فسفر

فسفر (به انگلیسی: Phosphorus) یک عنصر شیمیایی با نماد P و عدد اتمی ۱۵ است. عنصر فسفر به دو شکل عمده وجود دارد، فسفر سفید و فسفر قرمز، اما از آنجا که بسیار واکنش پذیر است، فسفر هرگز به عنوان یک عنصر آزاد در زمین یافت نمی‌شود. غلظت آن در پوسته زمین حدود یک گرم در هر کیلوگرم است (با غلظت مس که در حدود ۰٫۰۶ گرم در کیلوگرم است مقایسه کنید). در مواد معدنی، فسفر به‌طور کلی به صورت فسفات ظاهر می‌شود.

فسفر، 15P
موم سفید (برش زرد) ، قرمز (گرانول وسط سمت چپ ، قسمت راست تکه) و فسفر بنفش
فسفر
تلفظ‎/ˈfɒsfərəs/‎ ​(FOS-fər-əs)
ظاهربی‌رنگ، سفید مومی، زرد، قرمز مایل به زرد، قرمز، بنفش، سیاه
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)۳۰٫۹۷۳۷۶۱۹۹۸(۵)[1]
فسفر در جدول تناوبی
N
↑
P
↓
As
سیلسیم ← فسفر → گوگرد
عدد اتمی (Z)15
گروهگروه ۱۵ (گروه نیتروژن)
دورهدوره 3
بلوکبلوک-p
دسته Reactive nonmetal
آرایش الکترونی[Ne] 3s2 3p3
2, 8, 5
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPجامد
چگالی (near r.t.)(white) 1.823, (red) ≈ 2.2 – 2.34, (violet) 2.36, (black) 2.69 g/cm3
نقطه سه‌گانه
(red) 862.7 K, 4367 kPa
حرارت همجوشی(white) 0.66 kJ/mol
آنتالپی تبخیر (white) 12.4 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی(white)
23.824 J/(mol·K)
فشار بخار (white)
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) 279 307 342 388 453 549
 pressure
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) 455 489 529 576 635 704
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش−3, −2, −1, 0,[2] +1,[3] +2, +3, +4, +5 (یک اکسید اسیدی ملایم)
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: 2.19
انرژی یونش
  • 1st: 1011.8 kJ/mol
  • 2nd: 1907 kJ/mol
  • 3rd: 2914.1 kJ/mol
  • (بیشتر)
شعاع کووالانسی pm 107±3
شعاع واندروالسی180 pm
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری فسفر
دیگر ویژگی ها
رسانندگی گرمایی(white) 0.236, (black) 12.1 W/(m·K)
رسانش مغناطیسی(white,red,violet,black) دیامغناطیس[4]
مدول حجمی(white) 5, (red) 11 GPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس7723-14-0
ایزوتوپ‌های فسفر
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول
31P 100% 31P ایزوتوپ پایدار است که 16 نوترون دارد
32P syn 14.28 d β− 1.709 32S
33P syn 25.3 d β− 0.249 33S

کیمیاگران عرب قرن ۱۲ میلادی ممکن است به‌طور تصادفی فسفر خالص را جدا کرده باشند، اما سوابق آن مشخص نیست.[5] به نظر می‌رسد که فسفر در سال ۱۶۶۹ توسط هنیگ برند، تاجر آلمانی که سرگرمیش کیمیاگیری بود، کشف شده‌است.[5]

وجود فسفر برای زندگی ضروری است. فسفات‌ها (ترکیبات حاوی یون فسفات، PO3−
4) اجزای تشکیل دهنده دی‌ان‌ای، آران‌ای، ATP و فسفولیپیدها هستند. فسفر خالص ابتدا از ادرار انسان جدا شد و خاکستر استخوان یک منبع مهم فسفات اولیه بود. معادن فسفات حاوی فسیل است زیرا فسفات در رسوبات فسیل شده بقایای حیوانات و فضولات حیوانات وجود دارد. سطح پایین فسفات محدودیت مهمی در رشد در برخی سیستم‌های آبی است. اکثر قریب به اتفاق ترکیبات فسفر استخراج شده به عنوان کود مصرف می‌شوند. کود فسفات برای جایگزینی فسفر جذب شده توسط گیاهان از خاک لازم است و تقاضای سالانه آن تقریباً دو برابر سریعتر از رشد جمعیت انسانی افزایش می‌یابد. سایر کاربردها شامل ترکیبات ارگانوفسفر در مواد شوینده، سموم دفع آفات و عوامل عصبی است.

