnya phophorecence akan berpendar lebih lama.

Fosfor dapat membentuk  ikatan dengan cara yang mirip dengan nitrogen. Fosfor dapat membentuk tiga ikatan kovalen, menerima tiga elektron membentuk ion P^3-, dan membentuk ikatan koordinat dengan spesi yang kekurangan elektron. Fosfor tidak dapat membentuk ikatan ion dan ikatan koordinat seperti yang terjadi pada nitrogen.

Fosfor dapat juga membentuk lima ikatan kovalen dengan menggunakan orbital 3d yang dapat dijelaskan dengan hibridasi dsp³. Nitrogen tidak membentuk lima ikatan kovalen karena tidak terdapat orbital 2d.

Hal ini dapat menjelaskan apa sebabnya nitrogen hanya dapat membentuk satu macam klorida yaitu NCl₃ tetapi fosfor dapat membentuk dua macam klorida yaitu PCl₃ dan PCl₅.

Fosfor harus di simpan dalam larutan polar karena sifat fosfor sangat  reaktif yang disebabkan oleh sudutnya sebesar 60⁰ dan memiliki gaya Van der Waals yang lemah sehingga lebih mudah terputus ikatannya dan bersenyawa dengan unsur logam, halogen terutama sangat reaktif dengan oksigen, oleh karena itu fosfor harus diamankan dengan menyimpan di dalam air, CS₂, benzena dan pelarut organik.

Kedua, karena fosfor berbentuk tetrahedral yang memiliki momen dipol sehingga bersifat polar dan larut dalam pelarut polar.

B.     SENYAWA FOSFOR

Fosfor dapat bersenyawa dengan kebanyakan nonlogam dan logam-logam reaktif. Dengan logam aktif pada alkali dan alkali tanah atau golongan I dan golongan II, fosfor akan membentuk senyawa ion atau membentuk fosfida yang mengandung ion fosfida P³⁺.

Na₃P_(s) + 3H₂O_(l)→3NaOH_(aq)+PH_3(g)

Dalam air, ion fosfida terhidrolisis menghasilkan fosdin (PH₃). Contoh lain senyawa fosfor dengan logam ialah Ca₃P₂.

B.1. Fosfor Bersenyawa dengan Unsur Halogen

Fosfor membentuk dua macam senyawa dengan halogen, trihalida PX₃ (X=F, Cl, Br dan I) dan pentahalida PX₅ (X=F, Cl, Br). Senyawa terpenting dari halogen dengan fosfor ialah PCl₃ untuk trihalida, dan PCl₅ untuk pentahalida.

1.    Fosfor Triklorida

PCl₃ dibuat dengan mereaksikan leburan fosfor dan klor. Jika terdapat klor berlebih akan terbentuk PCl₅.

P_4(l)       +          6C_l2(g)            4 PCl_3(g)

PCl_3(g)   +          Cl_2(g)               PCl_5(g)

PCl₃ merupakan cairan yang mudah menguap dan mendidih pada 760^oC. digunakan sebagai bahan dasar untuk membuat berbagai senyawa fosfor. Jika terkena air, PCl₃ akan mengalami hidrolisis menghasilkan asam fosfit.

PCl₃     +          3 H₂O                       H₃PO₃            +          HCl

Banyak pestisida yang mngandung fosfor dibuat dari PCl₃. PCl₃ dapat beraksi dengan oksigen menghasilkan POCl₃ (fosforit klorida/fosfor oksiklorida). POCl₃ digunakan sebagi komponen dalam zat pemadam kebakaran karena dapat memperlambat terjadinya nyala (Hiskia Ahmad).

2.    Fosfor (V) Klorida atau Pentahalida

PCl₅ mempunyai stuktur bipiramidal trigonal dalam gasnya, lelehan, larutan dalam pelarut non polar. Padatannya adalah [PCl₄]⁺ [PCl₆]^-. Dalam pelarut polar seperti CH₃NO₃, PCl₅ terionisasi. PCl₄⁺ merupakan ion tetrahedral.

B.2. Fosfor bersenyawa dengan oksigen

Senyawa fosfor dengan oksigen yang terpenting adalah oksida fosfor, asam fosfat, asam polifosfat, dan asam fosfit.

1.      Oksida Fosfor, P₄O₁₀

Fosfor putih, merah, atau hitam, berupa satu alotropi fosfor. Jika dibakar dengan kelebihan oksigen, akan menghasilkan serbuk putih fosfor oksida, P₄O₁₀ (nama sistematisnya tertrafosfor dekaoksida) disebut juga fosfor penta oksida karena rumus empirisnya P₂O₅

P_4(s)      +          5O_2(g)                                    P₄O_10(s)

P₂O₅  jika bereaksi dengan air sambil menghasilkan kalor (panas) juga dihasilkan asam fosfat (H₃PO₄).

P₄O_10(s) +          6H₂O_(l)                                 4H₃PO_4(l).

