Chimica degli elementi nell’ambiente. SCHEDA DI PROGRAMMAZIONE Classe di riferimento: 2 classe ITIS, indirizzo chimico; Unità didattica: fosforo; Modulo.

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1 Chimica degli elementi nell’ambiente

2 SCHEDA DI PROGRAMMAZIONE Classe di riferimento: 2 classe ITIS, indirizzo chimico; Unità didattica: fosforo; Modulo didattico: Tavola Periodica; Numero di lezioni: 1 lezione frontale; Prerequisiti: legame chimico; numero di ossidazione; reazioni chimiche; stati della materia; acidi e basi; tavola periodica. Obiettivi: alla fine di questa unità didattica gli studenti dovranno conoscere: le proprietà del fosforo; i principali composti contenenti il fosforo; i principali impieghi dei composti fosforati; il ciclo del fosforo; l’eutrofizzazione.

3 Il fosforo è l'elemento chimico avente numero atomico 15 e simbolo P. È un non-metallo del V gruppo.

4 Il fosforo bianco, ottenuto nel 1669 dall'alchimista tedesco Henning Brand a partire da fosfati ottenuti dall'urina, possiede una grande affinità per l’ossigeno. Brand stesso se ne accorse di persona allorché, raggiante, volle festeggiare la scoperta mostrando alla propria famiglia il pezzetto di fosforo bianco, appena isolato, nel palmo della mano: il solo soffio del suo fiato accese la reazione ustionandogli la pelle! STORIA

5 Il fosforo (P) esiste in varie forme allotropiche identificate dal loro colore. Le due più comuni sono il fosforo bianco ed il fosforo rosso, entrambi costituiti da gruppi tetraedrici di quattro atomi ciascuno. Il fosforo bianco brucia spontaneamente con l‘ossigeno dell'aria sopra i 40° C emettendo una debole fosforescenza. Il fosforo bianco può essere convertito nella forma rossa tramite riscaldamento in assenza di aria. Infine riscaldando il fosforo bianco a pressione molto elevata si ottiene il fosforo nero. il FOSFORO elementare

6 Il fosforo bianco è prodotto a livello industriale; emette luce nell'oscurità, è spontaneamente infiammabile; esposto all'aria costituisce un veleno mortale e brucia spontaneamente all'aria ; si converte nella forma rossa per esposizione alla luce o al calore Il fosforo rosso a) ha un colore variabile da arancione a porpora, a causa di leggere variazioni nella sua struttura chimica. Il fosforoso nero, a)è prodotto ad alta pressione, b) assomigli alla grafite e, come la grafite, ha la capacità di condurre l'elettricità.

7 La preparazione del fosforo elementare avviene a partire da rocce ad alto contenuto di Ca 3 (PO 4 ) 2, per riduzione in un forno elettrico con carbone, in presenza di sabbia silicea, a temperature di circa 1500°C Per condensazione dei vapori di fosforo si ottiene il fosforo bianco che viene conservato sott'acqua per proteggerlo dall’aria.

8 Il fosforo presenta non molti stati di ossidazione: +5, +3, 0, -2 (abbastanza raro) e -3. Lo stato di ossidazione -3, analogo a quello dell'azoto nell'ammoniaca, è rappresentato dalla fosfina PH 3, mentre il -2 dalla difosfina PH 2 PH 2 ; ambedue sono spesso prodotte per decomposizione anaerobica di sostanze organiche e danno origine, poiché si infiammano spontaneamente all'aria, ai cosiddetti "fuochi fatui" visibili talvolta nei cimiteri (di notte). STATI DI OSSIDAZIONE DEL FOSFORO

9 Il fosforo, a differenza dell’azoto, è molto reattivo e, pertanto, non si trova libero in natura, ma si combina con altri elementi per dare composti non volatili (fosfati: sali dell’acido fosforico). Biosfera (fosforo organico) Litosfera Fosfati di calcio, ferro e alluminio (fosforo inorganico) Idrosfera Sali di Fosfati disciolti ( fosforo inorganico)

10 Le rocce fosfatiche sono una importante fonte commerciale di questo elemento. Grandi giacimenti di apatite sono presenti in Russia, in Marocco, negli Stati Uniti. Apatiti Le apatiti hanno formula generale 3Ca 3 (PO 4 ) 2. CaX 2 in cui X è uno degli anioni fluoruro F -, cloruro Cl -, ossidrile OH -. Si parla così di fluoroapatiti, cloroapatiti, idrossiapatiti, in funzione della natura di X. Possono presentarsi in diverse forme cristalline. Fosforo inorganico

11 L’osso è un particolare tessuto mineralizzato costituito da una matrice organica di fibre di collagene (proteine) disperse in una massa organica di minerali. I minerali che compongono questo particolare tessuto sono costituiti da idrossiapatite Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) 85% ossatura scheletrica fosfolipidi esteri fosforici Nel sangue il fosforo si presenta sia come frazione organica, fosfolipidi e esteri fosforici, sia come frazione minerale, proprio quest'ultima è dosata nella fosforemia o meglio fosfatemia 0,3% sangue 14% tessuti molli Il fosforo inorganico rappresenta circa l’1% del nostro peso corporeo 0.7% denti

