فوسفات
الفوسفات في الكيمياء غير العضوية هوملح لحمض الفوسفوريك. وفي الكيمياء العضوية فالفوسفات أوالفوسفات العضوي بالإنگليزية: Organophosphate هواستر لحمض الفوسفوريك. والفوسفات له أهمية كبيرة في الكيمياء الحيوية وكيمياء الأرض الحيوية بالإنگليزية: Biogeochemistry. وهوأحد الثروات المعدنية للعالم الاسلامي وخصوصا المغرب ومصر والأردن وفلسطين.
الخصائص الكيميائية
أيون الفوسفات هوأيون متعدد الذرات وله empirical formula PO43− وله molar mass of 94.973 g/mol; ويتكون من ذرة فوسفور واحدة مركزية يحيط بها أربع ذرات متشابهة من الاكسجين في ترتيب على شكل منشور رباعي tetrahedron . ويحمل أيون الفوسفات شحنة صيغية formal charge سالبة مقدارها ناقص ثلاثة، وهوthe conjugate base of the hydrogenphosphate ion, HPO42−, which is the conjugate base of H2PO4−, أيون الفوسفات ثنائي الهيدروجين, والذي بدوره هوthe conjugate base of H3PO4, حمض الفوسفوريك. وهوhypervalent molecule (ذرة الفوسفور لديهاعشرة إلكترونات في its valence shell). الفوسفات هوأيضاً مركب فوسفوري عضوي organophosphorus صيغته OP(OR)/* خصائص كيميائية */ 3
ويتكون ملح الفوسفات عندما يلتحم أيون موجب بذرات أكسجين ذات الشحنة السالبة في الأيون, مشكلين مركباً أيونياً. والكثير من الفوسفاتات هم غير قابلين للذوبان في الماء عند درجة الحرارة والضغط القياسيان.
H3PO4 H2PO4− HPO42− PO43−
More precisely, considering the following three equilibrium reactions:
- H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4−
- H2PO4− ⇌ H+ + HPO42−
- HPO42− ⇌ H+ + PO43−
the corresponding constants at 25°C (in mol/L) are (see phosphoric acid):
ولمركب شديد القاعدية pH (pH=13), نجد
وهذا يوضح حتى فقط PO43− وHPO42− هما المتواجدان بكميات كبيرة.
ولمركب متعادل القاعدية pH (مثل السيتوسول cytosol ذوالقاعدية pH=7.0), فنجد
ولذلك فقط H2PO4− وHPO42− ions يتواجدا بكميات كبيرة (62% H2PO4−, 38% HPO42−). لاحظ حتى في السائل خارج الخلية (pH=7.4), فهذه النسبة تنقلب فتصبح (61% HPO42−, 39% H2PO4−).
For a strongly acid pH (pH=1), we find
showing that H3PO4 is dominant with respect to H2PO4−. HPO42− and PO43− are practically absent.
Phosphate can form many polymeric ions, diphosphate (also pyrophosphate), P2O74−, triphosphate, P3O105−, et cetera. The various metaphosphate ions have an empirical formula of PO3− and are found in many compounds.
خام الفوسفات يمكن حتى يحتوي على كميات كبيرة من اليورانيوم المتواجد طبيعياً. Subsequent uptake of such soil amendments can lead to crops containing uranium concentrations.
الكيمياء الحيوية للفوسفات
في الأنظمة الحيوية، يتواجد الفسفور كأيون فوسفات حر في محلول ويسمى فوسفات غير عضوي، لتمييزه عن الفوسفات المرتبط بمختلف إسترات الفوسفات. وعموماً يـُخط الفوسفات غير العضوي كالتالي Pi وعند أس هيدروجيني فسيولوجي (محايد) يتكون أساساً من مزيج من أيونات HPO2−4 وH 2PO−4.
