Ростовский огород
Назад

ФОСФОР В ПРИРОДЕ, Круговорот фосфора в природе, Содержание фосфора в природных водах - Геоэкологическая характеристика фосфора

Опубликовано: 26.04.2020
Время на чтение: 10 мин
0
4

История открытия фосфора

В 1669 гамбургский купец и по совместительству алхимик Хенниг Брандт в очередной раз пытался осуществить мечту всех средневековых алхимиков – найти легендарный философский камень, якобы превращающий все металлы в золото и дарующий бессмертие. Увы, философский камень и в этот раз найти не удалось, но, тем не менее, Хеннигу посчастливилось сделать другое не менее важное открытие в химии.

К слову, само слово «фосфор» с древнегреческого переводится как «несущий свет». Именно такое название он получил за свою удивительную способность светиться в темноте. Первооткрыватель фосфора алхимик Хенниг Брандт быстро понял свою выгоду от этого открытия и за большие деньги показывал светящийся фосфор разным знатным и богатым господам, нажив при этом большое состояние (развлечений в то время в Европе было не так уж и много, так что научно-популярные представления предприимчивого алхимика пользовались большим спросом).

Впрочем, Хенинг Брандт был не первым, кто добыл фосфор опытным путем. Еще до него, в XII веке это удалось сделать арабскому алхимику Алхиду Бехилу, все также благодаря химическим манипуляциям с мочой и глиной, но его открытие затерялось, и именно повторное открытие фосфора немецким алхимиком принесло широкую популярность этому химическому элементу.

Первое время после открытия фосфор вызывал лишь любопытство своим свечением и только в конце XIX века ученые поняли, что фосфор также является чрезвычайно важным полезным микроэлементом для жизнедеятельности человеческого организма.

Избыток фосфора в организме человека

Теперь давайте ответим на вопрос, какая роль фосфора в организме человека. А она очень большая, так как фосфор принимает участие во всех обменных процессах, происходящих в нашем организме. Основная масса фосфора находится в костях и зубах. Совместно с кальцием фосфор формирует правильную структуру костной ткани, и если пропорция содержания кальция и фосфора будет нарушена, то кости могут стать хрупкими, увеличится риск переломов.

Помимо костей и зубов фосфор имеет влияние и на самое главное – мыслительное деятельность человека, ведь он содержится в нашей мозговой ткани и нервах. От фосфора зависит работа нервной системы, с его помощью осуществляется метаболизм липидов и протеинов, биосинтез всех необходимых органических веществ. Наконец фосфор входит в состав ДНК и РНК, участвует в ферментивных процессах, поддерживающих кислотно-щелочной баланс в организме.

Недостаток или дефицит фосфора в человеческом организме может быть обусловлен разными причинами:

  • приемом некоторых лекарств, которые понижают кислотность,
  • диетами с пониженным содержанием белков,
  • алкогольными или наркотическими зависимостями,
  • эндокринными заболеваниями,
  • заболеваниями почек.

Симптомами недостатка фосфора является общее недомогание, слабость, апатичность, депрессия, физическое и умственное истощение. Если у вас проявляются эти симптомы, то лучше чем скорее обратится к врачу, чтобы он прописал вам правильное лечение.

фосфор

Избыток фосфора в человеческом организме может быть столь же вредным, как и его недостаток. Обычно причиной избытка фосфора является злоупотребление человеком мясной пищей. Когда фосфора становится слишком много, нарушается его пропорция содержания с кальцием. Кальция становится меньше чем нужно, его вытесняет фосфор, от чего кости человека становятся более хрупкими, может возникнуть остеопороз (снижение плотности костей, повышение их хрупкости).

Также переизбыток фосфора может привести к возникновению проблем с зубами, нарушению работы нервной системы, почек и щитовидных желез. Чтобы предотвратить все это важно вести здоровый образ жизни, правильно питаться (не одним лишь хлебом и мясом, а обязательно фруктами, овощами), избегать вредных привычек.

Фосфор не только входит в состав живых клеток в виде строительного материала, он еще принимает участие во многих жизненно важных биологических процессах, протекающих в организме человека:

  • Деление клеток. Фосфор участвует в процессах деления живых клеток и их роста. Он входит в состав нуклеиновых кислот, а также структуру мембран клеток в виде фосфолипидов и фосфопротеинов.
  • Синтез энергии. Фосфор принимает участие в формировании и транспортировки молекул аденозин трифосфата (ATФ), запасающих энергию в нашем организме.
  • Обмен веществ. Фосфор принимает участие в метаболизме и продуцирование углеводов и белков.
  • ЦНС.Фосфор участвует в биологических процессах, обеспечивающих передачу электрических импульсов по волокнам нервов и тканям головного мозга.
  • Баланс фосфора и кальция. Фосфор и кальций тесно взаимодействуют в организме человека и участвуют в формировании одних и тех же биологических структур. В организме человека, с помощью гормонов паращитовидной железы, поддерживается определенный баланс между содержанием фосфора и кальция в тканях и органах. Этот баланс составляет - 2 к 1, две части кальция на одну часть фосфора.
  • Другие функции. Фосфор находится во взаимодействии со многими ферментами, активирует работу витамина D и витаминов группы B. 

