磷（英文名：Phosphorus）是一種非金屬元素，元素符號為P，位于元素周期表的第三周期、第V A族，屬于p區元素，原子序數為15，原子量為30.97，其電子排布為1s22s22p63s23p3。
單質磷有多種同素異形體，白磷和紅磷是最主要的兩種。常溫下，白磷為無色或淡黃色的透明結晶固體，著火點是40 °C，放于暗處有磷光發出，有惡臭，有劇毒。紅磷為紅棕色粉末，著火點是240 °C，白磷和紅磷都不易溶于水，白磷易溶于二硫化碳、苯、乙醚等有機溶劑中，紅磷不溶于這些有機溶劑。
磷在自然界中以化合物的形式分布于礦物中，是火成巖、沉積巖以及沉積物中的常見元素，其中磷灰石是最主要的，產自美國、加拿大、西班牙等地。磷的化學性質十分活潑，易于氧、硫、鹵素、金屬元素等發生反應，形成各種的磷酸鹽和磷化物。
磷也廣泛存在于動植物體中，對于大多數生命體（如動物、植物和微生物）而言都是必需的營養要素。磷在人體元素含量中排在第六位，是脫氧核糖核酸、磷脂等物質的組成元素，參與人體多項生理活動。
磷被廣泛用來生產磷酸，殺蟲劑，燃燒彈，在軍事、日化等領域有廣泛的應用。
發現歷史
發現過程
1669年，德國漢堡商人布蘭特（Brand）將砂、木炭、石灰巖等和尿混合，加熱蒸餾，分離出白磷。磷的出現引起了眾多科學家的重視。
布蘭特制得的白磷質地軟，能在黑暗環境中發出熒光。因此，人們將這種元素命名為“phosphorus”，是希臘文“鬼火”的意思，元素符號為“P”。清末化學家徐壽將其翻譯命名為“”。新中國成立后，在化學元素命名原則中規定固態非金屬元素都從“石”字旁，因此將“燐”改為“磷”。
1676年，孔凱爾（J.KunKel）制備出了磷，他將尿液熬制成黑色沉淀物，加入砂和炭加熱，分離易揮發的物質，白磷沉積在接受瓶中。但是KunKel當時并沒有公布提取磷的方法。
1680年，著名化學家和物理學家羅伯特·波義耳（Boyle）用類似的方法提取了磷并且給倫敦的皇家學會寫信公布了這一方法。波義耳的助手亨克維茲（Hanchewitz）組織了磷的大規模生產。
1796年，隨著元素概念的發展，法國著名化學家安托萬-洛朗·德·拉瓦錫（Antoine-Laurent de Lavoisier）認識到磷是一種元素。Phosphorus這一名字被沿用，磷（元素符號P）自此正式成為元素家族中的一員。
1847年，斯奇羅特（Schroeter）隔絕空氣把白磷加熱到300 °C，得到了紅磷。
1934年，布雷奇曼（Bridgeman）在高壓下加熱磷得到黑磷。
應用歷史
1719年，在發現磷50年后，德國藥劑師約翰·亨欣（Johann Thomas Hensing）在人腦中提取出磷，當時的人們將磷視為可以補腦的保健品。然而，隨意服用含磷藥物不僅不能補腦，還往往會導致磷中毒。
1834年，在發現磷165年后，以白磷為主要原料的火柴出現，由于白磷對人體劇毒，且過于易燃，人們將白磷改為三硫化四磷作為火柴發火藥。1845年，奧地利化學家施勒特爾(Anton Schrtter von Kristelli)發現了磷的第二種同素異形體——紅磷。1847年，紅磷的制作方法被公布，安全無毒的紅磷代替白磷和三硫化四磷成為火柴原料。
1935年，德國化學家施拉德(Gerhard Schrader)發現了一種速效有機磷殺蟲劑——塔崩(Tabun)。塔崩是一種致死的有機磷毒劑，它能強烈抑制人體內的乙酰膽堿酶，從而使負責神經傳遞活動的乙膽堿不能被水解而蓄積，膽堿受體會因此而過度興奮，最終導致中樞神經系統的麻痹癱瘓。
