فسفر

مشخصات

عدد اتمی: ۱۵
۳۰٬۹۷۳۸ g.mol -۱: جرم اتمی
حالت اکسایش: ± ۳، ۴، ۵
الکترونگاتیوی (بر اساس قرارداد :pauling): ۲٬۱
چگالی: ۱٬۸۲ g/ml at 20 °C
نقطه ذوب: ۴۴٬۲ °C
نقطهٔ جوش: ۲۸۰ °C
شعاع اتمی: ۱٬۲۸ Å
شعاع یونی: ۰٬۳۴ Å
آرایش الکترونی: [Ne]3s23p۳
انرژی نخستین یونش: ۱۰٬۱۱۸ eV
انرژی دومین یونش: ۱۹٬۷۲۵ eV
انرژی سومین یونش: ۲۹٬۱۴۱ eV
کشف شده بوسیله: Hennig Brandt in ۱۶۶۹
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.
به غیر از آب و غذا بدن انسان برای بقا نیاز ویتامین‌های مشخص و مواد معدنی دارد. کلسیم و فسفر دو ماده معدنی مهم در بدن انسان هستند که با کمک همدیگر دندان‌ها و استخوان‌ها را می‌سازند. فسفر ۱ درصد کل وزن بدن را تشکیل می‌دهد، بنابراین اگر فردی ۱۵۰ پوند وزن داشته باشد یک و نیم پوند فسفر در بدن دارد.
بیشتر فسفر بدن (در حدود ۸۵ درصد) در استخوان‌ها و دندان‌ها (جایی که با کلسیم برای ساختن استخوان قویتر و سخت‌تر ترکیب می‌شود) وجود دارد. بقیه فسفر در سلول‌ها و بافت‌های دیگر وجود دارد. در کلیه‌ها، فسفر از نظیر تصفیه مهم است. فسفر همچنین به تعادل اسید-باز درخون کمک می‌کند. فسفر جریان انرژی در بدن را تنظیم کرده باعث کاهش درد عضلانی، بعد از یک کار سخت، می‌شود. بدن شما برای رشد، نگهداری و ترمیم همه بافت‌ها و یاخته‌های بدن و همچنین برای جذب سایر ویتامین‌ها و مواد معدنی از جمله ویتامین دی، کلسیم، ید، منیزیوم و روی نیاز به فسفر دارد.

کاربردها در پزشکی

در حالت معمول نیاز به مصرف مکمل‌های فسفر وجود ندارد زیرا غذاهایی که ما می‌خوریم حاوی مقادیر کافی فسفر است، با اینحال در بعضی موارد برای مثال در شخصی که بیماری کلیوی دارد، پزشک مکمل‌های فسفر را تجویز می‌کند. بعضی از ورزشکاران قبل از شروع رقابت یا کارهای سنگین برای کاهش درد عضلانی و خستگی از مکمل‌های پتاسیم استفاده می‌کنند. مصرف فسفر و کلسیم با همدیگر
می‌تواند باعث بهبود شکستگی استخوان و درمان کمبودهای ویتامین (D) نظیر استئومالاسی (نرمی استخوان) و ریکتز شود.

سینوویورتز با فسفر رادیواکتیو، می‌تواند روشی مؤثر و به صرفه در کاهش همارتروز و مصرف فاکتور در بیماران مبتلا به آرتروپاتی هموفیلیک باشد.

کاربردها در کشاورزی

از کاربردهای فسفر می‌توان در اسید فسفریک غلیظ شده که در کودها
برای کشاورزی و سموم دفع آفات اشاره کرد.

کاربردهای دیگر

فسفات‌ها در شیشه‌های خاص، لامپ سدیم، تولید استیل و کاربردهای نظامی (بمب‌های آتش زا، smoke screeninng(پرده پوشش دود برای استتار یگان‌های خودی) و غیره) و در کاربردهای دیگر به عنوان سموم دفع آفات، خمیر دندان، مواد شوینده استفاده می‌شوند.

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.

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.

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. کمبود شدید فسفات می‌تواند مشکلات سلامتی ایجاد کند.
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

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

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، 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.