P₄O₁₀ dipakai sebagai desikan (di laboratorium) yaitu zat yang menarik uap air dari udara atau zat lain. P₄O₁₀ dapat menarik molekul dari senyawa yang mengandung hidrogen dan oksigen, contoh dari HNO₃

P₄O₁₀   +          HNO₃                       4H₃PO₄  +  6N₂O₅

P₄O₆ disebut juga fosor trioksida, jika fosfor putih dibakar denagn oksigen yang kurang, tidak semua fosfor teroksidasi menjadi P₄O₁₀, sebagian akan berupa P₄O₆. P₄O₆ berwujud padat dengan titik lebur 23,8^oC dan titik didih 175^oC. uapnya bersifat racun, dan bila dikocok dengan air dingin akan membentuk H₃PO₃ (asam fosfit).

P₄O_6(s)  +          6H₂O_(l)                      4H₃PO_3(l)

2.      Asam Fosfat

Asam oksifosfor yang sangat penting adalah asam fosfat H₃PO₄. Setiap tahun dibuat sekitar 1010 kg asam fosfat. Seperti untuk pupuk (ammonium fosfat) dan sebagai zat tambahan pada pangan dan detergen.

Asam fosfat dibuat secara besar-besaran dari mineral fosfat yang direaksikan dengan asam sulfat.

Ca₃(PO₄)_2(s) + 3H₂SO_4(aq) + 6H₂O                 3CaSO₄ + 2H₂O + 2H₃PO_4(aq)                    

Garam sulfat yang tidak larut disaring, dan asam fosfat dipekatkan dengan menguapkan sehingga didapat larutan H₃PO₃ 85% massa. H₃PO₄ murni berupa padatan yang jernih, tidak berwarna dengan titik lebur 42,40C. dalam air, H₃PO₄ bersifat asam tripotik yang lemah strukturnya.

                              O

              H     O     P      O      H

                              O

                              H

                      i.            Batu fosfat, Ca₃ (PO₄)₂  dapat dihaluskan dan dipakai sebagai pupuk, tetapi kelarutannya sangat kecil dalam air. Bila Ca₃ (PO₄)₂ diberi H₂SO₄ encer akan menghasilkan superfosfat, yaitu campuran CaSO₄ dan Ca(H₂PO₄)₂  yang kelarutannya cukup besar sehingga efektif sebagai pupuk.

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ + 4H₂O           2CaSO₄∙2H₂O +  Ca(H₂PO₄)₂

                    ii.            Natrium fosfat (Na₃PO₄₎ disebut juga TSP (trinatrium fosfat) sangat efektif sebagai zat pemutih dan menurunkan kesadahan air. Air sadah adalah air yang mengandung ion Ca^2+, Na^2+, dan Fe²⁺. Ion ini mengendapkan sabun sehingga tidak berbusa dalam air.

3.      Asam polifosfat

Dua molekul asam fosfat dapat bergabung bila dipanaskan sampai suhu 250^oC, sehingga membentuk asam difosfat/asam firofosfat (H₄P₂O₇).

‌          O                        O                          O       O

H−O−P−O−H + H−O−P−O−H → H−O−P−O−P−O−H + H2O

          O                        O                          O       O     

          H                        H                          H       H

Senyawa ini berupa padatan tidak berwarna yang larut dalam air. Garam Na­₄P₂O₇ larut dalam air dan dipakai sebagai bahan tambahan detergen.

Jika H₃PO₄ dipanaskan sampai 400­⁰C, terjadi penggabungan tiga molekul H₃PO₄ atau lebih, yang disebut asam metafosfat (HPO₄)_n. garam metafosfat, (NaPO₃)_n dibuat dengan memanaskan natrium dihidrogen fosfat.

_nNaH₂PO₄ + 2Na₂HPO₄ → Na₅P₃O₁₀ + 2H₂O

Polifosfat berantari pendek, misalnya natrium trifosfat (Na₅P₃O₁₀) dapat dibuat melalui reaksi :

NaH₂PO₄ + 2Na₂HPO₄ → Na₅P₃O₁₀ + 2H₂O

Natrium trifosfat dalam air membentuk anion P₃O₁₀^5-

          O       O       O                      

(-) O−P−O−P−O−P−O (-)

          O     O       O                                     

          (-)     (-)      (-)                                    

Senyawa ini terdapat dalam detergen untuk menurunkan kesadahan air, akan tetapi air limbah cucian yang mengandung senyawa fosfat mempercepat pertumbuhan ganggang di danau.

4.      Asam fosfit (H₃PO₃)

Dapat dibuat dengan reaksi : P₄O_6(s) + 6H₂O_(l) → 4H₃PO_3(aq) senyawa ini adalah asam diprotik karena strukturnya :

                              O

              H     O     P      O      H

                              O

                              H

Hidrogen yang dapat terionisasi hanya terikat pada oksigen, maka garam natrium fosfit yang dapat terbentuk hanya NaH₂PO₃ dan NaHPO₃. Asam atau garam fosfit dapat sebagai pereduksi, contohnya mereduksi ion perak menjadi logamnya.

C.    SIKLUS FOSFOR

Siklus fosfor, bersifat kritis karena fosfor secara umum merupakan hara yang terbatas dalam ekosistem. Tidak ada bentuk gas dari fosfor yang stabil oleh karena itu siklus fosfor adalah “endogenic”. Dalam geosfer, fosfor terdapat dalam jumlah besar dalam mineral-mineral yang sedikit sekali larut, seperti hidroksiapilit, garam kalsium.