第二次世界大戰期間，白磷被廣泛用于制造燃燒彈和煙霧彈，二戰時發生的幾次大規模轟炸、在越南戰爭、海灣戰爭和敘利亞內戰等多次軍事沖突中，白磷彈都不時出現，造成大量人員傷亡。1980年，聯合國正式通過《聯合國常規武器公約》（《禁止或限制使用某些可被認為具有過分傷害力或濫殺濫傷作用的常規武器公約》）將白磷彈列為違禁武器。
分布情況
磷在地殼中分布較廣，是地殼中含量第十二位的元素，豐度為0.11%。由于磷和氧非常容易結合，因此在自然界中不存在單質磷。自然界中的磷主要存在于磷酸鹽的礦石之中，礦石依據主要成分可分為為磷鈣石和磷灰石（包括氯磷灰石、氟磷灰石）兩大類。磷鈣石主要成分為磷酸鈣，氯磷灰石主要成分為Ca5(PO4)3Cl，磷灰石主要成分為Ca5(PO4)3F。
磷是人體內含量較多的元素之一，在人體中約占人體重的1%，在遺傳物質DNA中磷的含量為9%。人體內的主要儲存于牙齒和骨骼中，是骨骼、神經組織與細胞原形質的重要組成元素之一。牙齒和骨骼中的磷以磷酸鈣的形式存在，在人體中約占2千克。磷在人體中主要以無機磷酸鹽形式隨尿排泄，約占60%，磷排泄的閾值約為2-3mg/dl血漿，成年人24小時尿液中的磷含量約為22-48mmol（700-1500mg）。
海鳥的糞便也含有大量的磷，鳥糞在高溫多雨的環境下迅速分解釋放磷酸鹽并且與土壤中的鈣結合會形成鳥糞磷礦，化學組成主要是羥基磷灰石。中國西沙群島擁有豐富的鳥糞磷礦，表層含磷高達30%，母質層含磷也有0.51%。
宇宙中也含有一定質量的磷，作為生命不可缺少的成分，宇宙中的磷是科學家尋找地外生命的重要證據之一。仙后座A（Cassiopeia A）是銀河系已知最年輕的超新星遺跡，其中磷的豐度是銀河系其他區域的1000倍。最近，土衛2（Enceladus）的液態海洋中首次發現了高濃度的磷存在，土衛2擁有來生命的六大基本元素，意味著尋找地外生命的工作迎來飛躍。
理化性質
物理性質
白磷（P4）為白色至黃色固體，故又稱白磷。白磷質軟似石蠟狀，密度為1.82 g/cm3，熔點為44.1 °C，沸點為280 °C，著火點是40 °C，放于暗處有磷光發出，有惡臭，有劇毒，幾乎不溶于水，易溶于二硫化碳、苯、乙醚等有機溶劑中。
紅磷（P）為紅棕色粉末，密度為2.34 g/cm3，熔點為59 °C，沸點為200 °C，著火點是240 °C，不溶于水和二硫化碳，紅磷無毒，高溫下與白磷的化學性質類似。
黑磷（P）是具有金屬光澤的半導體，黑磷結構類似石墨，密度為2.70g/cm3，硬度為2。
此外，磷單質還有紫磷、棕磷、猩紅磷等同素異形體。
紫磷是最穩定的磷單質，它的起始熱解溫度達到512℃以上，比黑磷高出52℃，紫磷經過剝離后可以得到薄層的紫磷，稱為紫磷烯，紫磷烯比黑磷烯更穩定。
化學性質
在磷單質中，白磷的化學性質最為活潑，白磷在沒有空氣的條件下加熱或者光照會轉變為紅磷，在很高壓力下加熱或以汞為催化劑加熱都可以將白磷轉化為黑磷。白磷和空氣或潮氣接觸時發生緩慢的氧化作用，部分的反應能量以光能的形式放出，這是白磷在黑暗中發光的原因，稱為磷光。
白磷易于氧氣、硫化物、鹵族元素、金屬元素等發生反應，形成各種的磷酸鹽和磷化物。
與非金屬單質反應
白磷可與O2、X2、S、H2等非金屬單質發生反應，同時在有水存在的條件下還可與非金屬單質和水反應生成磷酸。
白磷在空氣中會緩慢氧化，一部分能量以磷光形式發出；如果溫度達到燃點（40°C）,白磷會自燃生成五氧化二磷。
白磷可與鹵素單質發生反應，且在鹵素含量不同的條件下生成的產物也有所不同。
與金屬單質反應
磷可與活潑金屬單質與不活潑金屬單質均可發生反應，可將金、銀、銅、鉛從它們的鹽中置換出來。
與無機化合物反應
磷可與強酸、氧化物和鹽類等發生反應。
與硫酸反應
與二氧化碳反應
與氫氧化鋇反應
與有機化合物反應
磷可與較多有機物發生氧化還原反應。