ويمكن تخليق الفوسفات غير العضوي بالتحليل المائي للپيروفوسفات، الذي يـُميـَّز PPi:
- P 2O4−7 + H2O 2 HPO2−4
إلا حتى أكثر الأماكن شيوعاً لتواجد الفوسفات هوفي صيغة فوسفات الأدنوسين، (أحادي فوسفات الأدنوسين Adenosine monophosphate AMP، ثنائي فوسفات الأدنوسين Adenosine diphosphate ADP وثلاثي فوسفات الأدنوسين Adenosine triphosphate - ATP) وفي DNA وRNA ويمكن اطلاقه بالتحليل المائي للـ ATP أوADP. توجد تفاعلات مماثلة ثنائي فوسفات وثلاثي فوسفات النيوكليوتيدات الأخرى. وتحتوي روابط الفوسفوأنهيدريد في ADP وATP، أوثنائي وثلاثي فوسفات النيوكليوتيدات الأخرى، كميات عالية من الطاقة التي تعطيهم دورهم المحوري في جميع العضيات الحية. ويشار إليهم عموماً كفوسفات عالي الطاقة، مثلهم في ذلك مثل الفوسفاجنات في الأنسجة العضلية. وللمركبات مثل الفوسفينات المستبدَلة استخدامات في الكيمياء العضوية، إلا أنه لا يظهر حتى لها نظائر طبيعية.
اضافة أوازالة الفوسفات من البروتينات في جميع الخلايا خي استراتيجية محورية في تنظيم عمليات الأيض.
الفوسفات مفيد في الخلايا الحيوانية كعامل حاجز. فأملاح الفوسفات التي يشيع استعمالها لاعداد المحاليل الفاصلة عند الأس الهيدروجيني للخلية تتضمن Na2HPO4 , NaH2PO4 وأملاح البوتاسيوم المناظرة.
ومن التواجدات الهامة للفوسفات في الأنظمة الحيوية هووجوده كمادة بنيوية للعظام والأسنان. هذه البنى مصنوعة من فوسفات الكالسيوم البلوري في صيغة هيدروكسيلأپاتيت. فالمينا الكثيفة الصلبة لأسنان الثدييات تتكون من فلوروأپاتيت، وهوفوسفات هيدروكسي الكالسيوم حيث يتم استبدال بعض مجموعات الهيدروكسيل بأيونات فلوريد.
الهيكل القشري للحشرات مبني من تشيتين يحتوي على فوسفات الكالسيوم البلوري كمادة مقوية.
ترتيب الاحتياطات في العالم
ترتيب | البلد |
---|---|
1 | المغرب + الصحراء الغربية |
2 | الصين |
3 | الجزائر |
4 | سوريا |
5 | البرازيل |
6 | جنوب افريقيا |
7 | السعودية |
8 | الاردن |
9 | مصر |
10 | استراليا |
11 | الولايات المتحدة الامريكية |
12 | روسيا |
13 | البيرو |
14 | كازاخستان |
15 | فلسطين |
16 | تونس |
17 | الهند |
18 | السنغال |
19 | طوغو |
20 | المكسيك |
Statistics
التواجد
الفوسفات في مصر
يعتبر الفوسفات في مصر واحداً من أبرز الرواسب المعدنية من الناحيتين ، التعدينية والاقتصادية ،لأن إنتاجه كان ولا يزال يشغل مكاناً بارزا في مجال التعدين. ويرجع السبب في ذلك على الانتشار الواسع لتواجد الفوسفات في مصر إذ إنه يوجد على هيئة حزام من رواسب الفوسفات يمتد إلى مسافة حوالي 750 كم طولا من ساحل البحر الأحمر شرقا على الواحات الداخلة غربا.
أما أهميته الاقتصادية فتتلخص في أنه يصدر إلى الخارج بكميات كبيرة كما يتم تصنيع جزء منه على شكل أسمدة كيميائية تصنف كنوع من السوبر فوسفات .
وتتواجد مواقع الفوسفات التي لها أهمية اقتصادية بمصر في ثلاث مناطق رئيسية هي :
- وادي النيل بين أدفووقنا :
ومن أبرز مناطق التواجد منطقتا المحاميد والسباعية وتقدر احتياطيات خام الفوسفات في منطقة المحاميد وحدها بحوالي 200 مليون طن كما تصل نسبة [خامس أكسيد الفوسفور] إلى حوالي 22% .