Причины недостатка фосфора:

  • нарушения обмена фосфора
  • неудовлетворительное количество поступления макроэлемента в организм (низкое количество потребления белка)
  • избыточный уровень в организме соединений магния, кальция, бария, алюминия
  • чрезмерное потребление синтетических напитков (газированных и пр.)
  • продолжительные хронические болезни
  • отравления, наркозависимость, алкоголизм
  • патологии щитовидной железы, околощитовидных желез
  • болезни почек
  • вскармливание грудного ребенка искусственными смесями
Предлагаем ознакомиться  Что такое калийные удобрения и как их правильно использовать

Симптомы недостатка фосфора:

  • общая слабость, утрата аппетита, истощение
  • боли в мышцах и костях
  • снижается сопротивляемость к инфекциям, простудным заболеваниями; 
  • уменьшается синтез белка печенью
  • появляются дистрофические изменения миокарда, геморрагические высыпания на слизистых оболочках и коже
  • в ряде случаев – нарушения психики
  • рахит, пародонтоз

Когда в организме больше фосфора, чем кальция, организм человека будет использовать кальций, который хранится в костях.

Фосфор и фосфаты являются нетоксичными. Летальной дозой для человека считается 60 мг фосфора. Высокой токсичностью обладает ряд соединений фосфора (фосфин). Отравления соединениями фосфора провоцируют нарушения работы почек и печени, сердечно-сосудистой системы, пищеварительного тракта, а также других систем и органов.

Причины избытка фосфора:

  • чрезмерное количество поступления фосфора (избыток белков в продуктах)
  • употребление большого количества консервированной продукции, лимонадов
  • продолжительное взаимодействие с фосфорорганическими соединениями
  • нарушения обмена фосфора

ФОСФОР В ПРИРОДЕ, Круговорот фосфора в природе, Содержание фосфора в природных водах - Геоэкологическая характеристика фосфора

Симптомы избытка фосфора:

  • отложение малорастворимых фосфатов в тканях
  • поражения пищеварительного тракта и печени
  • декальцинация костей (остеопороз)
  • кровоизлияния и кровотечения
  • лейкопения, анемия

Фосфор в чистом виде является химически не устойчивым элементом, поэтому легко вступает во взаимодействие с другими веществами. В природе и в нашем организме фосфор содержится в основном в виде химических соединений с другими веществами.

На содержание фосфора и его соединений в нашем организме, могут оказывать влияния различные внешние факторы и другие вещества, поступающие с пищей.

Рассмотрим вещества, которые могут оказать значимое влияние на содержание фосфора в организме человека:

  • Алкоголь может выщелачивать фосфор из костей и снижать его общий уровень в организме
  • Антациды (снижают кислотность желудка), содержащие алюминий, кальций или магний, могут связывать фосфаты в кишечнике. При долгосрочном использовании, эти лекарственные препараты могут привести к снижению содержания фосфора в организме человека (гипофосфатемии).
  • Противосудорожные препараты могут снизить уровень фосфора и увеличение уровня щелочной фосфатазы, фермента, который помогает удалить фосфат из организма.
  • Препараты желчной кислоты снижают уровень холестерина в крови. Они могут уменьшить пероральную абсорбция фосфатов с пищей или добавками. Оральные добавки фосфата должны быть приняты, по крайней мере, за 1 час до или через 4 часа после этих препаратов.
  • Кортикостероиды, в том числе повышают уровень фосфора в моче
  • Калий или препараты с его высоки содержанием, могут привести к слишком большому уровню калия в крови (гиперкалиемия). Гиперкалиемия может вызвать опасные нарушения сердечного ритма (аритмии). Заменители соли, в которых также содержится высокий уровень калия и фосфора, могут привести к снижению их уровня при использовании в долгосрочной перспективе.
  • Ингибиторы АПФ (лекарство от кровяного давления). Это препараты, называемые ангиотензин-превращающим ферментом (АПФ), используемые для лечения высокого кровяного давления, они могут снизить уровень фосфора.
  • Другие медикаменты также могут тоже снижать уровень фосфора. К таким препаратам относятся: циклоспорин (используется для подавления иммунной системы), сердечные гликозиды (дигоксин или Lanoxin), гепарины (разжижающие кровь препараты), а также нестероидные противовоспалительные препараты (например, ибупрофен).