與烷基碘反應
同位素
磷的已知同位素共有23種，分別為26P-47P，其中唯一穩定存在的同位素是31P，其他的磷同位素都帶有放射性。其中32P的半衰期為14天，33P的半衰期為25天，余下的同位素都極不穩定。因此，32P和33P最具有實際意義，在進行研究時可以作為示蹤原子。
放射性磷（32P）可以用于治療骨髓增生異常（慢性白血病，真性紅細胞增多癥和原發性血小板增多癥），1939年約翰·勞倫斯（John H. Lawrence）根據在動物身上進行的實驗治療了第一位患者，脾、肝、骨和白血病細胞中的放射性同位素足以表明其治療潛力。32P和33P可以作為示蹤原子，32P和33P通過標記或放射性標記核糖核酸靶標和核酶以研究其在動物或植物細胞中的特異性抑制基因表達和病毒復制。32P、33P、35P被用于核酸分析，被不同磷同位素標記的三磷酸核苷酸的出現拓寬了可用于標記核酸的選擇。
化合物
磷的氧化數可以為+5、+4、+3、-3、+1，與多種元素結合形成化合物。
磷的氧化物
磷的氧化物有兩種：五氧化二磷（P2O5）和三氧化二磷（P2O3）。磷完全燃燒產物是五氧化二磷，如果氧不足，則生成三氧化二磷。
磷的氫化物
磷的氫化物有磷化氫（PH3）和聯磷（P2H4）。磷化氫在空氣中不易自燃，聯磷化學性質更加活潑，會空氣中自燃形成磷酸。
磷的鹵化物
磷會和鹵素形成三鹵化磷和五鹵化磷。三鹵化磷性質活潑且有毒性，其中除了三碘化磷為紅色低熔點固體，其余都是無色無味的氣體或液體。五鹵化磷易水解、熱穩定性差。
磷酸及其鹽
磷的含氧酸非常豐富，結構也較為復雜，其中正磷酸、亞磷酸、次磷酸較為重要。正磷酸是無氧化性和揮發性的三元中強酸。磷酸的鈉、鉀、銨鹽以及所有的磷酸二氫鹽都易溶于水，而磷酸一氫鹽和磷酸正鹽一般都難溶于水。亞磷酸為無色、易潮解的固體，極易溶于水。次磷酸為無色晶體，易溶于水，屬于一元酸。
生理作用
對人體的影響
磷是人體內的常量元素之一，在人體元素含量中排在第六位，占人體內原子總數的0.22%，總量為400-800g。磷是人體人體骨骼和牙齒的重要構成成分，85%~90%的磷與鈣結合，以羧磷灰石結晶的形式組成人體中的牙齒和骨骼。磷在人體內的生理功能可以分為以下幾類：
1.參與能量代謝和糖脂代謝：磷參與能量的儲存和釋放，人體產生能量時，體內發生的氧化反應會生成腺嘌呤核苷三磷酸，即ATP，為人體活動提供基本能量。同時，磷參與多種能量代謝和生物氧化體系中酶系（輔酶和輔基）的組成。
2.細胞膜的重要構成成分：磷脂是細胞膜的組成成分，具有親水端和疏水端的磷脂分子形成脂質雙層，參與細胞的各項生理活動。
3.構成遺傳物質和某些功能因子的重要成分：核酸磷酸基團使脫氧核苷酸（脫氧核糖核酸）和核苷酸（RNA）的重要原料。細胞內的第二信使環腺苷酸（cAMP）、環鳥甘酸（cGMP）和磷酸緩沖體系的磷酸二氫鈉等物質也是含有磷的化合物。
缺乏與過量：攝入磷不足，人體可能會產生牙齒、關節、骨骼等弱化，會導致食欲不振、疲勞、心肌異常、體重下降等，嚴重者甚至會導致軟骨病和佝僂病。過量攝入磷會導致骨密度或骨量一定程度下降，還可能導致腎功能不全，增加腎結石的風險。
對植物的影響
在植物中磷的含量僅次于氮和鉀，一般在種子中含量較高。植物體內許多重要的有機化合物都含有磷，磷在植物體內參與光合作用、呼吸作用、能量儲存和傳遞、細胞分裂、細胞增大和其他一些過程。磷能促進植物早期根系的形成和生長，能提高許多水果、蔬菜和糧食作物的品質，有助于增強一些植物的抗病性。
吸收與代謝
磷的吸收部位在小腸，大多數食物中的含磷化合物為有機磷酸酯和磷酯，在消化道經酶促水解形成酸性無機磷酸鹽后被吸收。未經腸道吸收的磷從糞便排出，這部分量約占機體每日攝磷量的30%，其余70%經由腎以可溶性磷酸鹽形式排出，少量也可由汗液排除。
