Fosforus

Sifat-sifat utama

Fosforus biasa berbentuk pepejal putih berlilin yang mempunyai ciri-ciri bau yang tidak menyenangkan, seperti bawang putih. Bentuk tulen unsur ini adalah tak berwarna dan lutsinar. Unsur bukan logam ini adalah tidak larut dalam air, tetapi terlarut dalam karbon disulfida. Fosforus tulen menyala secara spontan dalam udara dan terbakar untuk menghasilkan fosforus pentoksida.

Bentuk

Fosforus wujud dalam tiga bentuk alotrop: putih, merah, dan hitam. Bentuk alotrop lain mungkin juga wujud. Bentuk yang paling lazim adalah fosforus merah dan putih, kedua-duanya merangkumi rangkaian kumpulan empat atom fosforus yang diatur secara tetrahedron. Tetrahedron fosforus putih membentuk kumpulan yang berasingan, manakala tetrahedron fosforus merah bersambung membentuk rantai. Fosforus putih terbakar apabila terdedah kepada udara dan pendedahan kepada haba atau cahaya.
Fosforus juga wujud dalam bentuk yang secara kinetiknya dan termodinamiknya adalah digemari. Ia diasingkan dalam suhu peralihan -3.8 °C. Salah satunya dikenali sebagai bentuk alfa, dan yang lainnya beta. Fosforus merah adalah pada bandingannya lebih stabil dan memejalwap pada tekanan wap 1 atm dan 170 °C tetapi terbakar melalui pemanasan geseran atau hentaman. Alotrop fosforus hitam yang mempunyai struktur serupa grafit – atom-atom disusun dalam lapisan kepingan heksagon dan boleh mengalirkan elektrik.

Peranan biologi

Fosforus adalah antara unsur yang terpenting dalam semua bentuk hidupan yang diketahui. Fosforus tak organik dalam bentuk fosfat PO₄³⁻ memainkan peranan penting dalam molekul biologi seperti DNA dan RNA di mana ia membentuk sebahagian daripada tulang belakang struktur molekul-molekul tersebut. Sel hidup menggunakan fosfat untuk mengangkut tenaga sel melalui adenosina trifosfat (ATP). Hampir semua proses sel yang menggunakan tenaga akan memperolehnya daripada ATP. ATP juga adalah penting dalam pemfosforilan, sejenis peristiwa pengawalaturan sel yang utama. Fosfolipid adalah juzuk utama kestrukturan dalam semua membran bersel. Garam kalsium fosfat digunakan oleh haiwan untuk mengeraskan tulangnya. Manusia secara puratanya mengandungi hampir 1 kg fosforus, kira-kira tiga suku daripada itu hadir pada tulang-tulang dan gigi dalam bentuk apatit. Seorang dewasa yang cukup makan dalam negara industri menggunakan dan mengumuhkan kira-kira 1-3 g fosforus sehari dalam bentuk fosfat.
Dari segi ekologi, fosforus biasanya merupakan nutrien pengehad dalam kebanyakan persekitaran, iaitu keperolehan fosforus menentukan kadar pertumbuhan kebanyakan organisma. Ekosistem yang mengandungi lebihan fosforus boleh membawa masalah, terutamanya dalam sistem akua, lihat eutrofikasi dan blum (kembangan) alga.

Sejarah

Fosforus (Bahasa Yunani phosphoros, bermaksud "pembawa cahaya" iaitu nama kuno bagi planet Zuhrah) dijumpai oleh ahli alkimia Jerman yang bernama Hennig Brand pada tahun 1669 melalui persediaan daripada air kencing. Menjalankan kajiannya di Hamburg, Brand cuba untuk menyuling garam dengan mengewapkan air kencing, dan dalam proses tersebut sejenis bahan putih terhasil dan membara dalam keadaan gelap serta terbakar dengan cerahnya. Semenjak itu, perkataan pendarfosfor telah digunakan untuk menerangkan bahan yang berkilau dalam keadaan gelap tanpa terbakar.
Mancis awal menggunakan fosforus putih dalam komposisinya, dan adalah berbahaya kerana ketoksikannya. Pembunuhan, bunuh diri, dan keracunan secara tak sengaja merupakan akibat daripada penggunaannya. (Satu kisah yang diragukan menceritakan tentang percubaan seorang wanita untuk membunuh suaminya dengan meletakkan fosforus putih dalam makanannya, yang kemudiannya dikesani dalam stew yang menghasilkan stim berkilau). Tambahan pula, pendedahan kepada wap menyebabkan pekerja kilang mancis menghidapi nekrosis pada tulang rahang, yang dikenali sebagai "phossy-jaw" (rahang fosforus). Apabila fosforus merah ditemui, yang mempunyai kemudahbakaran dan ketoksikan yang lebih rendah, ia kemudiannya diterima guna sebagai pengganti yang lebih selamat untuk penghasilan mancis.

