15 P فسفور 30.974
لافلز p-block Period 3 Group 15

فسفور

P · Element 15 · Pnictogens

Discovered by boiling down urine in search of gold, phosphorus glows in the dark and is written into every strand of your DNA.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 30.974 u
ELECTRON CONFIGURATION [Ne] 3s² 3p³

البنية

ذرة فسفور

ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع فسفور بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.

فيزيائية

الكثافة 1.823 g/cm³ 15%
نقطة الانصهار 317.3 K 17%
نقطة الغليان 553.7 K 15%
الحرارة النوعية 0.769 J/g·K
التوصيل الحراري 0.24 W/m·K 14%

ذرية

نصف القطر الذري 107 pm 9%
نصف القطر التساهمي 107 pm
نصف قطر فان دير فالس 180 pm

إلكترونية

السالبية الكهربائية 2.19 77%
طاقة التأين 1012.1 kJ/mol 88%
الألفة الإلكترونية 72.4 kJ/mol 57%

الوفرة

الوفرة في القشرة 1050 mg/kg 91%

الهوية

الرمزP
العدد الذري15
الكتلة الذرية30.974 u
الفئةلافلز
المستوى الفرعيp
البنية البلوريةorthorhombic
حالات الأكسدة-3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5
الاكتشاف1669
اكتشفهHennig Brand

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق مقياس

How big is a فسفور atom?

Radius 107 pm — that is 0.107 nm, so about 4673 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

فسفور is liquid over a 236 K window, from 317 K to 554 K.

موضعه

موضعه في الجدول

فسفور sits in period 3, group 15. Everything in group 15 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER اللامعادن

All اللامعادن

القصة

ما هو فسفور، وكيف اكتشفناه

ضروري للحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA وATP. يتوهج في الظلام (الفسفور الأبيض).

The discovery of فسفور

الفسفور: من حادثة كيميائية خيميائية إلى أساس الحياة

يتميز الفسفور بأنه أول عنصر عُزل على يد شخص نعرف اسمه، وهو الخيميائي الألماني Hennig Brand عام 1669. تتضمن قصة هذا الاكتشاف البول، ومحاولات فاشلة لصنع الذهب، واختراقاً عرضياً أحدث في نهاية المطاف ثورة في فهمنا للحياة نفسها.

المسعى الخيميائي لصنع الذهب

في أوروبا القرن السابع عشر، كانت الخيمياء تتحول إلى الكيمياء الحديثة، لكن حلم تحويل المعادن الخسيسة إلى ذهب ظل يحفز كثيراً من الباحثين. كان التاجر من هامبورغ والخيميائي الهاوي Hennig Brand (c.1630-1692) يعتقد أنه يستطيع استخراج الذهب من بول الإنسان بسبب لونه الذهبي.

خلفية Hennig Brand

كان Brand جندياً سابقاً أصبح تاجراً، وقد أنفق بالفعل ثروة زوجته الأولى على التجارب الخيميائية. وبعد وفاتها، تزوج أرملة ثرية موّلت أموالهُا أبحاثه المتواصلة. وبحلول عام 1669، كان Brand قد أجرى تجارب على تقطير البول لعدة سنوات، متبعاً وصفات خيميائيين سابقين.

التجربة الحاسمة (1669): جمع Brand نحو 50 دلواً من بول الإنسان وتركه يتعفن لعدة أيام. ثم غلاه حتى صار شراباً كثيفاً، وسخّن البقايا في معوجة، وقطّر المزيج عند درجة حرارة مرتفعة.

الاكتشاف المعجزي

في إحدى ليالي عام 1669، أنتجت تجربة Brand شيئاً غير متوقع تماماً: مادة بيضاء شمعية تتوهج في الظلام وتشتعل تلقائياً في الهواء.

الوحي المتوهج

رواية Brand: "لاحظت أن شيئاً ما كان يتوهج في الوعاء المستقبل، وعندما أخرجته، وجدته مادة بيضاء شمعية تشع بضوئها الخاص ويمكن حفظها تحت الماء."

العملية: أجرى Brand، من دون أن يعلم، أول عزل للفسفور العنصري من خلال اختزال فوسفات العظام الموجودة في البول:

2Ca₃(PO₄)₂ + 6SiO₂ + 10C → P₄ + 6CaSiO₃ + 10CO

وفّرت المادة العضوية الموجودة في البول المتعفن الكربون اللازم لاختزال مركبات الفوسفات، فنتج بخار الفسفور الأبيض الذي تكثف في جهازه.

ردود الفعل المعاصرة

أحدث اكتشاف Brand ضجة في الأوساط العلمية الأوروبية. وبدا أن المادة المتوهجة تتحدى قوانين الطبيعة، مما أدى إلى اهتمام علمي وتكهنات خارقة للطبيعة في آن واحد.

