Fosforus

Fosforus, (Jawi: ‏فوسفوروس‎code: ms is deprecated ‎; daripada Bahasa Yunani phôs bermaksud "cahaya", dan phoros bermaksud "pembawa"), ialah unsur kimia dalam jadual berkala yang bersimbolkan P dan mempunyai nombor atom 15. Sejenis unsur bukan logam yang multivalen dalam kumpulan nitrogen, fosforus biasa dijumpai dalam batuan fosfat tak organik dan dalam semua sel-sel hidupan. Oleh sebab kereaktifannya yang tinggi, ia tidak pernah dijumpai dalam bentuk bebas dalam alam semulajadi. Ia memancarkan bara kelam apabila terdedah kepada oksigen (maka terbitan bahasa Yunani dan bahasa Latin yang bermaksud 'bintang fajar'), wujud dalam beberapa bentuk alotrop, dan unsur penting bagi semua organisma hidup. Penggunaan fosforus secara komersil terpenting dalam pembuatan baja. Ia juga digunakan secara meluas dalam bahan letupan, mancis, bunga api, pestisid, ubat gigi, dan detergen.

Sifat-sifat utama

Fosforus biasa berbentuk pepejal putih berlilin yang mempunyai ciri-ciri bau yang tidak menyenangkan, seperti bawang putih. Bentuk tulen unsur ini tak berwarna dan lutsinar. Unsur bukan logam ini pula tidak larut dalam air, tetapi terlarut dalam karbon disulfida. Fosforus tulen menyala secara spontan dalam udara dan terbakar untuk menghasilkan fosforus pentoksida.

Bentuk

Fosforus wujud dalam tiga bentuk alotrop: putih, merah, dan hitam. Bentuk alotrop lain mungkin juga wujud. Bentuk fosforus yang paling adalah lazim merah dan putih, kedua-duanya merangkumi rangkaian kumpulan empat atom fosforus yang diatur secara tetrahedron. Tetrahedron fosforus putih membentuk kumpulan yang berasingan, manakala tetrahedron fosforus merah bersambung membentuk rantai. Fosforus putih terbakar apabila terdedah kepada udara dan pendedahan kepada haba atau cahaya.

Fosforus juga wujud dalam bentuk yang secara kinetiknya dan termodinamiknya digemari. Ia diasingkan dalam suhu peralihan -3.8 °C. Salah satunya dikenali sebagai bentuk alfa, dan yang lainnya beta. Fosforus merah pada bandingannya lebih stabil dan memejalwap pada tekanan wap 1 atm dan 170 °C tetapi terbakar melalui pemanasan geseran atau hentaman. Alotrop fosforus hitam yang mempunyai struktur serupa grafit – atom-atom disusun dalam lapisan kepingan heksagon dan boleh mengalirkan elektrik.

Penggunaan

Asid fosforik pekat, yang boleh mengandungi sehingga 70% ke 75% P₂O₅ adalah sangat penting dalam bidang pertanian and perladangan dalam bentuk baja. Permintaan sejagat baja telah menjurus kepada peningkatan tinggi dalam penghasilan fosfat (PO₄^3-) pada separuh masa kedua abad ke-20. Lain-lain penggunaan termasuklah;