Окисленные соединения фосфора необходимы всем живым организмам. Ни одна живая клетка не сможет существовать без них.

В растениях фосфор содержится в органических и минеральных соединениях. При этом, содержание минеральных соединений составляет от 5 до 15 %, органических – 85–95 %. Минеральные соединения представлены калиевыми, кальциевыми, аммонийными и магниевыми солями ортофосфорной кислоты. Минеральный фосфор растений – запасное вещество, резерв для синтеза фосфорсодержащих органических соединений. Он увеличивает буферность клеточного сока, поддерживает тургор клетки и другие не менее важные процессы.

Органические соединения – нуклеиновые кислоты, аденозинфосфаты, сахарофосфаты, нуклеопротеиды и фосфатопротеиды, фосфатиды, фитин.

На первом месте по важности для жизнедеятельности растений стоят нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) и аденозинфосфаты (АТФ и АДФ). Данные соединения участвуют во многих процессах жизнедеятельности растительного организма: синтезе белков, энергетическом обмене, передаче наследственных свойств.

P2O5 в нуклеиновых кислотах содержится около 20 %. Данные кислоты – неотъемлемая часть всех тканей и органов растений любой растительной клетки. В листьях и стеблях нуклеиновые кислоты составляют 0,1–1,0 % сухой массы.[8]

ФОСФОР В ПРИРОДЕ, Круговорот фосфора в природе, Содержание фосфора в природных водах - Геоэкологическая характеристика фосфора

Особая роль фосфора в жизни растений заключается в участии в энергетическом обмене растительной клетки. Главная роль в данном процессе принадлежит аденозинфосфатам. В их составе присутствуют остатки фосфорной кислоты, связанные макроэргическими связями. При гидролизе они способны выделять значительное количество энергии.

Они представляют собой своеобразный аккумулятор энергии, поставляя ее по мере необходимости для осуществления всех процессов в клетке.

Различают аденозинмонофосфат (АМФ), аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ). Последний по запасам энергии значительно превосходит два первых и занимает ведущую роль в энергетическом обмене. Он состоит из аденина (пуринового основания) и сахара (рибозы), а также трех остатков ортофосфорной кислоты. Синтез АТФ осуществляется в растениях в процессе дыхания.[8]

Предлагаем ознакомиться  Капуста брокколи – выращивание и уход

Фосфатиды, или фосфолипиды – сложные эфиры глицерина, высокомолекулярных жирных кислот и фосфорной кислоты. Они входят в состав фосфолипидных мембран, регулируют проницаемость клеточных органелл и плазмалеммы для различных веществ.

Цитоплазма всех растительных клеток содержит представителя группы фосфатидов лецитин. Это производное диглицеридфосфорной кислоты, жироподобное вещество, имеющее в составе 1,37 % P2O5. [8]

Сахарофосфаты, или фосфорные эфиры сахаров, присутствуют во всех тканях растений. Известно более десятка соединений данного типа. Они выполняют важную роль в процессах дыхания и фотосинтеза в растениях. Образование сахарофосфатов носит название фосфорилирование. Содержание сахарофосфатов в растении, в зависимости от возраста и условий питания, варьирует от 0,1 до 1,0 % сухой массы.[8]

Химические свойства фосфора

Фосфор (Phosphorus), P – химический элемент главной подгруппы V группы периодической химической системы Менделеева. Атомный номер – 15, атомная масса – 30,97. В настоящее время известно несколько радиоактивных изотопов фосфора, из которых 32Р применяется в физиолого-биохимических и агрохимических исследованиях.

фосфор в продуктах питания

Фосфор характеризуется в целом как неметалл. Элемент образует несколько аллотропических видоизменений.

– твердое вещество, получается при быстром охлаждении паров фосфора.

  • Плотность – 1,83 г/см3,
  • Температура плавления – 44,1 °C,
  • Температура кипения – 257 °C.

В чистом виде прозрачен и бесцветен, продажный продукт желтоватого цвета. На холоде хрупкое вещество. При температуре выше 15 °C становится мягким. На воздухе быстро окисляется с характерным свечением, особенно заметным в темноте. Даже при слабом нагревании (достаточно простого трения) белый фосфор сгорает, выделяя большое количество теплоты.