التوثيق المبكر

Johann Kunckel (1676): أكد الكيميائي الألماني اكتشاف Brand وطوّر طريقة الإنتاج

Robert Boyle (1680): أعاد العالم الإنجليزي اكتشاف الفسفور بشكل مستقل وقدّمه إلى الجمعية الملكية

Gottfried Leibniz (1677): كتب الفيلسوف الشهير عن الفسفور بوصفه "مادة معجزة"

الصيغة السرية: أبقى Brand طريقته سراً في البداية، آملاً في تحقيق الربح من الاكتشاف. وباع كميات صغيرة من الفسفور بمبالغ هائلة، تعادل آلاف الدولارات لكل غرام بأسعار اليوم.

انتشار المعرفة

على الرغم من محاولات Brand الحفاظ على السرية، انتشرت معرفة إنتاج الفسفور تدريجياً في أوساط المجتمع العلمي الأوروبي.

شخصيات رئيسية في تاريخ الفسفور

Johann Kunckel (1630-1703)

صانع زجاج وكيميائي ألماني حسّن عملية Brand. نشر Kunckel أول وصف تفصيلي لتحضير الفسفور عام 1678، مما ساعد على ترسيخه بوصفه اكتشافاً كيميائياً مشروعاً لا حيلة خيميائية.

Robert Boyle (1627-1691)

كيميائي إنجليزي وعضو مؤسس في الجمعية الملكية. اكتشف Boyle الفسفور بشكل مستقل عام 1680 وأجرى أول دراسة منهجية لخصائصه. وصاغ كثيراً من المصطلحات التي لا تزال مستخدمة حتى اليوم، وأثبت أن الفسفور عنصر كيميائي حقيقي.

Andreas Marggraf (1709-1782)

كيميائي ألماني أثبت لأول مرة عام 1740 أن الفسفور يمكن استخراجه من العظام، وليس من البول فقط. جعل هذا الاكتشاف إنتاج الفسفور أكثر عملية وأقل إثارة للاشمئزاز.

تطور الفهم العلمي

ظلّت الطبيعة الحقيقية للفسفور غامضة لأكثر من قرن بعد اكتشافه. وقد واجه الكيميائيون الأوائل صعوبة في فهم خصائصه وتركيبه.

الخط الزمني لعلم الفسفور

1680: أثبت Boyle أن الفسفور عنصر وليس مركباً

1740: اكتشف Marggraf الفسفور في العظام والأنسجة الحيوانية

1769: عزل Johan Gahn وCarl Wilhelm Scheele حمض الفوسفوريك

1777: أثبت Antoine Lavoisier أن الفسفور عنصر في نظامه الجديد للتسمية الكيميائية

1844: حدّد Jöns Jacob Berzelius الوزن الذري للفسفور

1865: بدأ أول إنتاج تجاري للفسفور في إنجلترا

أثر الثورة الصناعية

أدى تطوير أعواد الثقاب الاحتكاكية في ثلاثينيات القرن التاسع عشر إلى خلق أول طلب تجاري كبير على الفسفور، مما قاد إلى إنتاجه على نطاق صناعي.

صناعة أعواد الثقاب

1827: اخترع John Walker أعواد الثقاب الاحتكاكية باستخدام الفسفور الأبيض

1845: اكتشف Anton von Schrötter الفسفور الأحمر، وهو أكثر أماناً لإنتاج أعواد الثقاب

1855: أُنشئت أول مصانع الفسفور في أوروبا وأمريكا

أزمة صحة العمال: تسببت مصانع أعواد الثقاب المصنوعة من الفسفور الأبيض في مرض "فك الفسفور"، وهو مرض عظمي مروّع أصاب العمال. وأدى ذلك إلى حملات دولية من أجل أعواد ثقاب أكثر أماناً مصنوعة من الفسفور الأحمر، وإلى الحظر النهائي لأعواد الثقاب المصنوعة من الفسفور الأبيض.

اكتشاف الأهمية البيولوجية

جاء إدراك الأهمية البيولوجية للفسفور تدريجياً من خلال أبحاث الكيمياء الحيوية في القرنين التاسع عشر والعشرين.

اكتشافات بيولوجية رئيسية

1869: عزل Friedrich Miescher مادة "النيوكليين" (DNA) من نوى خلايا الدم البيضاء الغنية بالفسفور

1919: حدّد Phoebus Levene الفسفور بوصفه مكوّناً أساسياً في بنية DNA

1929: اكتشف Karl Lohmann ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوسين) بوصفه عملة الطاقة الخلوية

1953: كشفت بنية DNA التي توصّل إليها Watson وCrick عن دور الفسفور في المعلومات الوراثية

1961: فسّرت نظرية Peter Mitchell الكيميومسموزية تصنيع ATP بمشاركة الفسفور

الإرث الحديث

من اكتشاف Brand العرضي في البول المتعفن إلى فهمنا الحديث للفسفور بوصفه العنصر الأساسي للحياة، تمثل هذه القصة إحدى أكثر الرحلات إثارة في تاريخ الكيمياء.