fosfat diggunakan dalam pembuatan kaca khusus yang digunakan dalam lampu natrium.
Abu tulang, kalsium fosfat, digunakan dalam penghasilan tembikar halus .
Natrium tripolifosfat yang diperbuat daripada asid fosforik digunakan sebagai detergen dobi dalam sebilangan negara, sementara yang lainnya mengharamkan penggunaan tersebut.
Asid fosforik yang diperbuat daripada unsur fosforus digunakan dalam aplikasi pemakanan seperti minuman soda. Asid ini menjadi titik permulaan dalam penghasilan fosfat gred makanan. Ini termasuklah monokalsium fosfat yang digunakan dalam serbuk penaik dan natrium tripolifosfat serta natrium fosfat yang lain. Antara penggunaan-penggunaannya yang lain, ia digunakan untuk memperbaiki ciri daging dan keju kilang. Ia juga digunakan dalam ubat gigi. Trinatrium fosfat digunakan sebagai agen pembasuh untuk melembutkan air dan mengelakkan kakisan paip/tiub dandang.
Fosforus digunakan secara meluas untuk menghasilkan sebatian organofosforus, melalui pengantara seperti fosforus klorida dan fosforus sulfida. Ini terdapat banyak penggunaan, termasuklah bahan pemplastik, bahan rencat nyala, pestisid, agen penyari, dan rawatan air.
Unsur ini juga juzuk penting dalam penghasilan keluli, pembuatan gangsa fosfor, dan dalam banyak lagi keluaran kilang yang berkaitan.
Fosforus putih digunakan dalam aplikasi ketenteraan seperti bom api, dan dalam pengadangan asap seperi periuk asap dan periuk bom, serta peluru jejak.
Fosforus merah adalah penting dalam pembuatan penggeser kotak mancis, nyala, dan yang terkenal kerana penyalahgunaannya, methamphetamine.
Dalam kandungan surih, fosforus digunakan sebagai pendopan dalam semikonduktor jenis N.
³²P dan ³³P digunakan sebagai penyurih radioaktif dalam makmal biokimia (lihat #Isotop).

Peranan biologi

Fosforus adalah antara unsur yang terpenting dalam semua bentuk hidupan yang diketahui. Fosforus tak organik dalam bentuk fosfat PO₄^3- memainkan peranan penting dalam molekul biologi seperti DNA dan RNA di mana ia membentuk sebahagian daripada tulang belakang struktur molekul-molekul tersebut. Sel hidup menggunakan fosfat untuk mengangkut tenaga sel melalui adenosina trifosfat (ATP). Hampir semua proses sel yang menggunakan tenaga akan memperolehnya daripada ATP. ATP juga penting dalam pemfosforilan, sejenis peristiwa pengawalaturan sel yang utama. Fosfolipid ialah juzuk utama kestrukturan dalam semua membran bersel. Garam kalsium fosfat digunakan oleh haiwan untuk mengeraskan tulangnya. Manusia secara puratanya mengandungi hampir 1 kg fosforus, kira-kira tiga suku daripada itu hadir pada tulang-tulang dan gigi dalam bentuk apatit. Seorang dewasa yang cukup makan dalam negara industri menggunakan dan mengumuhkan kira-kira 1-3 g fosforus sehari dalam bentuk fosfat.

Dari segi ekologi, fosforus biasanya nutrien pengehad dalam kebanyakan persekitaran, iaitu keperolehan fosforus menentukan kadar pertumbuhan kebanyakan organisma. Ekosistem yang mengandungi lebihan fosforus boleh membawa masalah, terutamanya dalam sistem akua, lihat eutrofikasi dan blum (kembangan) alga.

Sejarah

Fosforus (Bahasa Yunani phosphoros, bermaksud "pembawa cahaya" iaitu nama kuno bagi planet Zuhrah) dijumpai oleh ahli alkimia Jerman yang bernama Hennig Brand pada tahun 1669 melalui persediaan daripada air kencing. Menjalankan kajiannya di Hamburg, Brand cuba untuk menyuling garam dengan mengewapkan air kencing, dan dalam proses tersebut sejenis bahan putih terhasil dan membara dalam keadaan gelap serta terbakar dengan cerahnya. Semenjak itu, perkataan pendarfosfor telah digunakan untuk menerangkan bahan yang berkilau dalam keadaan gelap tanpa terbakar.

Mancis awal menggunakan fosforus putih dalam komposisinya, dan berbahaya kerana ketoksikannya. Pembunuhan, bunuh diri, dan keracunan secara tak sengaja akibat daripada penggunaannya. (Satu kisah yang diragukan menceritakan tentang percubaan seorang wanita untuk membunuh suaminya dengan meletakkan fosforus putih dalam makanannya, yang kemudiannya dikesani dalam stew yang menghasilkan stim berkilau). Tambahan pula, pendedahan kepada wap menyebabkan pekerja kilang mancis menghidapi nekrosis pada tulang rahang, yang dikenali sebagai "phossy-jaw" (rahang fosforus). Apabila fosforus merah ditemui, yang mempunyai kemudahbakaran dan ketoksikan yang lebih rendah, ia kemudiannya diterima guna sebagai pengganti yang lebih selamat untuk penghasilan mancis.