مشخصات

فسفر یکی از اعضای نافلز چند ظرفیتی گروه نیتروژن می‌باشد. این عنصر به چندین شکل آلوتروپی در طبیعت یافت شده‌است و یکی از عناصر حیاتی برای زندگی ارگانیسم‌های طبیعی (ترکیب موجودات زنده) می‌باشد. چندین شکل فسفر وجود دارند که عبارت اند از:فسفر سفید، قرمز، فسفر بنفش و فسفرسیاه؛ اگر چه رنگ‌های آن‌ها تا حد زیادی به نظر می‌رسد تفاوت کمی با هم داشته باشد. فسفر سفید یکی از شکل‌های فسفر است که به‌طور صنعتی تولید می‌شود که در تاریکی می‌تابد؛ و بی‌اختیار شعله‌ور می‌شود در زمانی که در معرض هوا گیرد و سم مهلکی است. فسفر قرمز می‌تواند به خاطر تغییرات اندک در ساختار شیمیایی اش از رنگ نارنجی تا ارغوانی تغییر داشته باشد. شکل سوم، یعنی فسفر سیاه، که در زیر فشار بالا ساخته می‌شود شبیه به گرافیت بوده و مانند گرافیت توانایی هدایت الکتریکی را دارد.

کاربردها

کود
نوشتار اصلی: کود

فسفر یک ماده مغذی ضروری برای گیاه است (بیشترین ماده مغذی محدود کننده بعد از نیتروژن)،[6] و عمده تولید فسفر در اسیدهای فسفریک غلیظ برای کودهای کشاورزی است که حاوی ۷۰ تا ۷۵٪ فسفر پنتوکسید P2O5 است. این امر منجر به افزایش زیادی در تولید فسفات (PO3−
4) در نیمه دوم قرن بیستم شد. استفاده از کود فسفات در کشاورزی الزامی است زیرا فسفر برای همه موجودات زنده ضروری است. این ماده در انتقال انرژی، مقاومت ریشه و ساقه‌ها، فتوسنتز، گسترش ریشه گیاهان، تشکیل دانه‌ها و گل‌ها و سایر عوامل مهم مؤثر بر سلامت کلی گیاه و ژنتیک نقش دارد.[7]

فسفر در محیط زیست

در جهان طبیعت فسفر به شکل خالص دیده می‌شود. مقدار فسفر ی که به‌طور طبیعی در غذا وجود دارد به‌طور قابل ملاحظه‌ای تفاوت دارد اما می‌تواند به عنوان بیشترین مقدار در جگر (mg/100 g 370) یا کمترین مقدار در روغن گیاهی باشد. غذاهای غنی از فسفر عبارت اند از :تن ماهی، ماهی قزل آلا، ماهی ساردین، کبد، بوقلمون، جوجه مرغ، تخم مرغ و پنیر (۲۰۰ g/100 g).. کانی‌های فسفات دار زیادی وجود دارند بیشترین آن‌ها به شکل apatite هستند. Fluorapatite بیشترین ذخیرهٔ استخراج شدهٔ معدنی فسفر را داراست. مناطق مهم و عمده استخراج معدنی این ماده در روسیه، مراکش، تانزانیا، توگو و Nauru (کشور ایسلند قرار گرفته در اقیانوس آرام (قلمرو قدیم استرالیا))هستند. تولید جهانی ۱۵۳ میلیون تن در سال است. نگرانی‌هایی در مورد اینکه تا چند سال دیگر این منابع فسفر باقی خواهند ماند، وجود دارد. در صورت کمبود این ماده می‌تواند مشکلات جدی در تولید غذای جهانی به وجود آید، به خاطر اینکه فسفر یکی از اجزای مهم در کودها می‌باشد. در اقیانوس‌ها، تجمع فسفر مخصوصاً در سطح آن‌ها خیلی کم است به این دلیل که آلومینیم فسفات و کلسیم فسفات بر روی سطح آب باقی می‌مانند. لی در موارد دیگر، در اقیانوس‌ها، فسفات به سرعت کامل مصرف می‌شوندو به اعماق اقیانوس‌ها به عنوان organic debris می‌روند. مقادیر بیشتری از فسفات‌های می‌توانند در رودخانه‌ها و دریاچه‌ها وجود داشته باشند که رشد بیش از اندازهٔ خزه‌ها را موجب می‌شود.