الأهمية المعاصرة

  • الزراعة: تغذي الأسمدة الفوسفاتية أكثر من 50% من سكان العالم
  • الطب: تعالج مركبات الفسفور أمراض العظام وأمراض القلب والاضطرابات الوراثية
  • التكنولوجيا: يتيح الفسفور الإضاءة بمصابيح LED وتصنيع أشباه الموصلات ومثبطات اللهب
  • علم الأحياء الفلكي: يبحث العلماء عن الفسفور على الكواكب الأخرى بوصفه مؤشراً إلى احتمال وجود حياة

إرث Brand الذي لا يمكن تخيله: اكتشف التاجر من هامبورغ، الذي سعى إلى الذهب في البول، مصادفةً العنصر الذي يجعل كل أشكال الحياة ممكنة. يحتوي كل جزيء DNA، وكل عملية نقل لطاقة ATP، وكل عظم وسن على الفسفور، مما يجعل اكتشاف Hennig Brand عام 1669، على الأرجح، الاكتشاف الأكثر أهمية بيولوجياً في تاريخ البشرية.

الاستخدامات

فيما يُستخدم فسفور

الفسفور: عنصر الحياة والصناعة

الفسفور هو حرفياً عنصر الحياة، فهو ضروري للحمض النووي DNA، ونقل الطاقة عبر ATP، وتكوين العظام. تمتد استخداماته الصناعية من الزراعة إلى المواد المتقدمة، مما يجعله أحد أكثر العناصر أهمية من الناحية الاستراتيجية على الأرض.

الاستخدامات الزراعية

الفسفور هو الحرف "P" في أسمدة NPK، وهو ضروري تماماً لنمو النباتات والأمن الغذائي العالمي. تستهلك الزراعة الحديثة 85% من الفسفور المستخرج، مما يدعم إنتاج الغذاء لـ 8 مليارات شخص.

تكنولوجيا الأسمدة

إنتاج حمض الفوسفوريك: يُعالَج صخر الفوسفات (Ca₁₀(PO₄)₆F₂) بحمض الكبريتيك لإنتاج حمض الفوسفوريك (H₃PO₄)، وهو أساس أسمدة الفوسفات.

Ca₁₀(PO₄)₆F₂ + 10H₂SO₄ + 20H₂O → 10CaSO₄·2H₂O + 6H₃PO₄ + 2HF

أسمدة الفوسفات الرئيسية
  • فوسفات ثنائي الأمونيوم (DAP): (NH₄)₂HPO₄ - 46% P₂O₅، 18% نيتروجين
  • فوسفات أحادي الأمونيوم (MAP): NH₄H₂PO₄ - 52% P₂O₅، 11% نيتروجين
  • السوبرفوسفات الثلاثي (TSP): Ca(H₂PO₄)₂ - 46% P₂O₅، عالي التركيز
  • السوبرفوسفات الأحادي: Ca(H₂PO₄)₂ + CaSO₄ - 16-20% P₂O₅ مع الكبريت

التأثير العالمي: تزيد أسمدة الفوسفات إنتاجية المحاصيل بنسبة 30-50%، مما يتيح الزراعة الحديثة المكثفة. ومن دون أسمدة الفسفور، لن يكفي الإنتاج الغذائي العالمي إلا لدعم نصف عدد السكان الحالي.

الاستخدامات الكيميائية الحيوية والطبية

تؤدي مركبات الفسفور أدواراً أساسية في العمليات الحيوية، بدءاً من تخزين الطاقة وصولاً إلى نقل المعلومات الوراثية. وتستفيد الاستخدامات الطبية من هذه الأدوار الحيوية لأغراض علاجية.

الاستخدامات الصيدلانية

  • أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP): عملة الطاقة في الخلايا؛ واستخدامات علاجية في فشل القلب واضطرابات العضلات
  • الفسفوليبيدات: مكونات أغشية الخلايا تُستخدم في أنظمة توصيل الأدوية والتغذية الوريدية
  • النيوكليوتيدات: لبنات بناء DNA/RNA للأدوية المضادة للفيروسات والعلاجات الجينية
  • محاليل الفوسفات المنظمة: ضرورية للمحاليل الوريدية والأدوية القابلة للحقن للحفاظ على pH الفسيولوجي

صحة العظام وطب الأسنان

  • سيراميك فوسفات الكالسيوم: هيدروكسي أباتيت (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) لزراعات العظام وترميمات الأسنان
  • فلوروأباتيت: Ca₁₀(PO₄)₆F₂ في معاجين الأسنان المحتوية على الفلوريد لتقوية مينا الأسنان
  • مكملات الفوسفات: علاج نقص فوسفات الدم واضطرابات تمعدن العظام

الكيمياء الصناعية

تتيح الطبيعة التفاعلية للفسفور وكيمياؤه الفريدة استخدامات صناعية متنوعة، بدءاً من مثبطات اللهب وصولاً إلى معالجة أشباه الموصلات.