Kewujudan

Oleh kerana kereaktifannya dengan udara dan lain-lain bahan yang mengandungi oksigen, fosforus tidak dijumpai secara bebas dalam semulajadi tetapi teragih secara meluas dalam pelbagai jenis mineral. Batuan fosfat, yang diperbuat separanya daripada apatit (sejenis mineral tri-kalsium fosfat tak tulen), sumber komersil penting untuk unsur ini. Mendapan besar apatit dijumpai di China, Russia, Maghribi, Florida, Idaho, Tennessee, Utah, dan lain-lain lagi. Namun terdapatnya bimbangan tentang berapa lamanya mendapan fosforus akan bertahan. Amerika Syarikat akan kehabisan mendapannya pada sekitar tahun 2035. China dan Maghribi mempunyai mendapan terbesar yang diketahui pada hari ini, namun ia juga akan kemudiannya menyusut. Semasa kehabisan fosforus, akan terdapatnya pelbagai masalah serius dalam penghasilan makanan sejagat kerana fosforus ialah ramuan yang sangat penting dalam baja.

Alotrop putih boleh dihasilkan menggunakan beberapa kaedah yang berbeza. Dalam satu proses, tri-kalsium fosfat, yang diterbitkan daripada batuan fosfat, dipanaskan dalam relau elektrik atau relau pembakaran bahan api dengan kehadiran karbon dan silika. Unsur fosforus kemudiannya dibebaskan dalam bentuk wap dan boleh dikumpulkan dalam bentuk asid fosforik.

Langkah pengawasan

Fosforus ialah unsur yang beracun dengan 50 mg sebagai dos maut purata (fosforus putih secara umumnya dianggap sebagai bentuk yang berbahaya manakala fosfat dan ortofosfat ialah nutrien yang penting). Alotrop fosforus putih harus disimpan di dalam air pada bila-bila masa kerana ia bahaya api yang utama oleh kerana kereaktifan lampaunya terhadap oksigen atmosfera, dan haruslah hanya dikendalikan menggunakan forsep kerana sentuhan kulit boleh mengakibatkan luka bakaran yang parah. Keracunan fosforus putih kronik pada pekerja-pekerja yang tidak dilindungi boleh menjurus kepada nekrosis rahang yang dikenali sebagai "phossy-jaw". Pengunyahan fosforus putih boleh mengakibatkan keadaan perubatan yang dinamakan "Smoking Stool Syndrome". Sebatian organik fosforus membentuk kelas bahan-bahan yang luas, yang antaranya adalah sangat toksik. Ester fluorofosfat adalah antara neurotoksin yang paling berbisa yang pernah diketahui. Beraneka jenis sebatian organofosforus digunakan kerana ketoksikannya terhadap sesetengah organisma iaitu dalam pestisid (racun herba, racun serangga, racun kulat dll). Kebanyakan fosfat tak organik secara relatifnya tidak bertoksik dan ialah nutrien penting. Untuk kesan mudarat fosfat dalam persekitaran lihat eutrofikasi dan kembangan alga.

Apabila alotrop putih terdedah kepada cahaya matahari atau apabila dipanaskan oleh wapnya pada suhu 250 °C, ia berubah menjadi bentuk merah, yang tidak memendarfosfor dalam udara. Alotrop merah tidak terbakar secara spontan dan tidaklah seberbahaya fosforus putih. Walau bagaimanapun, ia haruslah dikendalikan dengan berhati-hati kerana ia boleh berubah kembali menjadi fosforus putih pada beberapa julat suhu dan juga boleh membebaskan wasap yang sangat toksik yang mengandungi fosforus oksida apabila dipanaskan.

Apabila terdedah kepada unsur fosforus, pada masa yang lalu ia dicadangkan untuk membasuh kawasan yang terlibat dengan 2% kuprum sulfat menjadi sebatian tak berbahaya yang boleh dibersihkan. Namun merujuk kepada maklumat terbaru US Navy's Treatment of Chemical Agent Casualties and Conventional Military Chemical Injuries: FM8-285: Part 2 Conventional Military Chemical Injuries Diarkibkan 2005-11-22 di Wayback Machine,"kuprik (kuprum) sulfat telah digunakan oleh kakitangan Amerika Syarikat pada masa dahulu dan masih digunakan dalam sebilangan negara. Walau bagaimanapun, kuprum sulfat adalah toksik dan penggunaannya telah diberhentikan. Kuprum sulfat boleh mengakibatkan keracunan ginjal dan serebrum dan juga hemolisis intravaskular."

