Fosfori

Ominaisuudet

Vapaana alkuaineena fosfori voi esiintyä neljässä tai useammassa allotrooppisessa muodossa: valkoinen (tai keltainen), punainen ja musta (violetti). Yleisimmät muodot ovat punainen ja valkoinen fosfori.
Yleisin muoto fosforista on valkoinen fosfori. Se koostuu neliatomisista P₄-molekyyleistä ja on vahamainen valkoinen kiinteä aine, jolla on luonteenomainen vastenmielinen haju, mutta puhtaana väritön ja läpinäkyvä. Tämä epämetallinen alkuaine ei ole liukoinen veteen, mutta liukenee hiilidisulfidiin (CS₂). Valkoinen fosfori on hyvin reaktiivinen aine. Se hehkuu heikosti, koska se yhdistyy happeen, puhtaana se syttyy itsestään ilmassa ja palaa fosforipentoksidiksi (P₂O₅).
Auringon valossa tai kuumennettaessa omassa höyryssä 250 °C:een valkoinen fosfori muuttuu punaiseen muotoon, joka ei fosforoi ilmassa. Toisin kuin valkoinen fosfori, se ei syty itsestään eikä ole läheskään yhtä myrkyllistä.

Käyttö

Fosfaatit ovat tärkeitä lannoitteita. Fosforiyhdisteitä käytetään myös räjähteissä, kasvinsuojeluaineissa, hammastahnassa ja pesuaineissa.
Punertava fosfori on tärkeä aine metamfetamiinin valmistuksessa. Sitä on myös tulitikkuaskin raapaisupinnassa, jossa sen kipinöinti vaikuttaa osaltaan tikun syttymiseen. Valkoista fosforia voidaan käyttää sytytysaineena eri tyyppisissä ampumatarvikkeissa, kuten panssarisytytysammuksissa, fosforikäsikranaateissa ja palopommeissa.

Fosfori kasviravinteena

Fosforiyhdisteet ovat tärkeitä elämälle ja niitä on kaikissa eliöissä. Kasvit saavat sitä maaperän fosfaateista, H₂PO₄⁻- ja HPO₄²⁻-ioneista. Fosforia tarvitaan solussa mm. ATP:n, nukleiinihappojen ja fosfolipidien rakenneosana. Monet solun reaktiot perustuvat molekyylien fosforylaatioon. Fosforin puute aiheuttaa kasvissa kasvun vähyyttä, tummanvihreää väriä, laikkuja lehdissä ja häiritsee juurten kehitystä.
Fosforilannoitteet ovat suuri syy vesistöjen rehevöitymisessä. Fosforisaastuminen voi tapahtua jos lannoitteita tai pesuaineita on vuotanut maaperään tai vesistöön.
Glyfosaatin, kuten Roundupin käyttö voi lisätä fosforin päästöjä ympäristöön, sillä ne kilpailevat samoista maaperän sitoutumispaikoista.

Riittävyys

Helsingin Sanomien uutisen mukaan pelkästään jo nyt tunnettuja fosforivarantoja on arviolta 370 vuodeksi (2014). Eräässä vanhemmassa uutisessa fosforin väitettiin loppuvan noin 50 vuodessa.
Tutkimusten mukaan kuitenkin pelkästään varsinaisia fosfaattikivivarantoja arvioidaan olevan 67 miljardia tonnia (Jasinski 2013) eli tilastollisesti 338 vuodeksi. Laajemmin fosfaattikiveä on vielä moninkertainen määrä, arviolta 290–460 miljardia tonnia (Jasinski 2013; Van Kauwenbergh 2010).
Vuonna 2007 riittävyydeksi nykykäytöllä laskettiin 345 vuotta. Institute for Sustainable Futuresin vanhempi tutkija Dana Cordell on tosin sanonut Times-lehdelle, että nykyvauhdilla varannot loppuisivat jo 50–100 vuodessa. Vuonna 2012 U.S. Geological Survey arvioi 71 miljardin tonnin helposti käytettävät varannot ja maailmassa louhittiin 0,19 miljardia tonnia vuonna 2011. Keskivertokivessä on 0,1 % fosforia (kasveissa tyypillisestä 0,03–0,2 %),, joten maan 3 · 10¹⁹ tonnissa kiveä sitä on miljoonia gigatonneja eli vuosimiljooniksi, joskin pääosin sen saaminen käyttöön on nykyteknologialla kalliimpaa.