膳食建議
中國成年人合理膳食參考攝入量確定18-49歲成年人磷攝入量為720mg/d，其他年齡段磷攝入量如下圖。
磷在食物中分布很廣，瘦肉、蛋、魚、動物的肝臟和腎臟中磷的含量都很高；海帶、花生、堅果等中磷的含量也很高。因此，不需要特別攝入磷來維持機理功能。
制備方法
白磷的制備
將磷灰石(主要成分為Ca5(PO4)3F和Ca5(OH)(PO4)3）或者磷酸鈣（主要成分為Ca3(PO4)2）、硅土與焦炭混合后，在電爐內加熱至1450攝氏度還原，可制得單質磷。
紅磷的制備
將白磷置于無空氣的燒瓶中，250~260℃下油浴加熱30~40小時后，白磷可轉化為紅磷。再依次加入少量二硫化碳，氯化鈣溶液，可除去燒瓶中未轉化的白磷。
應用領域
鋼鐵行業
鋼鐵行業中常向鋼材中添加一定量的磷，從而提高鋼材的耐腐蝕性、耐磨性與抗拉強度，進而改善鋼材的切削加工性能。
農業生產
農業生產中，磷是植物生長的重要元素之一，可促進植物生長。白磷可制成磷肥，如先合成P4S10在制備成農藥施加到土地之后增強土壤肥力，植株根系從土壤中吸收磷元素，進而加速種子的生根發芽，植株的生長與果實的成熟。同時，磷肥還可從一定程度上使蜘蛛果實更加飽滿，抗寒抗旱能力提高，抗病蟲害能力提升。
軍事領域
磷可制作成煙霧彈、燃燒彈、神經毒劑等，被廣泛應用到軍事領域當中。
白磷在第二次世界大戰期間被用于制造燃燒彈和煙霧彈，并應用到各種軍事沖突中。燃燒的白磷彈發煙時間能達到5-10分鐘，這些煙霧都是通過白磷彈炸開后散出的小白磷塊燃燒產生，因此也可以作為煙霧彈使用。1980年，聯合國正式通過《聯合國常規武器公約》（《禁止或限制使用某些可被認為具有過分傷害力或濫殺濫傷作用的常規武器公約》）將白磷彈列為違禁武器。然而美國拒絕在該公約上簽字，并且在之后的對伊拉克戰爭、敘利亞戰爭中使用了白磷彈。
磷能夠被制作成有機磷神經毒劑，塔崩、沙林都是著名的有機磷神經毒劑。
能源領域
磷酸可用于制造磷酸鐵鋰(LFP)電池，可應用于電動汽車、通信基站等多個領域，具有使用壽命長、成本較低等優點。
其他
1.食品添加劑：部分食品和動物飼料中會加入磷元素（如過磷酸鈣），以達到補充磷元素等作用。
2.火柴：白磷和三硫化四磷曾經作為火柴原料使用，但經常引起生產工人和使用者中毒，現在的安全火柴通常使用無毒的紅磷為原料。
3.阻燃劑：含磷阻燃劑有很多種，這些阻燃劑的機理為在高溫下分解時并且在物質表面形成致密的泡沫炭層，具有優良的隔熱、阻氧、抑煙作用，可實現高效阻燃。
物質結構
原子結構
磷的原子半徑為110pm，原子核內具有十五個中子和質子與十六個中子，其核外電子排布為1s22s22p63s23p3。
最外層具有5個價電子排布式，主要成鍵位于3s-3p雜化軌道和3p軌道上，在形成共價鍵時僅需要4個價電子即可達到穩定，多出的一個電子易脫離磷原子核的吸引作用，成為自由電子。
磷原子具有dπ-pπ鍵，因此無法形成具有芳香環電流類的共軛體系。此外，磷原子中3s、3p與3d軌道的能量差距不大，易形成多種多樣的雜化軌道形式，如： sp3 、sp3d 和sp3d2，其中sp3d 雜化可形成三角雙錐Tbp與四角方錐Sp兩種不同的立體結構。
磷的原子結構示意圖
晶體結構
白磷
白磷結構是由4個P原子通過單鍵相互鍵合形成4個鍵的四面體結構。分子中P-P-P鍵的鍵角為60°，鍵能為 209 KJ/mol，P-P鍵很容易斷開，因此白磷具有很高的活性。
紅磷
磷的不同同素異形體之間可以相互轉換，紅磷可由白磷隔絕空氣加熱到260°C制得。紅磷結構復雜，是一種層狀晶體，每一層由許多磷原子環繞排列為五角形管道。