Penjelasan:

Daur fosfor terlihat akibat aliran air pada batu-batuan akan melarutkan bagian permukaan mineral termasuk fosfor akan terbawa sebagai sedimentasi ke dasar laut dan akan dikembalikan ke daratan. Burung laut mempunyai peran penting dalam proses ini, ia akan mengembalikan fosfor dalam bentuk fosfat. Perubahan dari anorganik fosfat tidak larut (insoluble) ke fosfat terlarut (soluble) merupakan aktivitas mikroorganisme yang mampu mengubah fosfor tidak larut ke fosfat terlarut dapat di ketahui dengan metoda agar dengan menambahkan glukosa dan Ca3 (PO4).

Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh dekomposer (pengurai) menjadi fosfat anorganik. Fosfat anorganik yang terlarut di air tanah atau air laut akan terkikis dan mengendap di sedimen laut. Oleh karena itu, fosfat banyak terdapat di batu karang dan fosil. Fosfat dari batu dan fosil terkikis dan membentuk fosfat anorganik terlarut di air tanah dan laut. Fosfat anorganik ini kemudian akan diserap oleh akar tumbuhan lagi. Siklus ini berulang terus menerus.

D.    KEBERADAAN FOSFOR

Fosfor termasuk peringkat kesepuluh dalam kelimpahan unsur, terdapat sebagai fosfat dalam berbagai mineral. Fosfor dialam terdapat dalam dua bentuk, yaitu senyawa organik dan senyawa fosfat anorganik. Senyawa fosfat organik terdapat pada tumbuhan dan hewan sedangkan senyawa fosfat anorganik terdapat pada air dan tanah. Mineral fosfat yang terpenting adalah fluoroapati Ca₅(PO₄)₃F dan fosforit yang merupakann hidroksiapatit, Ca₅(PO₄)₃OH.

Unsur fosfor diproduksi dari batu fosfat dipanaskan dengan silica dan kokas dalam tanur listrik.

2 Ca(PO₄)_2(s) + 6 SiO_2(s) + 10 C_(s)   ^{1200 - 14500C}  6 CaSiO_3(l) +10 Co_(g) +P_4(g) ;

H = 3050kJ

E.     PEMBUATAN FOSFOR

Fosfor diproduksi dalam skala besar dengan reaksi suatu mineral fosfat, pasir, dan kokas. Proses ini dapat diringkas dengan persamaan berikut :

     

2Ca₃(PO₄)₂ + 6SiO₂      ^{sangat panas}      6CaSiO₃ + P₄O₁₀

        Kalsium             silica                                            kalsium        fosfor (V)

          fosfat               (pasir)                                           silikat          oksida

lalu

         P₄O₁₀ + 10C    ^{sangat panas}      10CO + 4P

Selagi  P₄O₁₀ terbentuk, uapnya naik melalui campuran dan bereaksi dengan karbon panas menghasilkan karbon monoksida dan fosfor. Fosfor ini dipisahkan dari CO gas dengan mengalirkan campuran melalui pipa dingin kemudian fosfor cair mengembun.

F.     PENGGUNAAN FOSFOR

·         Ion HPO₃ dan HPO₄^2-. Dalam darah manusia terdapat dalam sistem buffer yang terdiri dari ion-ion H₂PO₄ dan HPO₄^2-. Reaksi buffer dapat mencegah perubahan PH dalam darah.

·         PCl₃ merupakan bahan dasar untuk membuat berbagai senyawa fosfor.

·         POCl₃(fosforil klorida) digunakan sebagai komponen dalam zat pemadam kebakaran karena dapat memperlambat terjadinya nyala.

·         H₃PO₃ (asam fosfonik) dan Na₂HPO₃ (garam fosfit) merupakan zat pereduksi yang baik.

·         H₃PO₄ (asam fosfat) untuk membuat pupuk, pembuatan detergen.

·         Garam Na₃PO₄ digunakan untuk menghilangkan kesadahan air dan sebagai zat pembersih, yaitu bereaksi dengan ion-ion Ca²⁺, Mg^2+, Fe³⁺ membentuk ion kompleks pada air sadah.

·         Ca(H₂PO₄)₂ dan CaSO₄ direaksikan akan menghasilkan pupuk superfosfat.

·         Fosfor merah biasa dipakai untuk bahan peledak, kembang api.

·         Fosfor merah dicampur pasir dipakai sebagai bahan korek api.

·         Garam Na₄P₂O₇ digunakan sebagai bahan tambahan detergen.

·         Ca(H₂PO₄)₂ digunakan untuk membuat tepung kue.

·         P₄O₁₀ merupakan salah satu zat pengering.

·         PH₃ digunakan untuk membuat senyawaan organofosfor dalam industri.

·         H₃PO₄ dibuat dari PCl₃ atau P₄O₆ berguna untuk pembuatan pestisida.

·         Dalam organisme, fosfor terdapat dalam asam nukleat dan fosfolipid.