Tabla periódica

Fósforo (P)

Howard Birdsong Compilado a partir de fuentes primarias IUPAC, NIST y PubChem

El fósforo es el elemento 15, de símbolo P, configuración electrónica [Ne] 3s² 3p³ y masa atómica estándar 30,973761998 u. Tiene un solo isótopo estable y varias formas alotrópicas de propiedades radicalmente distintas: la blanca es pirofórica y tóxica, la roja es estable e inofensiva.

¿Cómo se descubrió destilando orina?

En 1669, el alquimista de Hamburgo Hennig Brand buscaba la piedra filosofal. Su razonamiento partía del color: la orina es dorada, luego quizá contenga oro.

Reunió una cantidad considerable —las crónicas hablan de más de mil litros—, la dejó fermentar durante días, la evaporó hasta obtener un residuo pastoso y lo calentó al rojo en una retorta. De la destilación salió un vapor blanco que condensó bajo agua en una sustancia cérea.

La sustancia brillaba en la oscuridad. Brand la llamó fósforo, del griego phosphoros, portador de luz.

No era oro, pero era el primer elemento descubierto en tiempos históricos por una persona identificable. El oro, el hierro o el azufre se conocían desde la antigüedad sin descubridor.

El rendimiento era ínfimo y la fuente lo explica: la orina contiene fosfato procedente del metabolismo óseo. Décadas más tarde se comprobó que los huesos eran una materia prima mucho mejor, y en el siglo XIX se pasó a la roca fosfórica.

⚠️ El resplandor que dio nombre al elemento no es fosforescencia en el sentido técnico moderno. Es quimioluminiscencia: el fósforo blanco se oxida lentamente en presencia de aire húmedo y la reacción emite luz.

¿Qué distingue al fósforo blanco del rojo?

La geometría, y las consecuencias son extremas.

El fósforo blanco consiste en moléculas P₄ tetraédricas. Cada átomo se une a los otros tres, lo que fuerza ángulos de enlace de 60 grados. El ángulo natural para los orbitales implicados estaría cerca de 100 grados, de modo que la molécula está muy tensionada.

Esa tensión almacena energía y la hace extraordinariamente reactiva. Se inflama espontáneamente en el aire por encima de unos 30 °C, motivo por el cual se almacena bajo agua. Es además muy tóxico: la dosis letal ronda el miligramo por kilogramo, y provoca necrosis ósea.

El fósforo rojo se obtiene calentando el blanco a unos 250 °C en ausencia de aire. Los tetraedros se abren y se enlazan formando cadenas poliméricas. Sin tensión y sin moléculas discretas, el material es estable al aire, no arde espontáneamente y no es tóxico por ingestión.

Existen además el fósforo negro, la forma termodinámicamente más estable, con estructura laminar parecida al grafito y semiconductora, y el fósforo violeta, otra variante polimérica.

Que un mismo elemento pase de veneno pirofórico a material de uso doméstico mediante un cambio de estructura es uno de los ejemplos más claros de que la química no depende solo de qué átomos hay, sino de cómo están dispuestos.

¿Por qué la vida depende del fosfato?

Porque el grupo PO₄³⁻ hace algo que ningún otro grupo funcional consigue igual de bien: unir dos cosas de forma estable y a la vez desmontable.

En el ADN y el ARN, los fosfatos forman los enlaces fosfodiéster que unen un azúcar con el siguiente. Cada fosfato conserva una carga negativa tras formar los dos enlaces, lo que mantiene la molécula soluble y, sobre todo, la retiene dentro de la membrana celular: una molécula cargada no atraviesa una bicapa lipídica.

En el ATP, tres fosfatos se encadenan. Sus cargas negativas se repelen, de modo que romper el último enlace libera energía aprovechable. El ATP no es un almacén de energía a largo plazo sino una moneda de cambio: una célula humana recicla su propio peso en ATP a lo largo de un día.

En las membranas, los fosfolípidos tienen una cabeza de fosfato hidrófila y dos colas hidrocarbonadas hidrófobas. Esa dualidad hace que se organicen espontáneamente en bicapas.

En la regulación, añadir un fosfato a una proteína cambia su forma y su actividad. Las quinasas fosforilan y las fosfatasas desfosforilan; ese interruptor gobierna buena parte de la señalización celular.

¿Cómo funcionan realmente las cerillas?

La cerilla moderna separa los dos ingredientes de la reacción, y esa separación es lo que la hace segura.

La cabeza contiene clorato potásico como oxidante, azufre o un sulfuro como combustible, vidrio molido como abrasivo y un aglutinante. Por sí sola no se enciende con facilidad.