Также характерно явление самовоспламенения на воздухе по причине выделения большого количества теплоты при окислении. В воде нерастворим, растворяется в сероуглероде. Благодаря сравнительно невысокой прочности связей между молекулами кристаллической решетки, белый фосфор обладает высокой химической активностью. Данное вещество – сильный яд, принятия даже малой дозы которого достаточно для смертельного исхода.

образуется при долгом нагревании белого фосфора без доступа воздуха при температуре 250 – 300 °C. Имеет красно-фиолетовый цвет. Данное вещество может образоваться и под действием света. Для него характерно медленное окисление на воздухе, отсутствие свечения в темноте, температура горения – 260 °C, нерастворимость в сероуглероде. Красный фосфор не ядовит. Плотность – 2,0 – 2,4 г/см

. При сильном нагревании вещество испаряется, не плавясь (сублимируется). Охлаждение полученных паров приводит к образованию белого фосфора.

открытие фосфора

получают из белого при нагревании до 200 – 220 °C под высоким давлением. По внешнему виду он схож с графитом, на ощупь жирный. Плотность – 2,7 г/см

. Имеет свойства полупроводника.

Как и азот, фосфор способен образовывать двухатомные молекулы Р2.. Однако подобные молекулы фосфора могут быть устойчивыми лишь при очень высокой температуре – около 1000 С. В обычных же условиях атомы фосфора соединяются в молекулы других составов. Например, белый фосфор состоит из четырехатомных молекул Р4. Между собой атомы белого фосфора соединены в виде простейшего многогранника тетраэдра.

Так схематически выглядит строение молекулы белого фосфора, состоящей из четырех атомов.

Сам белый фосфор являет собой практически бесцветное твердокристаллическое вещество, моментально окисляемое кислородом воздуха, при этом во время окисления фосфора идет дым, а в воздухе появляется явный чесночный запах. Своим внешним видом белый фосфор похож на воск, такой же мягкий и легкоплавкий, при этом светится в темноте и является чрезвычайно опасным, так как очень ядовит и огнеопасен.

Помимо белого фосфора физики также различают красный фосфор, черный фосфор, желтый фосфор и металлический фосфор, каждый из них имеет свои особенные физические свойства.

Так если белый фосфор нагревать до температуры 300 С без доступа воздуха и в присутствии катализаторов (ими может быть йод или натрий), то он превратится в красный фосфор. В отличие от белого фосфора его красный собрат не светится в темноте и не является ядовитым и опасным, к слову именно его используют при производстве спичек.

Красный фосфор это аморфное вещество, состоящее из полимерных молекул Px, он нерастворим в воде и других органических растворителях, а при нагревании без доступа воздуха не возгорается.

Если белый фосфор поместить под очень большое давление (в сотни атмосфер) то из него получится черный фосфор, который своими свойствами напоминает металл: он блестит и проводит электрический ток. Если еще больше увеличить давление, то черный фосфор превратится в металлический, его кристаллическая решетка будет такой же плотной как у металлов. Металлический фосфор очень хорошо проводит электрический ток.

Строение молекулы белого фосфора

Так выглядят разные виды фосфора.

Хотя фосфор и является одним из самых распространенных химических элементов на нашей планете, в чистом виде в природных условиях его не бывает, добыть чистый фосфор возможно лишь в химической лаборатории. Однако фосфор входит в состав многих важных химических и биологических соединений: фосфолипидов, фосфидов (соединения фосфора и металлов), фосфинов (соединений водорода с фосфором), фосфорной кислоты и так далее.

Предлагаем ознакомиться  Оформление окон снежинками. Воспитателям детских садов, школьным учителям и педагогам

Как мы писали выше, фосфор занимает 15 место в периодической таблице Менделеева и входит в одну группу с азотом, мышьяком и сурьмой. Хотя на валентном уровне он и имеет целых 5 электронов, однако 5 связей образуются довольно редко.

Фосфор – очень химически активный элемент, особенно белый фосфор. Как следствие он может вступать в самые разнообразные химические реакции, выступая как в качестве окислителя (с элементами, расположенными ниже и левее в таблице Менделеева), так и восстановителя (с элементами, расположенными выше и правее в таблице Менделеева).

4P 3O2 > 2P2O3

4P 5O2 > 2P2O5

2P 3Cl2 > 2PCl3

2P 5Cl2 > 2PCl5

2P 3S > P2S3

2P 5S > P2S5

При взаимодействии с металлами фосфор проявляет свойства окислителя, продукты реакции называют фосфидами.

