Применение
Фосфаты используются в качестве смягчителей воды в моющих средствах. Они также обладают свойством удерживать грязь во взвешенном состоянии, чтобы она не оседала на одежде.
Фосфор содержится в дымовых шашках и зажигательных бомбах, используется для производства фосфорной кислоты и других химикатов. Так называемый красный фосфор играет важную роль в производстве спичек и полупроводников. Фосфорорганические соединения могут использоваться в качестве антипиренов, в качестве добавки к смазочным маслам, в боевых отравляющих веществах и при добыче металлов.
Фосфорная кислота может использоваться в качестве пищевой добавки и служить защитным слоем для защиты металла от ржавчины. Другие соединения фосфора являются хорошими пластификаторами, используются в красках и клеях. Динатрийфосфат используется при производстве стекла и керамики, а также при дублении кожи. Этот элемент содержится в зубной пасте, а также в светодиодах в виде фосфидов металлов.
Черный фосфор проводит электричество, а изотоп 32 P используется в исследованиях в качестве индикатора.
Влияние фосфора на здоровье
Фосфор — важнейший элемент в организме человека. Ежедневное потребление с пищей эквивалентно 1-2 г фосфора, в то время как организму нужно всего около 800 мг. Около 60% фосфатов всасывается в тонком кишечнике.
90% фосфора находится в скелете. Он также является основным компонентом зубной эмали, в форме гидроксиапатита. Фосфор также необходим для образования фосфолипидов, ДНК и АТФ. Последний действует как химическая батарея и может накапливать энергию и высвобождать ее только тогда, когда это необходимо. Фосфор также играет роль в переносе веществ в крови и многочисленных метаболических процессах.
Люди коренным образом изменили естественную концентрацию фосфатов за счет использования богатых фосфатом удобрений и фосфорсодержащих моющих средств. Фосфаты также добавляют в большое количество продуктов, таких как: сыр, колбаса и ветчина. Слишком много фосфата может привести к проблемам со здоровьем, таким как повреждение почек или остеопороз.
В чистом виде фосфор имеет белый цвет. Белый фосфор — самая опасная форма, он крайне токсичен и во многих случаях его попадание в организм приводит к летальному исходу. Большинство людей, умерших от употребления белого фосфора, случайно проглотили крысиный яд. Белый фосфор также может вызывать ожоги кожи, которые, в свою очередь, вызывают повреждение печени, сердца и почек.
Воздействие фосфора на окружающую среду
Белый фосфор
Белый фосфор используется в промышленных целях при производстве других химикатов и в вооруженных силах, использующих его в качестве оружия. Если предприятия, перерабатывающие белый фосфор, сбрасывают его со сточными водами, он может попасть в окружающую среду.
Если фосфор выбрасывается в воздух, быстрая реакция с кислородом заставляет его распадаться на гораздо менее опасные компоненты.
Белый фосфор остается в почве несколько дней, прежде чем он превратится в менее опасные вещества. Однако на больших глубинах и на дне рек и озер он может сохраняться до тысячи лет.
Фосфаты
При очистке сточных вод фосфаты обычно не удаляются полностью и попадают в водоприемники, откуда распространяются на большие расстояния в поверхностных водах.
Повышение концентрации фосфора в поверхностных водах приводит к сильному распространению всех фосфоролюбивых организмов, таких как водоросли и ряска. Эти организмы потребляют большое количество кислорода и из-за своего широкого распространения снижают проницаемость солнечного света. Это делает воду практически непригодной для проживания других видов. Это явление известно как эвтрофикация.
Среднее содержание фосфора в морской воде составляет около 60 частей на миллион, при этом концентрации очень разные и значительно ниже в верхних слоях воды, чем на глубине. Речная вода обычно содержит концентрацию фосфора около 20 частей на миллиард.
Фосфор и вода
Как и в каких соединениях фосфор реагирует с водой?
Что касается реакции фосфора с водой, известно, что так называемый белый фосфор светится в темноте при контакте с влажным воздухом.
Многие соединения фосфора гидролизуются в воде, что относится, например, к оксихлориду фосфора и треххлористому фосфору. Хлорид фосфора (V) более бурно реагирует с водой с образованием HCl и H3PO4. Оксид фосфора (V) реагирует при сильном нагревании с водой, образуя фосфорную кислоту.
Растворимость в воде фосфора и / или его соединений
Элементарный фосфор не растворяется в воде при нормальных условиях. С другой стороны, фосфат железа (II) и фосфористая кислота обладают хорошей растворимостью в воде. Фосфины практически не растворяются в воде при нормальном давлении воздуха.