وقد أسفرت الدراسات الجيولوجية عن احتياطي يقدر بحوالي 1000 مليون طن بالمناطق المجاورة لمنطقة المحاميد .
- ساحل البحر الأحمر بين سفاجة والقصير :
يتواجد خام الفوسفات بين ميناء سفاجة والقصير بمناطق أهمها [جبل ضوي] ومنطقة العطشان والحمراوين وتقدر الاحتياطيات من 200 إلى 250 مليون طن من خام الفوسفات .
- الصحراء الغربية :
تمثل هضبة أبوطرطور الواقعة بين الواحات الداخلة أضخم راسب من الفوسفات في مصر حيث يقدر الاحتياطي من الخام بنحو1000 مليون طن ، غير أنه توجد بعض العقبات التي تحول دون استغلاله الاستغلال الأمثل وذلك لوجود نسبة إشارة من الشوائب مما يزيد من تكلفة إنتاجه .
الفوسفات في المغرب
المغرب هوثالث منتج عالمي للفوسفات وأول مصدر لهذه المادة إذ يتوفر على %75 من الاحتياطي العالمي الذي يتوزع بنسب متفاوتة بين أربع مناطق أساسية وهي: بن جرير وبوكراع وخريبكة واليوسفية .
الفوسفات مادة طبيعية ، يتكون أساسا من فوسفات ثلاثي الكالسيوم 2(Ca3(PO4 وهوقليل الذوبان في الماء لذلك لا يستعمل مباشرة إلا بعد معالجته وتحسين جودته بتجفيفه وتنقيته (إزالة المواد العضوية وثاني أكسيد الكربون وفصله عن الصلصال.
من أبرز مشتقات الفوسفات الأسمدة الفوسفاتية المستعملة في الفلاحة وحمض الفوسفوريك (H3PO4).
يختزن باطن الأرض المغربية ثلثي الاحتياطي العالمي من الفوسفات. يتوزع هذا الاحتياطي بنسب متفاوتة بين أربع مناطق هي : أولاد عبدون، كنتور ، وادي المضى ومسقلة. هذه الأخيرة لم تفتح بعد للاستغلال.
الفوسفات في الأردن
يعنبر الفوسفات واحدا من أبرز المعادن الموجودة في الأردن ويتواجد في منطقة الطفيلة وفي منطقة الشيدية في معان التي يقدر الاحتياطي المؤكد من خام الفوسفات فيها بحوالي 5. 1 مليار طن.
استخدامات الفوسفات
يستخدم الفوسفات في الكثير من الصناعات الكيميائية أهمها تحضير عنصر الفسفور وحامض الفسفور ، المستعمل في الصناعات التعدينية والحربية والطبية والغذائية والخزفية والنسيج والثقاب. ويمضى معظم الفوسفات المستخرج لصناعة الأسمدة لزيادة المحاصيل الزراعية بالإضافة إلى إمكانية استخراج بعض المعادن النادرة والعناصر المشعة. ومن بين هذه العناصر يوجد اليورانيوم كمنتج جانبي الذي يمكن الحصول عليه أثناء تحويل الفوسفات إلى أسمدة أوحمض الفسفور. وتحتوى خامات الفوسفات الصحراوية على 200 جرام من اليورانيوم في الطن الواحد.
إن الاهتمام الدولي بالفوسفات أمر طبيعي ، باعتباره يدخل في جملة من الصناعات التحويلية والتي من أهمها الأسمدة الكيميائية ، مما يجعله موردا هاما يحظى بطلب متزايد من طرف أغلبية دول العالم وخصوصا تلك التي تهتم بالإنتاج الزراعي وتدافع عن أمنها الغذائي ، الذي أصبح مرتبطا إلى حد ما بقدرة البلد في الحصول على هذه الأسمدة باعتبار ذلك - كما أشرنا – عاملا لحمل كمية الإنتاج الزراعي وهذا ما يجعل الطلب على الأسمدة الكيميائية يحظى بعناية كبيرة في السوق الدولية ، ولذا ليس غريبا حتى يسعى المغرب إلى الاحتكار الكلي للأسمدة الفوسفاتية التي تشكل في الظرف الحالي ما يقارب 80% من الإنتاج العالمي للأسمدة.