Buku panduan ini mencadangkan "larutan bikarbonat untuk meneutralkan asid fosforik, yang membolehkan pengeluaran fosforus putih yang boleh dilihat. Zarah-zarah biasanya boleh dikesan daripada pembebasan asap apabila udara terkenanya, atau melalui pendarfosfornya dalam keadaan gelap. Dalam persekitaran gelap, cebisan boleh dilihat sebagai tompok pendarkilau." Selepas itu, "Segera keluarkan bakaran kulit sekiranya keadaan pesakit membenarkan pengeluaran cebisan fosforus putih yang mungkin akan diserap kemudian dan mengakibatkan keracunan sistemik. Jangan menggunakan salap berasas minyak sehingggalah dapat dipastikan bahawa semua fosforus putih telah diasingkan. Setelah pengeluaran semua zarah-zarah, lesi boleh dirawat seperti lepuh terma (luka bakaran)." Oleh kerana fosforus putih sedia bercampur dengan minyak, maka apa-apa bentuk bahan berminyak atau salap adalah tidak disyorkan sehinggalah kawasan tersebut dibersihkan dengan teliti dan semua fosforus putih telah dikeluarkan.

Isotop

Isotop radioaktif fosforus termasuklah:

³²P; sejenis pemancar beta (1.71 MeV) dengan separuh hayat 14.3 hari yang secara rutinnya digunakan dalam makmal sains hayat, terutamanya untuk menghasilkan prob DNA dan RNA yang mempunyai radiolabel, contohnya dalam penggunaan sap Northern atau sap Southern. Oleh sebab tenaga tinggi yang dihasilkan oleh zarah beta menembusi kulit dan kornea, dan kerana apa-apa sahaja ³²P yang dikunyah, disedut, atau diserap dengan mudahnya bersebati dalam tulang dan asid nukleik, OSHA menghendaki kot makmal, sarung tangan pakai buang dan kaca mata keselamatan atau gogal digunakan semasa pengendalian ³²P, dan tugas secara langsung pada bekas yang terbuka dielakkan demi pelindungan mata. Pengawasan perorangan, pakaian dan kontaminasi permukaan juga dikehendaki. Tambahan pula, oleh sebab tenaga yang tinggi pada zarah beta, pemerisaian sinaran dengan menggunakan bahan tumpat yang biasa digunakan (contohnya plumbum), menimbulkan kehadiran pancaran sekunder sinaran X yang dikenali sebagai Bremsstrahlung, yang bererti sinaran membrek. Oleh itu pemerisaian haruslah dilaksanakan menggunakan bahan ketumpatan rendah, contohnya Plexiglas, acrylic, Lucite, plastik, kayu, atau air.[1] Diarkibkan 2006-02-20 di Wayback Machine

³³P; sejenis pemancar beta (0.25 MeV) yang mempunyai separuh hayat 25.4 hari. Ia digunakan dalam makmal sains hayat untuk aplikasi di mana pancaran beta bertenaga rendah mempunyai kelebihan, contohnya dalam penjujukan DNA.

Sebatian

Ammonium fosfat ((NH₄)₃PO₄)
Fosfin (fosforus Trihidrida PH₃)
kalsium fosfat (Ca₃(PO₄)₂)
Kalsium dihydrogen fosfat (Ca(H₂PO₄)₂)
Kalsium fosfida (Ca₃P₂)
Besi(III) fosfat (FePO₄)
Besi(II) fosfat (Fe₃(PO₄)₂)
Asid hipofosforus (H₃PO₂)
Reagen Lawesson
Parathion
Asid fosforik (H₃PO₄)
Fosforus pentabromida (PBr₅)
Fosforus pentoksida (P₂O₅)
Fosforus tribromida (PBr₃)
Fosforus triklorida (PCl₃)
Fosforus triiodida (PI₃)
Sarin
Soman
Monokalium fosfat (KH₂PO₄)
Trinatrium fosfat (Na₃PO₄)
VX

Rujukan

Los Alamos National Laboratory – fosforus