2P 3Ca > Ca3P2

2P 3Mg > Mg3P2

Фосфор в продуктах питания

К счастью фосфор содержится во многих доступных продуктах питания: орехах, морепродуктах (особенно в рыбе), в сыре, капусте, моркови, чесноке, куриных яйцах (особенно в желтке). Особенно много фосфора имеется в яблоках, грецких орехах, говяжьей печени, гречке и икре рыб семейства осетровых.

Теперь вы знаете, какие продукты могут увеличить содержание фосфора в вашем организме и организме ваших детей.

Норма фосфора в сутки – 800 мг, максимально допустимое количество потребления - 1600 мг.

Биодоступность (способность усваиваться организмом) фосфора, поступающего с продуктами питания, не более 70%. Только фосфор рыбы всасывается в кишечнике фактически полностью.

Фосфор содержится в продуктах:

  • молоко, молочные продукты (сыры)
  • мясо, субпродукты (говяжья печень), птица, яйца
  • рыба, икра осетровых
  • хлеб, овсяная и гречневая крупы
  • орехи грецкие, семечки
  • овощи, зелень (тыква, петрушка, капуста, шпинат, чеснок, морковь).

Применение фосфора

Научившись добывать фосфор в чистом виде человек нашел ему самое разнообразное применение, причем не только созидательное, но порой и очень разрушительное. Так еще во время первой мировой войны немецкими химиками был использован желтый фосфор в качестве начинки зажигательных боеприпасов и отравляющих газов.

Впоследствии применение таких газов на поле боя было запрещено Женевской конвенцией. Увы, такая наша глупая человеческая природа – использовать научные открытия в разрушительных целях, как впрочем, и открытие энергии расщепления атома было применено для создания атомной бомбы, и лишь потом для атомной энергетики.

Но вернемся к фосфору, в мирных целях этот химический элемент активно используется в сельском хозяйстве для создания эффективных удобрений для растений. Фосфор входит в состав некоторых лекарственных препаратов, к примеру, в антибиотик фосфомицин, в состав моющих средств, наконец, из безопасного красного фосфора делают спички.

Фосфор имеет свое применение и в металлургии, в качестве сверхпрочных и антикоррозийных покрытий (черный и металлический фосфор). А многие фосфиды (соединения фосфора и металлов) обладают отличными полупроводниковыми свойствами и активно задействуются в микроэлектронике.

Фосфорные удобрения увеличивают урожай всех культурных растений, улучшают его качество, повышают зимостойкость озимых культур, ускоряют созревание плодов.[5]

Вред фосфатов, применяющихся в пищевой промышленности

В пищевой промышленности применяются фосфаты в продуктах в следующих целях:

  • В качестве подкислителя в газированных напитках
  • Фосфаты сохраняют воду в продуктах питания, повышая его вес и объем, предупреждая формирование бульонно-жировых отёков, в процессе хранения предотвращают высыхание. В основном применяются в продукции из рыбы, птицы и мяса (вареные, варено-копченые колбасы, сардельки)
  • Фосфаты добавляются в сгущенное молоко, помогая предотвратить кристаллизацию продукта.
  • Добавляются в сухие сыпучие продукты, не допуская слеживания и формирования комков в порошке. Применяется в сухих сливках, сухом молоке, порошках, содержащих какао в сухом виде.
  • Добавляются в плавленые сырки, обеспечивая их консистенцию
  • Используются при температурной обработке молока и молочных продуктов 
  • При изготовлении мороженого и других продуктов из сухих смесей фосфаты повышают скорость их растворения при производстве. 
  • Применятся для увеличения срока годности сливочного масла и маргарина

На этикетках можно найти следующие обозначения:

  • Е 340 - фосфаты калия
  • Е 338 - ортофосфорная кислота (или просто фосфорная)
  • Е 343 - фосфаты магния
  • Е 341 - фосфаты кальция
  • Е 342 - фосфаты аммония

спички

Последствия вредного воздействия фосфатов:

  • Избыточное поступление фосфатов в организм человека, нарушает баланс в тканях между фосфором и кальцием, что приводит к нарушению структуры костной ткани и нарушению обменных процессов в организме человека. Избыток фосфора приводит к заболеваниям костной ткани в виде остеопороза.
  • Избыток фосфора приводит к повышению риска сердечно сосудистых заболеваний, повышению риска инфарктов. Это происходит за счет отложения кальция на внутренних стенках сосудов, что приводит к их закупорке. Все это происходит из-за нарушения кальцево-фосфорного баланса.
, ,
Поделиться
Похожие записи
Комментарии:
Комментариев еще нет. Будь первым!
Имя
Укажите своё имя и фамилию
E-mail
Без СПАМа, обещаем
Текст сообщения
Adblock detector