إن الزيادة الإشارة في استخدام خامات [الفوسفات] يشير على أهميتها وهوما يؤكد الحاجة الماسة في الحصول عليها ، كما يظهر من خلال ديناميكية الإنتاج العالمي للفوسفات في الفترات الزمنية الآتية (مليون طن): في 1960 تم إنتاج 42 وفي 1969 أنتجت 77، أما في 1974 انتج العالم 110 وفي سنة 1980 وصل الإنتاج إلى 132 وفي سنة 1990 تم إنتاج 162 وفي 1996 انخفض الإنتاج إلى، 133، أما في سنة 2001 وصل الإنتاج إلى 128.
من خلال هذه المعلومات يتضح حتى استهلاك العالم [للفوسفات] في العقود الأربعة الأخيرة شهد ارتفاعا كبيرا، لا سيما حتى الدولة التي تملك احتياطات كبيرة من هذه المادة بإمكانها التحكم في أسعار هذا المورد في السوق الدولية. وبالبتر فإن المغرب يوجد ضمن الدول المعروفة في إنتاج الفوسفات بحكم احتواء أراضيه على 45,1% من احتياط العالم للفوسفات (هذا إذا ما استثنيت احتياطات الصحراء الغربية المحتلة من طرف المغرب). وهوما مكنه من التأثير على عدد كبير من الدول المرتبط نموها بمدى تطور الإنتاج الزراعي.
في الطعام
مادة الفوسفات المصنعة تضاف إلى كثير من أنواع الأغذية الجاهزة والمجمدة، ومن المعروف حتى الفوسفات مضر للمصابين بأمراض الكلى، لكن الأطباء يحذرون حتى الأصحاء. يجهل الكثيرون مخاطر الفوسفات الذي يضاف إلى كثير من أنواع الوجبات السريعة والأغذية المحفوظة والمجمدة، مثل البيتزا الجاهزة والجبنة التي لا تحفظ في ثلاجات والمشروبات الغازية وحتى في بعض أغذية الأطفال. وللفوسفات عدة استخدامات، فهويساعد في حفظ الأغذية أوإكسابها طعماً، كما يساعد في إعطاء منتجات الألبان قواماً أفضل، ويساعد في حفظ لون الكولا أومنع الحليب المجفف من التثاقل.
ومن المعروف منذ وقت بأن الفوسفات مضر بالنسبة للمصابين بسقم الكلى، لكن دراسة حديثة تحذر من الفوسفات المضاف والذي يسبب ازدياد نسبة الفوسفات في الدم حتى لدى الأصحاء، ويزيد بالتالي من مخاطر الإصابة بأمراض القلب. ويقول د. ماتياس ريدل، خبير التغذية في هذا السياق: "المذهل في البيانات الجديدة هوحتى الفوسفات الذي يمتصه الجسم بالتغذية يمكن حتى يهجر آثارا ضارة على الأصحاء، وعلى أولئك الأكثر عرضة للإصابة بتصلب الشرايين على حد سواء".
ولا يتعلق الأمر بالفوسفات الطبيعي المتوفر في الكثير من المواد الغذائية، مثل اللحوم والبقوليات والمكسرات، والذي يستطيع الجسم التعامل معه بسهولة. فمعدن الفوسفور يلعب مع الكالسيوم دوراً هاماً في استقلاب العظام، ويساعد في تخزين الطاقة في الخلايا وتحقيق التوازن الحمضي القاعدي، وكيفية تعامل الجسم معه تختلف بحسب شكله.