黑磷
黑磷是磷的穩定的同素異形體，外觀和導電性質與天然石墨相似，是一種層狀結構。白磷在高壓下加熱可以轉化為黑磷。
紫磷
紫磷也是一種磷的層狀同素異形體，它是目前最穩定的磷的同素異形體。
檢測方法
空氣中磷含量的測定
采用光電比色法對空氣中的磷含量進行測定。根據五價磷的氣溶膠會被阻留在A φA - XA 濾紙上，蒸氣則會被阻留于水中，再依據氣溶膠在水中的溶解度不同而進行分離。通過加入鈦鉻變素試劑使其與五價磷的化合物發生反應，根據鈦鉻變素試劑顏色變化程度判斷空氣中的磷含量。
血液中磷含量的測定
首先進行蛋白沉淀，再通過加入仲鉬酸銨與血液中的磷發生反應，從而測定血液中的磷元素。
水中磷含量的測定
水中的磷可采用磷鉑蘭比色法、磷鋁黃比色法，以天然維生素c等為還原劑，得到較為準確，精密度較高的結果。這種方法具有操作簡單，抗干擾能力強 ，顯色速度快，色澤穩定等優點。還可采用酸分光光度法測定水中的磷酸鹽含量，通過嚴格把控硫、各試劑的加入量、顯色時間等測定條件，可在測定范圍更寬的同時更快的得到結果。、使用過程安全系數高等多方面的優勢。
安全事宜
毒性
在磷的同素異形體中，黑磷與紅磷的毒性較小，白磷則具有較強的毒性，白磷誤食0.1 g 即可致死，皮膚若經常接觸到白磷也會引起吸收中毒，易對人體造成傷害。在工業空氣中白磷的允許限量為0.1 mg/m3。
磷的化合物中，磷化氫具有劇烈的毒性，可引起血液、物質代謝與神經系統的嚴重改變。磷的氯化物和氧氯化物會刺激人體的呼吸道。磷的低價氧化物如P4O6、P2O4等對人體全身具有劇毒作用。磷酸鹽類、聚合的磷酸鹽類對人體的毒性較小，屬于低毒性物質。磷可通過皮膚接觸或從消化道與呼吸道進入人體，大部分的磷元素在進入人體后會被氧化為磷的低氧化物，進一步溶于血液當中，并逐漸儲存于人體骨骼和肝臟當中，最終以磷酸鹽的形式通過糞便、尿液和汗液等途徑排出體外。誤服磷后人體會首先產生胃腸道刺激腐蝕的癥狀，若服用量巨大還會導致全身出血、便血、嘔血等癥狀，最終因器官功能不全、急性腎衰竭、循環衰竭、肺水腫等原因而亡。在生產勞作中，工人若長期吸入0.078~0.160mg/m3的磷蒸汽也會導致工人患肺炎、支氣管炎等疾病，嚴重者還會發生骨骼脫鈣、代謝障礙等全身性病變，引發骨質嚴重缺乏營養而壞死。
磷能被制成有機磷神經毒劑，它能強烈抑制人體內的乙酰膽堿酶，從而使負責神經傳遞活動的乙酰膽堿不能被水解而蓄積，膽堿受體會因此而過度興奮，最終導致中樞神經的麻痹癱瘓。1995年東京地鐵沙林毒氣慘案，2018年某知名朝鮮男士在吉隆坡機場被襲身亡，俄羅斯反對派人士中毒事件，都和有機磷神經毒劑相關。
急救措施
人體皮膚破損處若直接接觸到磷可在沖洗后使用百分之二的硝酸銀溶液涂抹傷口，再用百分之三到百分之五的碳酸氫鈉溶液進行濕敷。處理后，應避免皮膚傷口使用油脂性輔料。人體直接通過口腔攝入急性有機磷農藥中毒后，應及時就醫。
環境危害
磷元素對環境的危害集中于對水環境的影響，大量的磷元素因過度施肥進入土地之中，在超容量或酸性條件下隨地表徑流和滲透作用導致地表水體的富營養化和地下水中硝態氮的含量增多。
儲存方式
白磷需儲存于水中，環境溫度一般不高于35°C；紅磷一般需密閉保存。
參考資料 >
Phosphorus | P - PubChem.pubchem.2023-04-02
磷：尿液、生命之源與致命毒藥.中國科學院物理研究所.2023-09-25
禁止或限制使用某些可被認為具有過分傷害力或濫殺濫傷作用的常規武器公約 禁止或限制使用燃燒武器議定書 （第三號議定書）.聯合國公約與宣言官網.2023-09-25
Phosphorus.PUBCHEM.2023-10-04