A foszfor egy nemfémes, szilárd kémiai elem, melynek rendszáma 15, vegyjele P. Neve görög eredetű, jelentése „fényhozó”, utalva a foszfor egyik legismertebb tulajdonságára, a világításra. Ezt a tulajdonságot már az elem felfedezője, Hennig Brand is tapasztalta 1669-ben, amikor először állította elő az elemet vizeletből. A keletkezett, viaszszerű anyag levegőre kerülve sötétben is világított, láng nélkül, amit „hideg tűz”-nek nevezett el.
A foszfornak több módosulata ismert, melyek kémiailag azonos módon viselkednek. Ezek közül a legfontosabbak a fehérfoszfor (sárgafoszfor), a vörösfoszfor és a feketefoszfor.
- Fehérfoszfor (sárgafoszfor): Viasz keménységű, késsel vágható, erősen mérgező anyag. Szobahőmérsékleten is hevesen oxidálódik, öngyúlékony, ezért mindig víz alatt, oxigéntől elzárva kell tartani. Zsírokban és olajokban jól oldódik, ezért óvatosan kell bánni vele. Lenyelve már 0,05 g is halálos lehet.
- Vörösfoszfor: Sötétvörös színű amorf por. Nem oldódik semmiben, így nem mérgező.
- Feketefoszfor: Sötétszürke, fémesen csillogó anyag, amely jól vezeti a hőt és az elektromosságot. Több módosulata létezik.
A foszfor elengedhetetlen minden növény és állat számára. A természetben legnagyobb része apatitokban és amorf foszfátkőzet-telepeken található. A kalcium-foszfátból (Ca3(PO4)2) állítják elő.
A foszfor felhasználása és jelentősége
A legtöbb bányászott foszfort műtrágyázásra használják, mivel a termőföldekben kis mennyiségben, oldhatatlan sók formájában van jelen, ami a növények számára nehezen feldolgozható. Irinyi János a fehérfoszfort a mai biztonsági gyufa elődjéhez használta.
A foszfor az antimon, bizmut és a nemesgázok kivételével minden elemmel képez bináris vegyületet. A bizmut, higany és ólom kivételével a többi fémmel közvetlenül is egyesül.
A tetrafoszfor-dekaoxid (P4O10) oldásával kapjuk a foszforsavat (H3PO4), amely nem mérgező, savanyú ízű anyag, így üdítőket ízesítenek vele. További foszfor-oxidok: P4O7, P4O8, P4O9. A foszforsav különböző sóit és savanyú sóit az élelmiszer- és mosószeriparban, valamint fogkrémekben használják.
Az élőlények örökítőanyaga, a DNS, nukleinsavak foszforsavval alkotott észtere. A trifoszforsav adenozinnal alkotott észtere, az ATP, a szervezet sejtjeinek energiahordozója.
A foszfor a kénnel is sokféle vegyületet alkot. A tetrafoszfor-dekaszulfid (P4S10) sok P−S-kötést tartalmazó vegyület gyártásának kiinduló anyaga.
A foszfornak oxigénnel vagy kénnel és halogénnel sokféle vegyülete ismert, pl. PX3 és PX5, ahol X = F, Cl, Br vagy I. Mind a 12 vegyület ismert, közülük gyakorlati szempontból legfontosabb a foszfor-triklorid (PCl3). További példák: foszfor-pentabromid, foszfor-pentaklorid, foszfor-trijodid.
Az egyszeres P−N-kötést tartalmazó vegyületek a foszfazánok és ciklofoszfazánok, a P=N kettős kötést tartalmazók a foszfazének. A C−P-kötés tartalmazó foszfororganikus vegyületek száma és jelentősége óriási.
Foszforterhelés és környezeti hatások
A foszfor a műtrágyák és növényvédő szerek mindennapos összetevője, mivel segíti a terméshozamok növekedését. A műtrágyaként alkalmazott foszfor nagy részét azonban a növények nem dolgozzák fel, ezért felhalmozódik a talajban, vagy belemosódik a folyókba, tavakba és a tengerek, óceánok part menti vizeibe.
Egy, az Amerikai Geofizikai Unió folyóiratában közzétett tanulmány szerint 2002 és 2010 között globálisan évente 1,62 millió tonna foszfor került a világ legnagyobb vízgyűjtő medencéibe emberi tevékenységből. A szakemberek kimutatták, hogy a foszforterhelés meghaladja az édesvizek asszimilációs képességét a Föld szárazföldi területeinek 38 százalékán.
„A világ számos térségében nincs elég víz ahhoz, hogy a foszfor felszívódjon, vagy a foszforszennyezés olyan mértékű, hogy a vízrendszer képtelen mindet asszimilálni” - idézte Mesfin Mekonnent, a Nebraskai Egyetem kutatóját, a tanulmány társszerzőjét.
A tanulmány eredményei megmutatták, hogy az erősen szennyezett térségekben jelentős az eutrofizáció, azaz a folyókba, tavakba bekerült vizek magas foszfor- és nitrogéntartalma algásodáshoz vezet. Az elalgásodás a halak és a növények pusztulását idézi elő, mivel kevés a vízben az oxigén és a fény.
Az édesvizek foszforszennyezésének 30 százalékáért Kína a felelős, 8 százalékért India, 7 százalékban az Egyesült Államok. A tanulmány szerint a vizsgált időszakban a mezőgazdaságból származó foszforterhelés 27 százalékkal nőtt.