Как фосфор может попасть в воду?
Фосфаты, соли фосфорной кислоты, встречаются в природе во многих местах, в том числе потому, что они содержатся во многих породах. Фосфор можно найти в форме различных апатитов, таких как карбонатный фторапатит.
Однако фосфаты поступают не только естественным путем (цикл фосфора) в воду и другие среды, а также в результате деятельности человека. Важную роль здесь играют фосфорсодержащие удобрения, которые смываются в воду. Натуральный гуано также является источником фосфатов. Навоз крупного рогатого скота, свиней и лошадей содержит около 1-2 г фосфора на килограмм.
Кроме того, этот элемент выделяется в сельском хозяйстве за счет использования фосфорорганических гербицидов, инсектицидов и фунгицидов.
Какие экологические проблемы может вызвать загрязнение воды фосфором?
Фосфор в форме фосфата является важным питательным веществом как для растений, так и для животных. Поэтому фосфаты обычно считаются нетоксичными. Элемент необходим для построения фосфолипидов, из которых состоят клеточные мембраны, нуклеиновые кислоты и другие соединения. Кроме того, в форме АТФ играет важную роль во многих биохимических процессах.
Концентрация фосфора в нормальных воздушно-сухих почвах составляет около 200-800 частей на миллион, из которых обычно около половины связаны как неорганически, так и органически. Минералы фосфора часто слишком плохо растворимы, чтобы выделять фосфат доступным для растений способом, поэтому фосфат часто является ограничивающим фактором роста.
Ионы фосфата, доступные для растений, прочно связаны с почвой. Это происходит в виде адсорбированного аниона, но прежде всего в виде нерастворимого фосфата железа или алюминия при низких значениях pH и в виде фосфата кальция при более высоких значениях pH. В крайних диапазонах pH эта связь настолько сильна, что фосфат больше не доступен для растений. Наилучшая доступность достигается при pH 6-7.
Растения содержат около 3% (в пересчете на сухое вещество) фосфора. При недостатке фосфора их рост замедляется, а листья приобретают цвет от темно-зеленого до сине-фиолетового. По этой причине фосфорные удобрения широко используются в сельском хозяйстве. Положительный побочный эффект фосфата заключается в том, что следы потенциально вредных металлов, содержащиеся в удобрениях, стабилизируются фосфатом и не могут усваиваться растениями.
Хотя фосфаты менее подвижны, чем нитраты, когда почва насыщена ими, они могут проникать в более глубокие слои почвы и грунтовых вод и вызывать дистрофию. Они также могут вызвать серьезные экологические проблемы в водоемах. В основном это связано с их особой ролью в эвтрофикации слабых или стоячих вод. В природных водах фосфат является фактором, ограничивающим рост содержащегося в нем фитопланктона. Доступность питательных веществ становится настолько большой, что происходит так называемое цветение водорослей. Когда мертвые водоросли расщепляются, потребляется много кислорода, что снижает его концентрацию до такой степени, что многие водные организмы умирают.
В первую очередь усиленный рост водорослей приводит к помутнению верхнего слоя. Это уменьшает попадание света, который ограничивает фотосинтез и, таким образом, запускает эффект саморегулирования. Этому также способствует распространение зоопланктона, питающегося водорослями. Тем не менее, в конечном итоге происходит чрезмерное потребление кислорода из-за разложения мертвых растительных остатков и планктона.
В случае однократного увеличения поступления фосфатов невозможно определить долгосрочное воздействие на экологическое состояние воды. Однако, если это происходит постоянно, содержание кислорода может упасть почти до нуля, особенно в слоях, расположенных близко к земле, где происходит большая часть процессов разложения. Это также означает, что аэробное разложение биомассы больше не может происходить. Анаэробные бактерии продолжают этот процесс, но в то же время производят не только метан, но и токсичные продукты обмена, такие как аммиак. Превращение фосфата железа (III) в легкорастворимый фосфат железа (II), которое происходит в восстановительных условиях, возвращает его в биологический цикл и снова стимулирует производство биомассы.
Если фосфаты попадают в реки, они обычно смываются прямо в море, где медленно осаждаются. Концентрация фосфатов в океанах очень низкая, что связано с нерастворимостью фосфатов кальция, магния и железа.
Фосфатные соединения могут оказывать токсическое действие на различные организмы. Эфиры фосфорной кислоты, используемые в качестве инсектицидов, токсичны для многих водных животных.