في الأطعمة الغنية بالبروتين الطبيعي مثل منتجات الألبان، يمتص الجسم فقط نصف كمية الفوسفات، بينما الفوسفات الموجود في البقوليات والحبوب فهوموجود في شكل حمض الفيتيك والتي بالكاد يمتصه الجسم، ولذلك فالفوسفات الطبيعي غير ضار. ويوضح بروفيسور مارتن كولمان، طبيب الأمراض الباطنية الأمر قائلاً: "يقوم الجسم بامتصاص ستين في المائة فقط من الفوسفات الطبيعي، بينما يمتص الفوسفات المضاف سريعاً بشكل تام تقريباً.
وهذا الفائض من الفوسفات الذي يبقى في الدم يعمل على تغيير الجدران الداخلية للأوعية الدموية ويزيد بالتالي من احتمال الإصابة بنوبة قلبية أوسكتة دماغية، كما أنه يزيد أيضا من خطر ترقق العظام التي تصبح هشة بعد ذوبان الكالسيوم فيها. ويضيف ريدل: "نحن نعهد أنه يسرع من شيخوخة الجلد والعضلات التي نعاني منها بعد سن الثلاثين، كما يزيد من إمكانية الإصابة بتصلب الشرايين وبالتالي قد يتسبب بزيادة معدلات الوفاة بشكل كبير".
الفوسفات والبيئة
من الناحية البيئية، بسبب دورها الهام في الأنظمة الحيوية، فإن الطلب على الفوسفات كمصدر هودوماً عالي. وبمجرد استخدامها، فإنها مادة مغذية تضع حدوداً على المواد المغذية الأخرى في البيئات، وتواجدها قد يحكم معدل نموالعضيات. وهذا سليم عموماً في بيئات المياه العذبة، في حينقد يكون النيتروجين في المعتاد هوالمغذي الحاد (أي الذي يحد) في البيئات البحرية (المالحة). فاضافة مستويات عالية من الفوسفات للبيئات والبيئات الصغرى، حيث تندر في المعتاد، يمكن حتىقد يكون له عواقب بيئية كبيرة. عملى سبيل المثال، يمكن حدوث ازدهار لمستعمرات بعض العضيات على حساب عضيات أخرى، وانهيار لمستعمرات حـُرِمت من مصادر مثل الأكسجين (انظر eutrophication). وفي سياق التلوث، فإن الفوسفات هي أحد مكونات المواد الصلبة التي تذوب بالكامل، وهومؤشر رئيسي لجودة المياه، ولكن ليس جميع الفسفورقد يكون في صيغة جزيئية يمكن للطحالب تكسيرها واستهلاكها.
يمكن العثور على رواسب هيدروكسيأپاتيت الكالسيوم والكالسيت حول الجراثيم في أعلى التربة الطميية. ولكون معادن الطمي تشجع التمعدن الحيوي، فإن تواجد الجراثيم ومعادن الطمي ينتج عنهم رواسب هيدروكسيأپاتيت الكالسيوم والكالسيت.
رواسب الفوسفات يمكن حتى تحتوي على كميات كبيرة من الفلزات الثقيلة المتواجدة طبيعياً. عمليات التعدين التي تعالج صخور الفوسفات يمكن حتى تخلف وراءها أكواماً ذات مستويات عالية من الكادميوم والرصاص والنيكل والنحاس والكروم واليورانيوم. وما لم يـُداروا بكفاءة، فتلك النفايات يمكنها تسريب فلزات ثقيلة إلى المياه الجوفية أوالمستنقعات المجاورة. فتناول النباتات والكائنات المائية لتلك المواد يمكن حتى يؤدي إلى مستويات مرتفعة من فلزات عالية السمية في المواد الغذائية.
ففي ألمانيا، تم إثبات أثر استخدام سماد الفوسفات المعتاد الملوث باليورانيوم في الزراعة على ازدياد مستويات مرتفعة من اليورانيوم في مياه الشرب. وفي بعض المناطق، أدى ذلك إلى توصيات بإستخدام مياه معبأة، بدلاً من مياه الصنبور، لطهي الطعام للرضع والأطفال.
