Fosfori
| |||||
| Yleistä | |||||
| Nimi | Fosfori | ||||
| Tunnus | P | ||||
| Järjestysluku | 15 | ||||
| Luokka | epämetalli | ||||
| Lohko | p-lohko | ||||
| Ryhmä | 15, typpiryhmä | ||||
| Jakso | 3 | ||||
| Tiheys | 1,823 (valkoinen fosfori) 2,34 (punainen) · 103 kg/m3 | ||||
| Kovuus | - (Mohsin asteikko) | ||||
| Väri | väritöntä, punertavaa, hopeanvalkoista |
||||
| Löytövuosi, löytäjä | 1669, Hennig Brand | ||||
| Atomiominaisuudet | |||||
| Atomipaino (Ar) | 30,973761998(5)[1] | ||||
| Atomisäde, mitattu (laskennallinen) | 98 pm | ||||
| Kovalenttisäde | 106 pm | ||||
| Van der Waalsin säde | 180 pm | ||||
| Orbitaalirakenne | [Ne] 3s2 3p3 | ||||
| Elektroneja elektronikuorilla | 2, 8, 5 | ||||
| Hapetusluvut | -III, III, IV, V | ||||
| Fysikaaliset ominaisuudet | |||||
| Olomuoto | kiinteä | ||||
| Sulamispiste | 317,3 K (44,2 °C) | ||||
| Kiehumispiste | 550 K (277 °C) | ||||
| Höyrystymislämpö | 12,4 kJ/mol | ||||
| Sulamislämpö | 0,66 kJ/mol | ||||
| Muuta | |||||
| Ominaislämpökapasiteetti | 0,769 (valkoinen) kJ/(kg K) | ||||
| Sähkönjohtavuus | 1×107 S/m | ||||
| CAS-numero | 7723-14-0 (punainen) 12185-10-3 (valkoinen) | ||||
| Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa | |||||
Fosfori on yksi maapallon yleisimmistä alkuaineista. Sen kemiallinen merkki on P (lat. phosphorus) ja järjestysluku 15. Se on moniarvoinen epämetalli, jota löytyy yleisesti epäorgaanisena fosfaattina ja kaikista elävistä soluista, mutta sitä ei koskaan tavata luonnossa vapaana alkuaineena. Fosforin löytänyt alkemisti Hennig Brand löysi aineen sattumalta, kun hän haihdutti tynnyreissä virtsaa ja keräsi pohjalle jääneen sakan ja tiivisti tislauksessa syntyneen nesteen kylmässä vedessä kiinteäksi.
Vapaana alkuaineena esiintyvä valkoinen fosfori on erittäin myrkyllistä, mutta eräät sen yhdisteet ovat elämälle välttämättömiä.
Ominaisuudet
muokkaaAllotroopit
muokkaaVapaana 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. Valkoinen fosfori on hyvin reaktiivinen aine. Se hehkuu heikosti, koska se yhdistyy happeen, puhtaana se syttyy itsestään ilmassa ja palaa fosforipentoksidiksi (P2O5). 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 hyvin 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.
Auringon valossa tai kuumennettaessa omassa höyryssä 250 °C:seen valkoinen fosfori muuttuu punaiseen muotoon, joka ei fosforoi ilmassa. Toisin kuin valkoinen fosfori, se ei syty itsestään eikä ole läheskään yhtä myrkyllistä. 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
muokkaaEräät organofosfaatit ovat hermomyrkkyjä, mutta epäorgaaniset fosfaatit ovat suhteellisen myrkyttömiä.
Isotoopit
muokkaaFosforilla on 22 isotooppia, joista vain 31P on pysyvä. Muut isotoopit ovat radioaktiivisia. Niistä pitkäikäisimmät ovat 33P, jonka puoliintumisaika on 25,35 päivää, ja 32P, jonka puoliintumisaika on 14,26 päivää. Muiden isotooppien puoliintumisajat ovat alle 2,5 minuuttia, useimpien alle sekunnin.[2]
Käyttö
muokkaaFosfaatit ovat tärkeitä lannoitteita. Fosforiyhdisteitä käytetään myös räjähteissä, kasvinsuojeluaineissa, hammastahnassa ja pesuaineissa.