منابع غذایی

گوشت قرمز و مرغ و بوقلمون حاوی مقادیر چشمگیری فسفر هستند. منابع دیگر شامل شیرخشک و محصولات شیر، پنیر سفت، ماهی کنسرو شده، آجیل، تخم مرغ و نوشابه‌های سبک است.

فهرست مواد غذایی بر پایه اندازه فسفر
نام ماده غذایی[8]میلی‌گرم (mg) در ۱۰۰ گرمتصویر
نوشیدنی‌های بر پایه پودر سویا۱۲۷۲-
مغز تخمه بوداده و نمکی کدو تنبل و کدو۱۱۷۴
مغز تخمه آفتابگردان برشته بدون نمک۱۱۵۸
مغز تخمه آفتابگردان با روغن بو داده شده بدون نمک۱۱۳۹

-

شیر خشک بدون چربی و کلسیم کاهش‌یافته۱۰۱۱-
شیر خشک بدون چربی معمولی بدون افزودگی ویتامین آ و ویتامین د۹۶۸-
آب دوغ (پس‌آب کره) خشک‌شده۹۳۳-
پودر آب پنیر (سرم شیر) شیرین و خشک‌شده۹۳۲-

اشکال دیگر

فسفر غیرفلزی که یک ماده مومی زرد یا سفید است و در تماس با هوا قابل اشتعال است سمیت زیادی دارد و به عنوان دارو استفاده نیم شود. علاوه بر این پزشکان یک یا چند تا از فسفات‌های غیر آلی را که در زیر نامبرده شده‌است و سمی نیست، توصیه می‌کنند:

  • فسفات پتاسیم دی بازیک
  • فسفات پتاسیم مونوبازیک
  • فسفات سدیم دی بازیک
  • فسفات سدیم مونوبازیک
  • فسفات سدیم تری بازیک

نحوه مصرف

اگر زیر ۲۴ سال سن دارید یا اینکه حامله یا شیرده هستید روزانه به ۱۲۰۰ میلی‌گرم فسفر نیاز دارید. برای افراد دیگر حد مجاز توصیه شده روزانه CRDA، ۸۰۰ میلی‌گرم است. چون اغلب نیاز بدن به فسفر از طریق رژیم غذایی تأمین می‌شود، جای هیچ گونه نگرانی در مورد مصرف مکمل‌های فسفر وجود ندارد. مسئله مهم‌تر این است که شما بر روی غذایی که می‌خورید دقت کنید تا تعادل مناسبی از کلسیم و فسفر در رژیم غذایی شما وجود داشته باشد. کم کردن گوشت و جایگزین کردن با نوشابه‌های سبک می‌تواند عدم تعادل بین کلسیم و فسفر را اصلاح کند. در همین زمان شما باید دقت کنید که کلسیم کافی مورد نیاز بدن را در رژیم غذایی جای دهید که اغلب کار مشکلی است.

موارد احتیاط

مصرف روزانه بیش از ۱ گرم فسفر می‌تواند باعث مسمومیت شود. مصرف زیاد فسفر می‌تواند منجر به اسهال و کلسیفیکاسیون (سخت شدن) اعضا و بافت نرم شده و توانایی جذب آهن، کلسیم، منیزیوم و روی را توسط بدن کاهش دهد. اگر شما ورزشکار هستید و از مکمل‌های حاوی فسفات استفاده می‌کنید، باید دقت کنید که از این مکمل‌ها فقط باید به صورت گاه گاهی استفاده کنید.

متخصصین تغذیه یک میزان مساوی از کلسیم و فسفر را در رژیم غذایی توصیه می‌کنند، اما رژیم غذایی تیپیک آمریکایی حاوی کلسیم کم و فسفر زیاد (میزان فسفر ۲ تا ۴ برابر کلسیم) است. علت این امر بسیار ساده‌است. گوشت قرمز و مرغ و بوقلمون حاوی فسفر به میزان ۱۰ تا ۲۰ برابر میزان کلسیم آن است، و آشامیدنی‌های حاوی کربنات مانند «کولا» حدود ۵۰۰ میلی‌گرم فسفر در هر بار مصرف دارد.