A legsúlyosabb helyzet az oroszországi Aral-tónál, a kínai Sárga-folyó menti Huang-ho térségben, Indiában az Indus és Gangesz folyók mentén, valamint Európában a Duna vízgyűjtő területén tapasztalható.
A foszformentes mosószerek forgalmazása és a termelési technológiák váltása segíthet a helyzet javításában. A megelőzés és a tápanyagforgalmi ciklusok zárása az eutrofizáció szabályozásának modern irányzata.
A bioszén mint talajjavító és környezetvédelmi megoldás
A bioszén (biochar, charcoal) és a pirolízis a világ egyik legintenzívebben kutatott témája, alapja a Terra Preta, amely az egyik legtermőképesebb, ember által létrehozott termőtalaj a világon. A bioszén egy nagy széntartalmú, finomszemcsés, porózus anyag, amely a biomassza termokémiai bontása során keletkezik oxigénhiányos környezetben, alacsony hőmérsékleten (<700 °C).
A bioszén két fő tulajdonságát használjuk ki: tiszta széntartalom, porozitás és az ebből fakadó adszorpció (szilárd anyagok felületén történő komponensmegkötés). Számos felhasználási területe van az állattartástól az építőiparig, szennyezésmentesítésig.
A mezőgazdaságban a bioszén talajjavítóként funkcionál. Kontinentális klímában a bioszenet csak tápelemekkel aktiválva, feltöltve lehet a talajba juttatni, leginkább komposzttal való együttérlelés formájában. Ez a komposzt kiválóan helyettesíti a tőzeget a palántanevelésben. A bioszénnel dúsított trágya megakadályozza a tápanyagok elszivárgását, és a tápelemek elérhetőek maradnak a növény számára.
A bioszén tartalmazza az összes nyomelemet, amit a kiinduló biomassza tartalmazott. A pirolízis során a jelentős nyomelemek a szénváz részévé válnak, ami megakadályozza, hogy kimosódjanak és a növények számára elérhetővé váljanak. Ez különösen hasznos lehet olyan területeken, ahol bizonyos elemek hiányoznak a talajból, vagy talaj-nélküli intenzív termesztésben.
Állattartásban a bioszén 90%-ban takarmányozásra és trágyakezelésre használatos. Takarmányszénként etetve csökkenti a hasmenéses megbetegedéseket, javítja a táplálékbevitelt, és nyugodtabbá teszi az állatokat. Az alom- és trágyakezelésre szánt bioszenek legfőbb hasznosított tulajdonsága az adszorpció: a szén megköti a metánt, ammóniát és a vizet, javítva az istálló klímáját és a trágya minőségét.
A bioszén alkalmas arra, hogy forradalmasítsa a mezőgazdaságot, de ehhez a gazdák nyitottsága és tenni akarása is szükséges.
A foszfor szerepe az emberi szervezetben
A foszfor (P) nélkülözhetetlen ásványi anyag az ember számára, a kalciumot követően a második legnagyobb mennyiségben fordul elő a szervezetben. Fontos szerepet tölt be a fogak és csontok felépítésében, valamint az energiaháztartásban.
A napi ajánlott foszforbevitel az életkorral változik: felnőtteknek 700 mg, gyermekeknek 4-18 éves kor között 500-1250 mg, csecsemőknek 100-275 mg. Kiegyensúlyozott diéta mellett foszforhiány ritkán fordul elő.
A foszforhiány fokozott veszélye áll fenn cukorbetegség, alkoholbetegség, bizonyos gyógyszerek szedése (inzulin, vérnyomáscsökkentők, kortikoszteroidok, savlekötők) esetén. Tünetei lehetnek szívproblémák, étvágytalanság, ingerlékenység, szorongás, csont- és ízületi fájdalom, fáradtság.
A magas foszfor- vagy foszfátszint általában vesebetegség vagy foszfortartalmú étrendkiegészítők túlfogyasztása (alacsony kalciumbevitel mellett) miatt alakul ki. Rövid ideig tartó túlzott bevitel gyomor-bélrendszeri panaszokat okozhat. Hosszú ideig fennálló túlzott bevitel csökkenti a kalciumszintet, növelve a csontritkulás és csonttörések kockázatát.
A foszforháztartás számos anyagcserefolyamatban fontos szerepet játszik:
- Csontok és fogak felépítése, egészségének megőrzése.
- Energiaháztartás: energiatermelés, raktározás és felszabadulás.
- Megfelelő izomműködés, izomregenerálódás.
- Megfelelő veseműködés, vizeletkiválasztódás.
- Sejtek és szövetek megújulása, regenerálódása.
- A genetikai állomány (RNS és DNS szálak) alkotóeleme.
- Egyéb vitaminok (B-vitaminok, D-vitamin) és ásványi anyagok (jód, magnézium, cink) egyensúlyának fenntartása.
- Hozzájárul a megfelelő szív- és idegrendszeri működéshez.
A foszforforrások közé tartoznak a fehérjében gazdag ételek (vörös hús, tejtermékek, halak, baromfi, tojás, zab), valamint a teljes kiőrlésű gabonák, burgonya, fokhagyma, szárított gyümölcsök és szénsavas italok. A dió- és mogyorófélék, magvak, gabonák és hüvelyesek is magas foszfortartalmúak, de a bennük lévő fitinsav gátolhatja egyes ásványi anyagok felszívódását.
Egyes betegségekben, így például vesebetegségekben, az alacsony foszfortartalmú diéta kedvező hatást fejthet ki a beteg állapotára. Foszfortartalmú étrendkiegészítők szedésekor ügyelni kell a túlzott bevitel elkerülésére.