La banda de la caja contiene fósforo rojo mezclado con vidrio molido. Al frotar, la fricción genera calor suficiente para convertir localmente algo de fósforo rojo en fósforo blanco, que se inflama al instante. Esa chispa enciende el clorato de la cabeza, y la reacción se propaga a la madera.

Las cerillas anteriores a 1844 llevaban fósforo blanco en la propia cabeza. Se encendían al frotarlas contra cualquier superficie, lo que era cómodo y peligroso, y sobre todo enfermaban a quienes las fabricaban. La necrosis mandibular por exposición al fósforo blanco, conocida como phossy jaw, afectó gravemente a las obreras de las fábricas británicas y provocó la huelga de las cerilleras de Londres en 1888. Un convenio internacional prohibió el fósforo blanco en cerillas en 1906.

¿Por qué preocupa el suministro?

Porque el fósforo no tiene sustituto ni fuente renovable.

El nitrógeno agrícola puede fabricarse a partir del aire mediante Haber-Bosch. El fósforo no: no hay fósforo en la atmósfera. Todo el que se usa procede de roca fosfórica extraída de minas, un recurso finito.

Las reservas están además muy concentradas. Marruecos y el Sáhara Occidental albergan alrededor del 70 % de las reservas mundiales identificadas, seguidos a gran distancia por China, Egipto y Argelia. Esa concentración es mayor que la del petróleo en su momento de máxima concentración.

El fósforo aplicado como fertilizante tampoco se recupera. Una parte la absorbe el cultivo y llega a la mesa; el resto se lava hacia ríos y lagos, donde contribuye a la eutrofización junto con el nitrógeno. El que sí llega a la alimentación acaba en aguas residuales.

De ahí el interés creciente por la recuperación de fosfato en depuradoras, donde puede precipitarse como estruvita y devolverse al campo. Es hoy una tecnología madura pero de implantación desigual, porque el fosfato mineral sigue siendo más barato.

Datos esenciales

Z
15
Atomic weight
30.974 u
Category
no metal reactivo
State at 298 K
Solid
Occurrence
primordial
Discovered
1669
CAS
7723-14-0

Propiedades medidas

PropertyValueSource
Electronegativity 2.19 National Center for Biotechnology Information (NIH)
Melting point 317.3 K National Center for Biotechnology Information (NIH)
Boiling point 553.65 K National Center for Biotechnology Information (NIH)
Density stp 1.82 g/cm³ National Center for Biotechnology Information (NIH)
Atomic radius empirical 180 pm National Center for Biotechnology Information (NIH)
Ionization energy 1st 1,011.8 kJ/mol National Center for Biotechnology Information (NIH)
Electron affinity 72 kJ/mol National Center for Biotechnology Information (NIH)

Configuración electrónica

2 8 5 P
Noble gas notation
[Ne] 3s² 3p³
Full notation
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³
Electrons per shell
2, 8, 5

Isótopos

Preguntas frecuentes

¿Por qué el fósforo blanco arde solo y el rojo no?

Por la estructura. El fósforo blanco está formado por moléculas tetraédricas P₄ con ángulos de enlace de 60 grados, muy tensionados, lo que lo hace inestable y reactivo: se inflama espontáneamente hacia los 30 °C. El fósforo rojo es una red polimérica en la que esos tetraedros se han abierto y unido entre sí, sin tensión y sin reactividad espontánea. Es el mismo elemento con dos arquitecturas.

¿Hay fósforo en las cabezas de las cerillas?

En las cerillas de seguridad modernas no. La cabeza contiene clorato potásico y azufre; el fósforo rojo está en la banda rugosa de la caja. Al frotar, la fricción convierte localmente algo de fósforo rojo en blanco, que se inflama y enciende la cabeza. Separar los dos componentes fue la innovación que hizo seguras las cerillas, hacia 1844.

¿Por qué el fósforo es esencial para la vida?

Porque el grupo fosfato es el conector universal de la bioquímica. La cadena principal del ADN y del ARN está unida por enlaces fosfodiéster. El ATP almacena y transfiere energía en enlaces entre fosfatos. Las membranas celulares se construyen con fosfolípidos. Y la regulación de gran parte de las proteínas se hace añadiendo o quitando fosfatos. Ningún otro elemento cumple esas funciones.

¿Es cierto que se está agotando el fósforo?

Las reservas de roca fosfórica son finitas y están muy concentradas geográficamente: Marruecos y el Sáhara Occidental albergan alrededor del 70 % de las reservas mundiales identificadas. A diferencia del nitrógeno, el fósforo no puede fijarse del aire. Las estimaciones sobre cuándo escaseará varían mucho, pero el problema estructural —recurso no renovable, sin sustituto, geográficamente concentrado— no se discute.

Fuentes