Kewujudan

Oleh kerana kereaktifannya dengan udara dan lain-lain bahan yang mengandungi oksigen, fosforus tidak dijumpai secara bebas dalam semulajadi tetapi teragih secara meluas dalam pelbagai jenis mineral. Batuan fosfat, yang diperbuat separanya daripada apatit (sejenis mineral tri-kalsium fosfat tak tulen), adalah sumber komersil penting untuk unsur ini. Mendapan besar apatit dijumpai di China, Russia, Maghribi, Florida, Idaho, Tennessee, Utah, dan lain-lain lagi. Namun terdapatnya bimbangan tentang berapa lamanya mendapan fosforus akan bertahan. Amerika Syarikat akan kehabisan mendapannya pada sekitar tahun 2035. China dan Maghribi mempunyai mendapan terbesar yang diketahui pada hari ini, namun ia juga akan kemudiannya menyusut. Semasa kehabisan fosforus, akan terdapatnya pelbagai masalah serius dalam penghasilan makanan sejagat kerana fosforus adalah ramuan yang sangat penting dalam baja.
Alotrop putih boleh dihasilkan menggunakan beberapa kaedah yang berbeza. Dalam satu proses, tri-kalsium fosfat, yang diterbitkan daripada batuan fosfat, dipanaskan dalam relau elektrik atau relau pembakaran bahan api dengan kehadiran karbon dan silika. Unsur fosforus kemudiannya dibebaskan dalam bentuk wap dan boleh dikumpulkan dalam bentuk asid fosforik.

Langkah pengawasan

Fosforus merupakan unsur yang beracun dengan 50 mg sebagai dos maut purata (fosforus putih secara umumnya dianggap sebagai bentuk yang berbahaya manakala fosfat dan ortofosfat adalah merupakan nutrien yang penting). Alotrop fosforus putih harus disimpan di dalam air pada bila-bila masa kerana ia merupakan bahaya api yang utama oleh kerana kereaktifan lampaunya terhadap oksigen atmosfera, dan haruslah hanya dikendalikan menggunakan forsep kerana sentuhan kulit boleh mengakibatkan luka bakaran yang parah. Keracunan fosforus putih kronik pada pekerja-pekerja yang tidak dilindungi boleh menjurus kepada nekrosis rahang yang dikenali sebagai "phossy-jaw". Pengunyahan fosforus putih boleh mengakibatkan keadaan perubatan yang dinamakan "Smoking Stool Syndrome". Sebatian organik fosforus membentuk kelas bahan-bahan yang luas, di mana antaranya adalah sangat toksik. Ester Fluorofosfat merupakan antara neurotoksin yang paling berbisa yang pernah diketahui. Beraneka jenis sebatian organofosforus digunakan kerana ketoksikannya terhadap sesetengah organisma iaitu dalam pestisid (racun herba, racun serangga, racun kulat dll). Kebanyakan fosfat tak organik adalah secara relatifnya tidak bertoksik dan adalah nutrien penting. Untuk kesan mudarat fosfat dalam persekitaran lihat eutrofikasi dan kembangan alga.
Apabila alotrop putih terdedah kepada cahaya matahari atau apabila dipanaskan oleh wapnya pada suhu 250 °C, ia berubah menjadi bentuk merah, yang tidak memendarfosfor dalam udara. Alotrop merah tidak terbakar secara spontan dan tidaklah seberbahaya fosforus putih. Walau bagaimanapun, ia haruslah dikendalikan dengan berhati-hati kerana ia boleh berubah kembali menjadi fosforus putih pada beberapa julat suhu dan juga boleh membebaskan wasap yang sangat toksik yang mengandungi fosforus oksida apabila dipanaskan.
Apabila terdedah kepada unsur fosforus, pada masa yang lalu ia dicadangkan untuk membasuh kawasan yang terlibat dengan 2% kuprum sulfat menjadi sebatian tak berbahaya yang boleh dibersihkan. Namun merujuk kepada maklumat terbaru US Navy's Treatment of Chemical Agent Casualties and Conventional Military Chemical Injuries: FM8-285: Part 2 Conventional Military Chemical Injuries,"kuprik (kuprum) sulfat telah digunakan oleh kakitangan Amerika Syarikat pada masa dahulu dan masih digunakan dalam sebilangan negara. Walau bagaimanapun, kuprum sulfat adalah toksik dan penggunaannya telah diberhentikan. Kuprum sulfat boleh mengakibatkan keracunan ginjal dan serebrum dan juga hemolisis intravaskular."
Buku panduan ini mencadangkan "larutan bikarbonat untuk meneutralkan asid fosforik, yang membolehkan pengeluaran fosforus putih yang boleh dilihat. Zarah-zarah biasanya boleh dikesan daripada pembebasan asap apabila udara terkenanya, atau melalui pendarfosfornya dalam keadaan gelap. Dalam persekitaran gelap, cebisan boleh dilihat sebagai tompok pendarkilau." Selepas itu, "Segera keluarkan bakaran kulit sekiranya keadaan pesakit membenarkan pengeluaran cebisan fosforus putih yang mungkin akan diserap kemudian dan mengakibatkan keracunan sistemik. Jangan menggunakan salap berasas minyak sehingggalah dapat dipastikan bahawa semua fosforus putih telah diasingkan. Setelah pengeluaran semua zarah-zarah, lesi boleh dirawat seperti lepuh terma (luka bakaran)." Oleh kerana fosforus putih sedia bercampur dengan minyak, maka apa-apa bentuk bahan berminyak atau salap adalah tidak disyorkan sehinggalah kawasan tersebut dibersihkan dengan teliti dan semua fosforus putih telah dikeluarkan.