Fosfori

Kohteesta Wikipedia
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
PiiFosforiRikki
N

P

As  
 
 
P-TableImage.png
Yleistä
Nimi Fosfori
Tunnus P
Järjestysluku 15
Luokka epämetalli
Lohko p-lohko
Ryhmä 15, typpiryhmä
Jakso 3
Tiheys1,823 (valkoinen fosfori)
2,34 (punainen) · 103 kg/m3
Kovuus- (Mohsin asteikko)
Väriväritöntä, punertavaa,
hopeanvalkoista
Löytövuosi, löytäjä 1669, Hennig Brand
Atomiominaisuudet
Atomipaino (Ar)30,973761998(5)[1]
Atomisäde, mitattu (laskennallinen)98 pm
Kovalenttisäde106 pm
Van der Waalsin säde180 pm
Orbitaalirakenne[Ne] 3s2 3p3
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 5
Hapetusluvut-III, III, IV, V
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste317,3 K (44,2 °C)
Kiehumispiste550 K (277 °C)
Höyrystymislämpö12,4 kJ/mol
Sulamislämpö0,66 kJ/mol
Muuta
Ominaislämpökapasiteetti 0,769 (valkoinen) kJ/kg K
Sähkönjohtavuus1×107 S/m
CAS-numero7723-14-0 (punainen) 12185-10-3 (valkoinen)
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Fosfori on alkuaine, maapallon yleisimpiä. Sen kemiallinen merkki on P (lat. phosphorus) ja järjestysluku 15. Se on moniarvoinen epämetalli, jota löytyy yleisesti epäorgaanisena fosfaattina ja kaikista elävistä soluista, mutta luonnossa ei koskaan 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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Fosforin allotrooppeja, vasemmalta oikealle: valkoinen fosfori, rakeet ja kimpale punaista fosforia ja oikeassa reunassa violettia fosforia

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.[2]

Riittävyys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Helsingin Sanomien uutisen mukaan pelkästään jo nyt tunnettuja fosforivarantoja on arviolta 370 vuodeksi (2014).[3] Eräässä vanhemmassa uutisessa fosforin väitettiin loppuvan noin 50 vuodessa[4].

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). [5]

Vuonna 2007 riittävyydeksi nykykäytöllä laskettiin 345 vuotta.[6] Institute for Sustainable Futuresin vanhempi tutkija Dana Cordell on tosin sanonut Times-lehdelle, että nykyvauhdilla varannot loppuisivat jo 50–100 vuodessa.[7] Vuonna 2012 U.S. Geological Survey arvioi 71 miljardin tonnin helposti käytettävät varannot ja maailmassa louhittiin 0,19 miljardia tonnia vuonna 2011.[8] Keskivertokivessä on 0,1 % fosforia[9] (kasveissa tyypillisestä 0,03–0,2 %),[10], joten maan 3 · 1019 tonnissa kiveä[11] sitä on miljoonia gigatonneja eli vuosimiljooniksi, joskin pääosin sen saaminen käyttöön on nykyteknologialla kalliimpaa.

Kierrätys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.lähde?

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".[4][12]

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[13]

Merkittävimmät esiintymisalueet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Fosforikiven reservi (tuhatta tonnia)[14]

  • Moldova?
  • Marokko 5 700 000
  • Kiina 4 100 100
  • Etelä-Afrikka 1 500 000
  • USA 1 200 000

Tuotto 2008 (tuhatta tonnia):[14]

  • Kiina 50 000
  • USA 30 900
  • Marokko 28 000

Terveysvaikutukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Valkoinen fosfori[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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

Fosforiyhdisteiden tarve ja saanti[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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 5000 mg/vrk. [15] Suomalaiset saavat fosforia keskimäärin: naiset 1363 mg/vrk ja miehet 1778 mg/vrk eli suosituksiin verrattuna riittävästi. [16].

Liikasaanti[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.[17][18]

Sepelvaltimotaudin ehkäisemiseksi dialyysipotilaille tavattiin antaa fosfaa­tin­si­to­jina kalsiumsuoloja. 2000-luvulla on ymmärretty, että ongelma on monisyisempi ja lisäkalsiumin antaminen voi olla munuaistaudista kärsiville jopa haitaksi. [19]

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.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. 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)
  2. 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.
  3. Soklin kaivosta suunniteltu lähes 50 vuotta, Helsingin Sanomat KOTIMAA 14.9.2014.
  4. a b Fosfori loppumassa maapallolta, maataloutta uhkaa romahdus Yle.fi. 13.10.2009. Viitattu 22.7.2014.
  5. Global Availability of Phosphorus and Its Implications for Global Food Supply: An Economic Overview, Markus Heckenmüller, Daiju Narita, Gernot Klepper, Kiel Institute for the World Economy, No. 1897, January 2014.
  6. "How Long Will it Last?" (May 26, 2007). New Scientist 194 (2605): 38–9. doi:10.1016/S0262-4079(07)61508-5. ISSN 4079 0262 4079. Bibcode2007NewSc.194...38R. 
  7. Leo Lewis. "Scientists warn of lack of vital phosphorus as biofuels raise demand", The Times, 2008-06-23. 
  8. U.S. Geological Survey Phosphate Rock
  9. U.S. Geological Survey Phosphorus Soil Samples
  10. Floor Anthoni: Abundance of Elements Seafriends.org.nz. Viitattu 10.1.2013.
  11. American Geophysical Union, Fall Meeting 2007, abstract #V33A-1161. Mass and Composition of the Continental Crust
  12. FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY: [http://www.ym.fi/download/noname/%7B561A726A-D239-494F-8B25-1A3E51E809AA%7D/123935 Fosforin jälkisaostuksen ja talteenoton esiselvitys Viikinmäen jätevedenpuhdistamolla] (pdf) (s. 4) 2015. Viitattu 5.2.2018.
  13. Kiertotalouden kärkihanke: Jäteveden fosforista ja typestä kierrätyslannoitetta 18.5.2017. Maaseudun tulevaisuus. Viitattu 5.2.2018.
  14. a b Scientific American, June 2009 , "Phosphorus: A looming Crisis"
  15. Valtion ravitsemusneuvottelukunta: Terveytta ruoasta! Suomalaiset ravitsemussuositukset 2014 2014. Valtion ravitsemusneuvottelukunta. Viitattu 16.5.2014.
  16. Paturi, M Tapanainen H, Reinivuo H, Pietinen P (toim.): Finravinto 2007 -tutkimus 2008. Kansanterveyslaitos. Viitattu 10.10.2008.
  17. Kalsiumtutkimusryhmä 2006. Helsingin yliopisto, elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos. Viitattu 15.3.2018.
  18. Anna Petäjäniemi: Fosfaatin määrä joulukinkuissa sekä kinkku- ja kalkkunarullissa Suomessa (Ympäristöteknologian opinnäytetyö, s. 16-18) 2011. Mikkelin ammattikorkeakoulu. Viitattu 15.3.2018.
  19. Heikki Saha: Renaalinen osteo­dyst­rofia - veri­suo­ni­tauti? Lääkärilehti 44/2006. 3.11.2006. Viitattu 15.3.2018.

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Fosfori.