Punainen fosfori on tärkeä aine metamfetamiinin valmistuksessa. Sitä on myös tulitikkuaskin raapaisupinnassa, jossa sen kipinöinti vaikuttaa osaltaan tikun syttymiseen. Valkoista fosforia voidaan käyttää sytytysaineena erityyppisissä ampumatarvikkeissa, kuten panssarisytytysammuksissa, fosforikäsikranaateissa ja palopommeissa.
Fosfori kasviravinteena
muokkaaFosforiyhdisteet 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 käyttö voi lisätä fosforin päästöjä ympäristöön, sillä ne kilpailevat samoista maaperän sitoutumispaikoista.[3]
Riittävyys
muokkaaTunnettuja fosforivarantoja on arviolta 370 vuodeksi (2014).[4] Aiemmin on väitetty fosforin loppuvan noin 50 vuodessa.[5]
Varsinaisia fosfaattikivivarantoja arvioidaan olevan 67 miljardia tonnia (Jasinski 2013) eli tilastollisesti 338 vuodeksi. Laajemmin fosfaattikiveä on vielä moninkertainen määrä, arviolta 290–460 miljardia tonnia.[6]
Vuonna 2007 riittävyydeksi nykykäytöllä laskettiin 345 vuotta.[7] Institute for Sustainable Futuresin vanhempi tutkija Dana Cordell on tosin sanonut Times-lehdelle, että nykyvauhdilla varannot loppuisivat jo 50–100 vuodessa.[8] Vuonna 2012 U.S. Geological Survey arvioi 71 miljardin tonnin helposti käytettävät varannot ja maailmassa louhittiin 0,19 miljardia tonnia vuonna 2011.[9] Keskivertokivessä on 0,1 prosenttia fosforia[10] (kasveissa tyypillisestä 0,03–0,2 prosenttia),[11] joten maan 3 · 1019 tonnissa kiveä[12] sitä on miljoonia gigatonneja eli vuosimiljooniksi, joskin pääosin sen saaminen käyttöön on nykyteknologialla kalliimpaa.
Kierrätys
muokkaaLuomutuotannossa 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.lähde?
Jätevesistä fosfori ravinnesaasteena otetaan Suomessa talteen. Esimerkiksi Helsingin Veden Viikin jätevedenpuhdistamo on poistanut sitä jätevedestä 97–98 prosentin erotusteholla, kun 2014 viranomaisvaatimus oli > 95 prosenttia. 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".[5][13]
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[14]
Merkittävimmät esiintymisalueet
muokkaaFosforikiven reservi (tuhatta tonnia)[15]
- Marokko 5 700 000
- Kiina 4 100 100
- Etelä-Afrikka 1 500 000
- USA 1 200 000
Tuotto 2008 (tuhatta tonnia):[15]
- Kiina 50 000
- USA 30 900
- Marokko 28 000
Ihmisten ravinteena
muokkaaMerkitys, tarve ja saanti
muokkaa- Katso myös: hypofosfatemia
Fosfori on kivennäisaine, jolla on ihmisissä ja muissa eliöissä fosforilla on monia toimintoja. Kaikesta kehon fosforista noin 85 prosenttia on rakenneosana luiden ja hampaiden hydroksiapatiitissa. Fosfori on myös osa happo-emästasapainon säätelyä sekä rakenneosa monissa kehon orgaanisissa molekyyleissä. Näistä vain muutamia esimerkkejä ovat ATP, DNA, RNA, fosfolipidit, fosfokreatiini, cAMP, cGMP ja 2,3-bisfosfoglyseraatti. Moniin kehon proteiineihin ja hiilihydraatteihin liitetään fosforia fosforylaatiossa. Fosforin liittyminen ohjaa proteiinien ja hiilihydraattien toimintaa ja kohdentumista kehossa. Fosforin aineenvaihduntaa ohjaavat keskeisimmin parathormoni ja 1,25-hydroksyloidut D-vitamiinien aktiivimuodot, kuten kalsitrioli.[16]