12 Fosforo organico Costituente strutturale delle cellule (fosfolipidi) Presente nei sistemi tampone dei fluidi corporei Componente di ATP Costituente degli acidi nucleici (DNA e RNA) e dei nucleotidi

13 Ciclo del fosforo

14 PRINCIPALI IMPIEGHI DEI DERIVATI DEL FOSFORO INSETTICIDI FERTILIZZANTI DETERSIVI PESTICIDI

15 USI INDUSTRIALI L’uso principale del fosforo (1,5 milioni di tonnellate/anno) è nella preparazione industriale di P 2 O 5 (≈85%) destinata poi alla produzione di H 3 PO 4. Il composto più importante del fosforo, per il suo massiccio impiego come fertilizzante, è il Ca(H 2 PO 3 ) 2 (nome commerciale “perfosfato”); tutti i fosfati di calcio sono assimilabili dalle piante, ma mentre Ca 3 (PO 4 ) 2 e CaHPO 4 (rispettivamente fosfato tricalcico e fosfato bicalcico) sono poco solubili in acqua, il Ca(H 2 PO 4 ) 2 è molto più solubile. Fosfati e polifosfati sono usati anche come detersivi (responsabili dell’eutrofizzazione delle acque dei fiumi e laghi, cioè eccessiva crescita di alghe). i fosfati sono usati nei vetri speciali per le lampade al sodio;sodio il fosfato di calcio è usato per la produzione della porcellana e per la produzione del mono-fosfato di calcio, usato come lievitante;calcioporcellana il fosfato trisodico è impiegato per addolcire l'acqua e prevenire le ostruzioni da calcarecalcare il fosforo bianco trova impego nell'industria bellica per la produzione di ordigni incendiari, bombe fumogene e proiettili traccianti L’anidride fosforica è un energico agente disidratante e viene usata in sintesi organica per disidratare i solventi (benzene, etere etilico, etc.).

16 Danni da fosforo oIl fosforo è molto velenoso, la dose letale media è di 50 milligrammi. oL'allotropo bianco va conservato sotto acqua e va manipolato solo con pinze, dato che il contatto con la pelle può causare ustioni. oL'avvelenamento cronico provoca la necrosi del tessuto osseo. oGli esteri fosforici sono velenosi per il sistema nervoso, mentre i fosfati inorganici sono sostanzialmente atossici. oLo sversamento di grandi quantità di fertilizzanti o detergenti a base fosforica causa l'inquinamento del suolo e delle acque.

17 EUTROFIZZAZIONE CHE COS’E L’EUTROFIZZAZIONE? E’ una abnorme proliferazione di biomassa vegetale (microalghe). Il termine "eutrofizzazione", dal greco eutrophia (eu = buona, trophòs = nutrimento), in origine indicava, in accordo con la sua etimologia, una condizione di ricchezza in sostanze nutritive (nitrati e fosfati) in ambiente acquatico; Oggi viene correntemente usato per indicare le fasi successive del processo biologico conseguente a tale arricchimento e cioè l’abnorme sviluppo di alghe con conseguenze spesso deleterie per l’ambiente.

18 EUTROFIZZAZIONE FASI DEL CICLO DI EUTROFIZZAZIONE AUMENTA L’APPORTO DI NUTRIENTI IN MARE AUMENTA L’APPORTO DI NUTRIENTI IN MARE SI SVILUPPANO LE FIORITURE MICROALGALI SI SVILUPPANO LE FIORITURE MICROALGALI LE ALGHE MUOIONO E SI DEPOSITANO SUL FONDO LE ALGHE MUOIONO E SI DEPOSITANO SUL FONDO LA DECOMPOSIZIONE DELLE ALGHE MORTE SOTTRAE O 2 ALLE ACQUE DI FONDO LA DECOMPOSIZIONE DELLE ALGHE MORTE SOTTRAE O 2 ALLE ACQUE DI FONDO GLI ORGANISMI MUOIONO O MIGRANO GLI ORGANISMI MUOIONO O MIGRANO SI MODIFICA LA COMPOSIZIONE DELLE BIOCENOSI DI FONDO SI MODIFICA LA COMPOSIZIONE DELLE BIOCENOSI DI FONDO Per ridurre gli effetti dell'eutrofizzazione occorre diminuire gli apporti di azoto e fosforo alle acque superficiali. Tra gli interventi diretti, vi è la realizzazione di impianti di depurazione delle acque di scarico; tra gli indiretti, la limitazione al contenuto di fosfati nei detersivi per uso domestico

19 Fosforo P Proprietà chimico-fisiche Posizione nella tavola periodica si trova in un particolare alla quale si associano determinate minerali ritroviamo nei Fosforo organico Fosforo inorganico si può trovare come molecole biologiche: DNA, RNA, fosfolipidi, ATP si trova negli organismi viventi come Ciclo del fosforo Ossa, denti, Sangue e tessuti molli costituente delle