وقتی در سیستم شما فسفر بیشتر از کلسیم باشد، بدن کلسیم ذخیره شده داخل استخوان‌ها را برداشت می‌کند تا عملکرد طبیعی بدن انجام شود. این امر منجر به کاهش توده استخوانی و در نتیجه شکنندگی استخوان یا مشکلات لثه و دندان‌ها می‌شود. پایین بودن نسبت کلسیم به فسفر همچنین باعث افزایش خطر فشار خون بالا و سرطان کولورکتال می‌شود.

یک تعادل مناسب بین کلسیم و فسفر رژیم غذایی می‌تواند باعث کاهش تنیدگی (استرس)، کاهش خطر پوکی استخوان و بهبود علایم آرتروز و دیگر مشکلاتی شود که مرتبط با توانایی بدن در استفاده از کلسیم است.

تداخل‌های احتمالی

موارد زیر می‌تواند به کمبود فسفر کمک کند:

  • آلبومین
  • آنتی اسید
  • آهن
  • منیزیوم
  • ناکافی بودن ویتامین «دی»

تأثیرات فسفر بر روی سلامتی

فسفر در محیط زیست بیشتر به صورت فسفات یافت می‌شود. فسفات‌ها مواد مهمی در بدن انسان‌ها می‌باشند، به خاطر اینکه آن‌ها قسمتی از مواد تشکیل دهندهٔ DNAها بوده و در توزیع انرژی کمک می‌کنند. فسفات‌ها هم چنین می‌توانند به‌طور ریجی در گیاهان یافت شوند. انسان تأمین فسفات طبیعی را به‌طور اساسی با اضافه کردن کودهای غنی شده با فسفات به خاک و با استفاده از detergents (ماده‌ای که ناخالصی‌ها را جدا می‌کند) محتوی فسفات تغییر داده‌اند. فسفات‌ها هم چنین به برخی از مواد غذایی مانند پنیر، سوسیس، ژامبون اضافه می‌شوند. مقادیر زیاد فسفات می‌تواند باعث به وجود آمدن مشکلات سلامتی شود. مانند آسیب رساندن به کلیه و osteoporosis. کمبود فسفر نیز می‌تواند اتفاق بیفتد؛ که مصرف زیاد دارو می‌تواند عامل ایجاد آن باشد. فسفر به حالت خالص خود سفید رنگ است. تا آنجایی که امروزه می‌دانیم فسفر سفید خطرناکترین شکل فسفر است. زمانی که فسفر سفید در طبیعت قرار می‌گیرد می‌تواند خطر جدی برای سلامت ما تلقی گردد. فسفر سفید به شدت سمی است و در بیشتر موارد قرارگیری در معرض آن کشنده خواهد بود. علت مرگ مردمی که معمولاً در اثر قرارگیری در معرض فسفر سفید جان خود را از دست داده‌اند، به خاطر بلعیدن به‌طور اتفاقی زهر موش بوده‌است. قبل از اینکه مردم به خاطر قرارگیری در معرض فسفر سفید بمیرند، آن‌ها اغلب استفراغ و درد شکم و خواب آلودگی را تجربه می‌کنند. فسفر سفید می‌تواند باعث سوختگی پوست شود. در عین سوزاننده بودن، فسفر سفید ممکن است موجب آسیب به کبد، قلب و کلیه شود

آلوتروپ‌های فسفر

فسفر سفید

زمانی فسفر سفید وارد محیط زیست می‌شود که صنایع از آن برای ساختن مواد شیمیایی دیگر استفاده کنند و ارتش از آن به عنوان مهمات استفاده کند. از طریق تخلیهٔ فاضلاب، فسفر سفید وارد آب‌های سطحی نزدیک کارخانه‌هایی می‌شود که از آن استفاده می‌کنند. فسفر سفید در هوا پراکنده نمی‌شود چون به سرعت با اکسیژن واکنش می‌دهد. وقتی فسفر سفید در هوا تمام می‌شود، معمولاً با اکسیژن ناگهانی واکنش می‌دهد تا به کم خطرترین ذره تبدیل شود. اگر چه زمانی که ذرات فسفر در هوا باشند، آن‌ها ممکن است نقش پوشش محافظتی داشته باشند که از واکنش‌های شیمیایی جلوگیری می‌کند. در آب، فسفر سفید به همان سرعت با مواد دیگر واکنش نمی‌دهد که موجب انباشته شدن در بدن ارگانیسم‌های جانوران آبزی می‌شود. در خاک فسفر برای چند روز قبل از اینکه تبدیل به کم خطرترین ماده تبدیل گردد، باقی می‌ماند. اما در اعماق خاک و در کف رودخانه‌ها و دریاچه‌ها فسفر ممکن است برای هزاران سال یا بیشتر یا کمتر باقی بماند.