Vuoden 2007 arvion mukaan suomalaiset naiset saavat fosforia keskimäärin 1 363 milligrammaa per vuorokausi (mg/vrk) ja miehet 1 778 mg/vrk eli suosituksiin (taulukko alla) verrattuna riittävästi.[17]
| Lapset | Miehet | Naiset | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Ikä | Suositus | Ikä | Suositus | Ikä/ryhmä | Suositus |
| alle 6 kk | a | 10–20 v | 700 | 10–20 v | 700 |
| 6–11 kk | 540 | ≥ 21 | 600 | ≥ 21 | 600 |
| 12–23 kk | 600 | Raskaana olevat | 700 | ||
| 2–5 v | 600 | Imettävät | 900 | ||
| 6–9 v | 700 | ||||
| a: Äidinmaito tai äidinmaidonkorvike tyydyttää alle 6 kk ikäisten ravinnetarpeet | |||||
Liikasaanti
muokkaa- Katso myös: Hyperfosfatemia
Fosforin runsas saanti saattaa altistaa muun muassa osteoporoosille, mutta tästä ei ole selkeää näyttöä muiden kuin kroonista munuaisten vajaatoimintaa potevien kohdalla.[16] Lisäksi fosforin runsas saanti voi aiheuttaa kroonista munuaisten vajaatoimintaa potevilla hyperfosfatemiaa ja hypokalsemiaa, sillä kehon fosforiylimäärä tuottaa kalsiumin kanssa kalsiumfosfaattikertymiä pehmytkudoksiin. Tämä pidemmällä aikavälillä aiheuttaa verisuonten kalkkeutumista ja johtaa kalsifylaksiaan eli kivuliaisiin pikkuvaltimoiden tukkeumiin.[19]
Vajaatoimintaa potevilla on myös korkea kuolleisuus sydän- ja verisuonitauteihin. Kuolleisuus liittyy osin suonten fosfaattikertymien muodostumiseen. Siksi vajaatoimintaa poteville saatetaan määrätä lääkkeeksi fosforin suolistosta imeytymistä estäviä aineita, kuten kalsiumkarbonaattia. Liika kalsium on kuitenkin myös haitallista samasta syystä kuin fosfaatit (suonten kalkkeutuminen). Siksi on kehitetty myös kalsiumia sisältämättömiä fosforin imeytymisen estäjiä.[20] Suomessa estäjinä käytetään esimerkiksi kalsiumia sisältämätöntä sevelameeria ja lantaanikarbonaattia. Dialyysipotilaita ohjeistetaan siksi myös välttämään runsaasti fosforia sisältäviä ruokia.[21] Sitä on luontaisesti eritoten maitotuotteissa. Seuraavaksi eniten fosforia on lihoissa, viljoissa ja hernekasveissa.[16] Fosforin johdannaisia käytetään lisäksi laajalti lisäaineina jalostetuissa ruuissa, kuten lihajalosteissa, valmiissa leivonnaisissa ja kolajuomissa[22].
Katso myös
muokkaaLähteet
muokkaa- ↑ Meija, Juris et al.: Atomic Weights of the Elements 2013 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2016, 88. vsk, nro 3, s. 272–274. IUPAC. Artikkelin verkkoversio. (pdf) Viitattu 17.12.2016. (englanniksi)
- ↑ Isotopes of the Element Phosphorus Jefferson Lab. Viitattu 28.12.2023. (englanniksi)
- ↑ Kari Saikkonen ja Irma Saloniemi: Glyfosaatin riskit ja vaihtoehdot on selvitettävä. Helsingin Sanomat, 22.6.2015, s. A 5. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 22.6.2015.
- ↑ Soklin kaivosta suunniteltu lähes 50 vuotta, Helsingin Sanomat KOTIMAA 14.9.2014.
- ↑ a b Fosfori loppumassa maapallolta, maataloutta uhkaa romahdus Yle.fi. 13.10.2009. Viitattu 22.7.2014.
- ↑ Global Availability of Phosphorus and Its Implications for Global Food Supply: An Economic Overview (Arkistoitu – Internet Archive), Markus Heckenmüller, Daiju Narita, Gernot Klepper, Kiel Institute for the World Economy, No. 1897, January 2014.
