Fosfori

alkuaine
PiiFosforiRikki
N

P

As  
 
 
P-TableImage.svg
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 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.

OminaisuudetMuokkaa

AllotroopitMuokkaa

 
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. 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:een 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.

FosfaatitMuokkaa

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

KäyttöMuokkaa

Fosfaatit 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 eri tyyppisissä ampumatarvikkeissa, kuten panssarisytytysammuksissa, fosforikäsikranaateissa ja palopommeissa.

Fosfori kasviravinteenaMuokkaa

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 käyttö voi lisätä fosforin päästöjä ympäristöön, sillä ne kilpailevat samoista maaperän sitoutumispaikoista.[2]

RiittävyysMuokkaa

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 prosenttia fosforia[9] (kasveissa tyypillisestä 0,03–0,2 prosenttia),[10] joten maan 3 · 1019 tonnissa kiveä[11] sitä on miljoonia gigatonneja eli vuosimiljooniksi, joskin pääosin sen saaminen käyttöön on nykyteknologialla kalliimpaa.

KierrätysMuokkaa

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 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".[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 esiintymisalueetMuokkaa

Fosforikiven reservi (tuhatta tonnia)[14]

  • 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

Ihmisten ravinteenaMuokkaa

Merkitys, tarve ja saantiMuokkaa

Katso myös: hypofosfatemia

Fosfori on kivennäisaine, jolla on ihmisissä ja muissa eliöissä fosforilla on monia toimintoja, joita on mahdoton käsitellä lyhyesti ja tyhjentävästi. 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.[15]

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.[16]

Suomen ravitsemusneuvottelukunnan fosforisuositukset (mg/vrk)[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

LiikasaantiMuokkaa

Katso myös: Hyperfosfatemia

Fosforin runsas saanti saattaa altistaa muun muassa osteoporoosille, mutta tästä ei ole selkeää näyttöä muiden kuin kroonista munuaisten vajaatoimintaa potevien kohdalla.[15] 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.[18]

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.[19] Suomessa estäjinä käytetään esimerkiksi kalsiumia sisältämätöntä sevelameeria ja lantaanikarbonaattia. Dialyysipotilaita ohjeistetaan siksi myös välttämään runsaasti fosforia sisältäviä ruokia.[20] Sitä on luontaisesti eritoten maitotuotteissa. Seuraavaksi eniten fosforia on lihoissa, viljoissa ja hernekasveissa. Fosoforin johdannaisia kuitenkin käytetään laajalti lisäaineina jalostetuissa ruuissa, kuten leipomotuotteissa ja kolajuomissa.[15]

Katso myösMuokkaa

LähteetMuokkaa

  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: 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. 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. 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.
  16. Paturi, M Tapanainen H, Reinivuo H, Pietinen P (toim.): Finravinto 2007 -tutkimus 2008. Kansanterveyslaitos. Viitattu 10.10.2008.
  17. Suomalaiset ravitsemussuositukset 2014, s. 50. 5. painos. Valtion ravitsemusneuvottelukunta, 2018. ISBN 9789524538015. Teoksen verkkoversio.
  18. EV Lerma et al: Nephrology secrets, s. 533-537. 4. painos. Elsevier, 2019. ISBN 9780323478717. doi:10.1016/C2015-0-06604-7.
  19. 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.
  20. Munuaisperäisen luustosairauden hyvä hoito perustuu ruokavalioon - Sic! sic.fimea.fi. Viitattu 10.12.2019.

Aiheesta muuallaMuokkaa

 
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Fosfori.