זרחן

תכונות

לזרחן שלוש צורות אלטרופיות: זרחן לבן (או צהוב), זרחן אדום וזרחן שחור (או סגול):

זרחן לבן

מולקולת הזרחן במצב זה בנויה מארבעה אטומי זרחן כשכל אחד קשור לשלושת האחרים בקשר קוולנטי במבנה ארבעוני, ומסומלת P₄. לזרחן בצורה זו צבע לבן, מרקם דמוי שעווה וריח לא נעים. אל-מתכת זו לא מסיסה במים, אך היא מסיסה בפחמן דו-גופרי (CS₂) ובבנזן. זרחן לבן ניצת ספונטנית באוויר והופך לP₂O₅ ולכן משמש לייצור פצצות זרחן. כדי לשמור עליו יש לאחסנו במים. פרט לחמצן, זרחן לבן יגיב גם עם הלוגנים והתוצר יהיה PX₃ כאשר X הוא אטום הלוגן; עם מתכות לקבלת פוספידים כדוגמת Na₃P ; עם גפרית לתת תרכובות כ P₄Sₙ כשמספר אטומי הגפרית n יכול להיות 3, 5, 7, או 10. בתמיסה בסיסית ברתיחה יתקבל PH₃.

זרחן שחור

מתקבל מחימום זרחן לבן תחת לחץ גבוה. דומה לגרפיט ובנוי מלוחות כפולים במבנה גבישי אורתורומבי. זוהי הצורה הפחות פעילה כימית של היסוד.

זרחן אדום

צורה אמורפית של זרחן שכנראה נוצרת מפתיחה חלקית ופלמור של ארבעוני ה-P₄ שבזרחן הלבן. החומר מופק מחימום זרחן לבן בכלי אטום ל-400°C. מבחינת פעילותו הכימית הוא מייצג מצב ביניים בין זרחן לבן לשחור.

היסטוריה

הזרחן נתגלה ב־1669 על ידי אלכימאי גרמני בשם הנינג בראנד. כשעבד בהמבורג הוא ניסה לזקק מלחים משתן בעזרת אידוי. בתהליך זה הוא הפיק חומר לבן שזהר בחושך ונדלק בקלות. מאז, המילה "זרחורנות" משמשת לתיאור חומר שזוהר בחושך בלי לבעור. בגפרורים הראשונים השתמשו בזרחן לבן שהיה מסוכן ורעיל. רוצחים ומתאבדים השתמשו בזרחן לבן, וגם כמה מקרי הרעלה קרו כתוצאה משימוש בו (סיפור מפוקפק מספר שאישה ניסתה לרצוח את בעלה בעזרת זרחן לבן והתגלתה בגלל שאדי התבשיל שהכינה זהרו בחושך). חשיפה לאדים במפעל ייצור לגפרורים גרם לעובדים לקבל נמקים של עצמות הלסת. כשהזרחן האדום התגלה, הוא החליף את הזרחן הלבן בייצור גפרורים בזכות רעילותו ודליקותו הנמוכות יחסית.

צורה בטבע

הזרחן כמעט ואינו מצוי בצורה טהורה; הוא מופיע בדרך-כלל בצורת יון זרחה. מלחים המכילים יון זה (והמכונים פוספטים) הם מהמחצבים הנכרים ביותר בעולם, ומשמשים רבות בתעשייה ובחקלאות.

תפקיד ביולוגי

זרחן הוא יסוד חיוני כמעט לכל צורות החיים הידועות. זרחן אי אורגני בצורת יוני זרחה (PO₄³⁻) הוא חיוני לחיים ומופיע ברוב היצורים החיים.
יון הזרחה הוא חלק ממולקולת ה-DNA וה-RNA. תאים חיים משתמשים בתרכובת הזרחן ATP על מנת להפיק אנרגיה. פוספוליפידים הם המרכיבים העיקריים של קרום התא. הזרחן חיוני בתהליך העברת האותות בין חלבונים בתא, והוא אחד מהגורמים המשפעלים אנזימים. הגם שהזרחן נחוץ לבריאות האדם, עודף בו עלול לגרום לבריחת סידן ולנזק בריאותי.
בשנת 2010, מחקר אסטרוביולוגי במימון נאס"א גילה מיקרואורגניזם המשתמש ביסוד הרעיל ארסן, במקום בזרחן המשמש את שאר עולם החי, אם כי מאוחר יותר (2012) התגלו עדויות סותרות.
האדם צורך יוני זרחן דרך המזון אותו הוא אוכל; הללו מצויים למכביר בבשר, ביצים, אגוזים, זרעים שונים ודגנים מלאים.
משקאות מוגזים מכילים חומצה זרחתית, שמחזקת את תחושת העקצוץ בפה, אשר נגרמת מהפחמן הדו-חמצני.

אמצעי זהירות

הגם שפוספטים הם חומרים מזינים, מנה מזוקקת של 50 מ"ג זרחן לבן נחשבת קטלנית (זרחן לבן רעיל יותר מזרחן שחור ואדום). זרחן לבן צריך להישמר מתחת למים בכל זמן מכיוון שכשנחשף לחמצן אטמוספירי הוא בוער. כמו כן לא רצוי לגעת בו בידיים חשופות מכיוון שהוא יכול לגרום לכוויות בעור. זיהום מתרחש כאשר זבל כימי המכיל זרחן או דטרגנטים מחלחלים למי תהום.

אמצעי לחימה

פצצות זרחן ידועות גם בשם עשן מתפוצץ, קיימות בתור פגזים או פצמ"ר. פצצות אלו יכולות ליצור עשן סמיך לאורך זמן ומשתמשים בהן למיסוך תנועה של כוחות יבשה. בנוסף פגיעה ישירה של הזרחן יכולה לגרום לכוויות חמורות ואופייניות.
בעוד ששימוש בפצצות זרחן כנגד לוחמי האויב מותר, שימוש בפצצות אלו כנגד אלו המוגנים באמנת ז'נבה הרביעית נאסר בהתאם לאמנת ז'נבה ובהתאם לאמנה על כלי נשק קונבנציונליים מסוימים. בכך אינו שונה מחומרי בעירה אחרים בהם משתמשים במלחמה, וכמוהם אסור לשימוש רק בלוחמה בסביבה אזרחית.]