- ↑ How Long Will it Last?. New Scientist, May 26, 2007, 194. vsk, nro 2605, s. 38–9. doi:10.1016/S0262-4079(07)61508-5 4079 ISSN 0262 4079 Bibcode:2007NewSc.194...38R
- ↑ Leo Lewis: Scientists warn of lack of vital phosphorus as biofuels raise demand. The Times, 23.6.2008. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ U.S. Geological Survey Phosphate Rock
- ↑ U.S. Geological Survey Phosphorus Soil Samples
- ↑ Floor Anthoni: Abundance of Elements Seafriends.org.nz. Viitattu 10.1.2013.
- ↑ American Geophysical Union, Fall Meeting 2007, abstract #V33A-1161. Mass and Composition of the Continental Crust
- ↑ FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY: Fosforin jälkisaostuksen ja talteenoton esiselvitys Viikinmäen jätevedenpuhdistamolla (pdf) (s. 4) ym.fi. 2015. http://www.ym.fi/fi-FI/Luonto/Itameri_ja_merensuojelu/Ohjelmat_ja_strategiat/Ravinteiden_kierratyksen_edistamista_ja_Saaristomeren_tilan_parantamista_koskeva_ohjelma/Hankkeiden_tulokset/Jate Ympäristöministeriö. Arkistoitu 5.2.2018. Viitattu 5.2.2018.
- ↑ Kiertotalouden kärkihanke: Jäteveden fosforista ja typestä kierrätyslannoitetta 18.5.2017. Maaseudun tulevaisuus. Viitattu 5.2.2018.
- ↑ a b Scientific American, June 2009 , "Phosphorus: A looming Crisis"
- ↑ a b c Scientific Opinion on Dietary Reference Values for phosphorus. EFSA Journal, 2015, 13. vsk, nro 7, s. 4185. doi:10.2903/j.efsa.2015.4185 ISSN 1831-4732 Artikkelin verkkoversio. (Arkistoitu – Internet Archive)
- ↑ Paturi, M Tapanainen H, Reinivuo H, Pietinen P (toim.): Finravinto 2007 -tutkimus 2008. Kansanterveyslaitos. Arkistoitu 7.6.2011. Viitattu 10.10.2008.
- ↑ Suomalaiset ravitsemussuositukset 2014, s. 50. (5. painos) Valtion ravitsemusneuvottelukunta, 2018. ISBN 9789524538015 Teoksen verkkoversio.
- ↑ EV Lerma et al: Nephrology secrets, s. 533-537. (4. painos) Elsevier, 2019. doi:10.1016/C2015-0-06604-7 ISBN 9780323478717
- ↑ M Cozzolino, P Ciceri, A Galassi: Hyperphosphatemia: a novel risk factor for mortality in chronic kidney disease. Annals of Translational Medicine, 2019, 7. vsk, nro 3. PubMed:30906759 doi:10.21037/atm.2018.06.50 ISSN 2305-5839 Artikkelin verkkoversio.
- ↑ Munuaisperäisen luustosairauden hyvä hoito perustuu ruokavalioon - Sic! sic.fimea.fi. Arkistoitu 10.12.2019. Viitattu 10.12.2019.
- ↑ Fosfori. Keski-Pohjanmaan sosiaali- ja terveyspalvelukuntayhtymä. https://www.soite.fi/media/Fosfori.doc/format-pdf/path-L3Zhci93d3cvc2l2dS9yYXBpZGZpcmUvbWVkaWEvZG9jdW1lbnQvZG9jcw== (Arkistoitu – Internet Archive)
Aiheesta muualla
muokkaa- Fosforin kansainvälinen kemikaalikortti
- Fineli: Fosforin lähteet ruoka-aineissa
- Periodictable: Technical data for Phosphorus (englanniksi)
- PubChem: Phosphorus (englanniksi)
- Human Metabolome Database: Phosphorus (englanniksi)
- Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Phosphorus (englanniksi)
- ChemBlink: Phosphorus (englanniksi)
- Molecule of the Month: White Phosphorus, Bristol University School of Chemistry (englanniksi)
- Webmineral: Mineral Species containing Phosphorus (P ) (englanniksi)
- Mindat: The Mineralogy of Phosphorus (englanniksi)
- Luettelo fosforin isotoopeista The Isotopes Project Home Page (englanniksi)
- Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Phosphorus (englanniksi)