Kierrätys

Luomutuotannossa käytetään kierrätettyä fosforia. Koska luomuviljelyn kierrätys kuitenkin nojaa tavanomaisen viljelyn ravinnepanoksiin erityisesti fosforin osalta, sekään ei ole fosforin kallistumiselta turvassa eikä siis asiassa mikään vaihtoehto.
Jätevesistä fosfori ravinnesaasteena otetaan Suomessa talteen. Esimerkiksi Helsingin Veden Viikin jätevedenpuhdistamo on poistanut sitä jätevedestä 97–98 % erotusteholla, kun 2014 viranomaisvaatimus oli >95 %. Helsingin seudun ympäristöpalvelut HSY:n Ravita-menetelmän, joka oli 2017 demo-testausvaiheessa Helsingin Veden Viikin jätevedenpuhdistamolla, tavoitteena oli jalostaa lietteestä eroteltu fosfori turvallisesti ja kustannustehokkaasti raelannoitteeksi. Helsingin Veden yksikön 2009 haastatellun johtajan Tommi Fredin mukaan viemärijätteestä tehdyn lannoitteen imago oli harmillisen huono, eikä sillä tuntunut olevan ostajia. Tavara kuitenkin hänen mukaansa täytti lainsäädännön vaatimukset ja oli "käytännössä samanlaista kuin yleisesti myynnissä oleva kanankakka".
Puhdistamolle oltiin 2017 rakentamassa koelaitosta, jossa testattaisiin markkinoille soveltuvan lopputuotteen tekoa. Tulevaisuudessa samaan prosessiin voidaan yhdistää myös typen talteenotto. Tällöin keruutuotteesta voidaan HSY:n mukaan tuottaa korkeatasoista fosfori-typpilannoitetta

Valkoinen fosfori

Vapaana alkuaineena esiintyvä valkoinen fosfori on erittäin myrkyllistä, keskimäärin jo 50 milligramman annos on kuolettava. Valkoista fosforia tulisi pitää veden alla koko ajan, koska se on äärimmäisen reaktiivinen ilman kanssa ja sitä on käsiteltävä pihdeillä, koska yhteys ihon kanssa voi johtaa vakaviin palovammoihin. Pitkäaikainen valkoisen fosforin myrkytys suojaamattomien työntekijöiden joukossa johtaa leuan kuolioon.

Punainen fosfori

Punainen fosfori ei ole läheskään yhtä myrkyllistä kuin valkoinen muoto. Kuitenkin myös sitä pitäisi käsitellä huolella, koska tietyillä lämpötila-alueilla se muuttuu takaisin valkoiseksi, ja kuumennettaessa hapen läsnä ollessa siitä lähtee myös myrkyllisiä, fosforioksideista koostuvia höyryjä.

Fosfaatit

Eräät organofosfaatit ovat hermomyrkkyjä, mutta epäorgaaniset fosfaatit ovat suhteellisen myrkyttömiä.

Fosforiyhdisteiden tarve ja saanti

Eräät ravinnosta saatavat fosforiyhdisteet ovat ihmiselle välttämättömiä, koska ne osallistuvat energia-aineenvaihduntaan ja happo-emästasapainon säätelyyn. Kalsiumfosfaattia on lisäksi luissa. Valtion ravitsemusneuvottelukunnan suositusten mukaan fosforia tulisi saada 80 mg/vrk ravinnosta energiana saatua megajoulea kohti eli noin 600 mg/vrk (aikuisilla). Koska fosfori on tärkeää myös luustolle ja hampaille, kasvavien nuorten tulisi saada sitä aikuisia enemmän. Raskaana olevien naisten tulisi saada 700 mg/vrk ja imettävien 900 mg/vrk. Suurimmaksi hyväksyttäväksi päiväsaanniksi on määritelty aikuiselle 5 000 mg/vrk. Suomalaiset saavat fosforia keskimäärin: naiset 1 363 mg/vrk ja miehet 1 778 mg/vrk eli suosituksiin verrattuna riittävästi.

Liikasaanti

Teollisuusmaissa fosfaatin saanti on runsasta ja fosfaattilisäaineiden käyttö on yleistä elintarviketeollisuudessa.
Fosfaatin runsas saanti yhdistyneenä vähäiseen kalsiumin saantiin voi johtaa luuston haurastumiseen. Munuaisten vajaatoiminnasta kärsiville runsaan fosforin on todettu olevan haitallista sekä luuston haurastumisen, mutta ennen kaikkea samanaikaisen verisuonten kalkkeutumisen takia (luusto-sydänsairaus). Osteodystrofiassa lisäkilpirauhashormonin eritys kasvaa ja kalsium-aineenvaihduntaan vaikuttavan kalsitriolin muodostus lisääntyy.
Sepelvaltimotaudin ehkäisemiseksi dialyysipotilaille tavattiin antaa fosfaa­tin­si­to­jina kalsiumsuoloja. 2000-luvulla on ymmärretty, että ongelma on monisyisempi ja lisäkalsiumin antaminen voi olla munuaistaudista kärsiville jopa haitaksi.
Käytössä olevia lääkkeitä ovat muun muassa Renvela ja Fosrenol. Dialyysipotilaita ohjeistetaan välttämään runsaasti fosforia sisältäviä ruokia, joita ovat muun muassa täysjyväviljatuotteet, etenkin kaura- ja ruis; maitotuotteet, kovat juustot, sulatejuustot, jäätelöt, pähkinät, suklaa ja kaakao.