فسفر سرخ
نوشتار اصلی: فسفر سرخ
فسفر سرخ

فسفر سرخ یا فسفر قرمز نوعی آلوتروپ فسفر است که سمی و آتش‌گیر نیست و همچنین در کربن دی سولفید حل نمی‌شود. واکنش پذیری آن از از فسفر سفید کم‌تر است. ساختار بلوری به درستی آشکار نیست؛ اما به نظر می‌رسد که شبیه جامدهای کووالانسی است؛ از این رو، نقطه ذوب آن ۵۸۵ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد است. در ۴۲۳ درجه سانتیگراد افرازش می‌یابد بیشتر از فسفر سفید کاربرد دارد. برای تهیهٔ فسفر سرخ؛ فسفر سفید را در حدود ۳۰۰ درجه سانتیگراد در ظرف‌های سربسته حرارت می‌دهند. فسفر سرخ در تهیه فسفریک اسید و ترکیب‌های فسفر، نیمه رساناها، کبریت بی خطر (برای تهیه این کبریت‌ها، فسفر قرمز را با سنباده ترکیب می‌کنند)، کود شیمیایی، برنز فسفردار، در صنایع و در لوازم آتش بازی کاربرد دارد.

فسفات‌ها

فسفات تأثیرات زیادی بر روی ارگانیسم‌ها دارند. این تأثیرات عمدتاً نتیجهٔ بیرون دان مقادیر زیادی از فسفات به محیط زیست به خاطر استخراج معدن و زراعت است. در حین تصفیهٔ آب فسفات‌ها اغلب به‌طور کامل از آب جدا نمی‌شوند تا اینکه آن‌ها می‌توانند در یک مسافت طولانی منتشر شوند و در آب‌های سطحی یافت شوند. به خاطر اضافه شدن دائمی فسفات بوسیلهٔ انسان و افزایش بیش از حد تجمع طبیعی، چرخهٔ فسفری شدیداً منقطع گردیده‌است. افزایش تجمع فسفر در آب‌های سطحی رشد ارگانیسم‌های وابسته به فسفر مانند خزهٔ دریایی و عدس آبی (duckweed)را بالا می‌برد. این ارگانیسم‌ها مقدار زیادی از اکسیژن را استفاده می‌کنند و از وارد شدن نور خورشید به داخل آب جلوگیری می‌کنند. این موجب می‌شود که آب برای دیگر ارگانیسم‌ها ناعادلانه غیرقابل زندگی شود که این پدیده eutrophication. (انباشتگی خوراکه اب) نامیده می‌شود.

منابع
  1. Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. Wang, Yuzhong; Xie, Yaoming; Wei, Pingrong; King, R. Bruce; Schaefer, Iii; Schleyer, Paul v. R.; Robinson, Gregory H. (2008). "Carbene-Stabilized Diphosphorus". Journal of the American Chemical Society. 130 (45): 14970–1. doi:10.1021/ja807828t. PMID 18937460.
  3. Ellis, Bobby D.; MacDonald, Charles L. B. (2006). "Phosphorus(I) Iodide: A Versatile Metathesis Reagent for the Synthesis of Low Oxidation State Phosphorus Compounds". Inorganic Chemistry. 45 (17): 6864–74. doi:10.1021/ic060186o. PMID 16903744.
  4. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  5. "phosphorus | Definition, Uses, & Facts". Encyclopedia Britannica. Retrieved 2021-02-15.
  6. Etesami, H. (2019). Nutrient Dynamics for Sustainable Crop Production. p. 217.
  7. Etesami, H. (2019). Nutrient Dynamics for Sustainable Crop Production. p. 217.
  8. [Nutrients: Phosphorus, P(mg) http://ndb.nal.usda.gov/ndb/nutrients/report/nutrientsfrm?max=25&offset=0&totCount=0&nutrient1=305&nutrient2=&nutrient3=&subset=1&fg=&sort=c&measureby=g] nal.usda.gov
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.