انظر أيضاً
- Pyrophosphate – P2O74−
- عديد الفوسفات Polyphosphate – PnO3n+1(n+2)−
- Metaphosphate - PnO3nn−
- سماد
- Hypophosphite – H2PO2−
- مركبات الفوسفور العضوي Organophosphorus
- فوسفات - OP(OR)3, مثل فوسفات ثلاثي الفنيل triphenyl phosphate
- Phosphate conversion coating
- صودا الفوسفات Phosphate soda، مشروب صودا فوار
- فوسفينات Phosphinate - OP(OR)R2
- فوسفين - PR3
- أكسيد الفوسفين - OPR3
- فوسفينيت Phosphinite - P(OR)R2
- فوسفونيت Phosphonite - P(OR)2R
- فوسفيت Phosphite - P(OR)3
- فوسفونات Phosphonate - OP(OR)2R
- جبس الفوسفات Phosphogypsum
- فسفرة Phosphorylation
- فوسفات ثنائي الصوديوم Disodium phosphate - Na2HPO4
- فوسفات أحادي الصوديوم Monosodium phosphate - NaH2PO4
- ثلاثي عديد فوسفات الصوديوم Sodium tripolyphosphate - Na5P3O10
المصادر
- الهيئة العامة للإستعلامات المصرية
- ويكيبديا
- اتحاد الصحفيين والكتاب
-
^ Campbell, Neil A. (2005). Biology (Seventh Edition ed.). San Francisco, California: Benjamin Cummings. p. 65. ISBN 0-8053-7171-0. Unknown parameter
|coauthors=
ignored (|author=
suggested) (help)CS1 maint: extra text (link) -
^ "On-line Objective Analyses and Statistics" (HTML/ASCII). World Ocean Atlas 2001. National Oceanographic Data Center, National Oceanographic and Atmospheric Administration. 2003. Unknown parameter
|accessyear=
ignored (|access-date=
suggested) (help) - ^ "الفوسفات – خطر مغلف في الأغذية الجاهزة". دويتش ڤيله. 2015-10-30. Retrieved 2017-12-13.
-
^ Hochanadel, Dave (December 10, 2010). "Limited amount of total phosphorus actually feeds algae, study finds". Lake Scientist. Retrieved June 10, 2012.
[B]ioavailable phosphorus – phosphorus that can be utilized by plants and bacteria – is only a fraction of the total, according to Michael Brett, a UW engineering professor ...
- ^ Schmittner KE, Giresse P (1999). "Micro-environmental controls on biomineralization: superficial processes of apatite and calcite precipitation in Quaternary soils, Roussillon, France". Sedimentology. 46 (3): 463–76. doi:10.1046/j.1365-3091.1999.00224.x.
- ^ MIREYA NAVARRO (2010-09-18). "Cleaner for the Environment, Not for the Dishes". New York Times. Retrieved 2010-09-20.
-
^ Gnandil, K.; Tchangbedjil, G.; Killil, K.; Babal, G.; Abbel, E. (March). "The Impact of Phosphate Mine Tailings on the Bioaccumulation of Heavy Metals in Marine Fish and Crustaceans from the Coastal Zone of Togo". Mine Water and the Environment. 25 (1): 56–62. doi:10.1007/s10230-006-0108-4. Check date values in:
|date=, |year= / |date= mismatch
(help) - ^ "Hintergründe: Uran im Dünger". www.umweltinstitut.org. Retrieved 2013-01-10.
3. , June 2006, Lynn A. Kuntz
قراءات اضافية
Schmittner Karl-Erich and Giresse Pierre, 1999. Micro-environmental controls on biomineralization: superficial processes of apatite and calcite precipitation in Quaternary soils, Roussillon, France. Sedimentology 46/3: 463-476.
هذه الموضوعة تعبير عن بذرة بحاجة للنمووالتحسين؛ فساهم في إثرائها بالمشاركة في تحريرها. |