مثبطات اللهب

تعمل مثبطات اللهب القائمة على الفسفور من خلال آليات في الطور الغازي والطور المكثف معاً، مما يوفر حماية فائقة من الحرائق للبوليمرات والمنسوجات.

  • بولي فوسفات الأمونيوم (APP): طلاءات منتفخة تتمدد عند التسخين
  • فوسفات ثلاثي الفينيل: ملدن ومثبط لهب لـ PVC والبولي يوريثان
  • الفسفور الأحمر: مثبط لهب خالٍ من الهالوجين للتطبيقات الإلكترونية وتطبيقات السيارات
  • DOPO (9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide): مادة مضافة عالية الأداء

إضافات مواد التشحيم

توفر مركبات الفسفور العضوية حماية من الضغط الشديد وخصائص مقاومة للتآكل في مواد التشحيم المستخدمة في السيارات والصناعة.

  • ثنائي ألكيل ثيوفوسفات الزنك (ZDDP): الإضافة الأساسية المضادة للتآكل في زيوت المحركات
  • فوسفات التريكريسيل: مادة مضافة لسوائل الأنظمة الهيدروليكية ذات درجات الحرارة المرتفعة
  • إسترات الفوسفونات: مثبطات للتآكل ومزيلات لتنشيط المعادن

التطبيقات الإلكترونية وتطبيقات أشباه الموصلات

تؤدي مركبات الفسفور عالية النقاوة أدواراً حاسمة في تصنيع أشباه الموصلات والمواد الإلكترونية.

تطعيم أشباه الموصلات

غاز الفوسفين (PH₃): مادة مطعِّمة من النوع N لرقائق السيليكون في تصنيع رقائق الحاسوب. تحل ذرات الفسفور محل السيليكون في الشبكة البلورية، فتوفّر إلكترونات حرة للتوصيل.

الغرس الأيوني: تخترق أيونات الفسفور المسرَّعة إلى 1-200 keV رقائق السيليكون، فتُنشئ توزيعات تطعيم مضبوطة بدقة للترانزستورات والثنائيات.

المواد الفوسفورية

  • طلاءات فوسفورية: فوسفورات كبريتيد الزنك المنشَّطة بالنحاس لشاشات CRT والمصابيح الفلورية
  • فوسفورات LED: فوسفورات غارنيت ألومنيوم الإتريوم المطعَّمة بالسيريوم (YAG:Ce) تحوّل ضوء LED الأزرق إلى الأبيض
  • لوحات شاشات البلازما: فوسفورات حمراء وخضراء وزرقاء للشاشات عالية الدقة

تطبيقات الدفاع والألعاب النارية

تجعل الخصائص البيروفورية للفسفور واحتراقه الشديد منه مادة قيّمة للتطبيقات العسكرية والمتخصصة.

الاستخدامات العسكرية

  • ذخائر الفسفور الأبيض: ستائر الدخان، وتحديد الأهداف، والتأثيرات الحارقة
  • الطلقات الكاشفة: تُنشئ مركبات الفسفور مسارات مرئية للقذائف
  • مشاعل الإشارة: إشارات الاستغاثة البحرية والاتصالات العسكرية
  • أنظمة الإشعال: مصادر إشعال موثوقة لمحركات الصواريخ والمتفجرات

الألعاب النارية المدنية

  • أعواد الثقاب الآمنة: الفسفور الأحمر على سطح الاحتكاك في علبة الثقاب
  • الألعاب النارية: تأثيرات الألوان ومركبات الإشعال
  • إشارات الطوارئ: مشاعل الطرق ومعدات السلامة البحرية

تصنيع المواد الكيميائية المتخصصة

يُستخدم الفسفور لبنةَ بناء أساسية للعديد من المواد الكيميائية المتخصصة في صناعات متنوعة.

معالجة الأسطح

  • الحفر بحمض الفوسفوريك: تحضير الأسطح المعدنية للطلاء والتغليف
  • طلاءات التحويل الفوسفاتي: الحماية من التآكل لأجزاء السيارات والأجهزة
  • التلميع الكهربائي: تشطيب الفولاذ المقاوم للصدأ لمعدات الصناعات الصيدلانية وتجهيز الأغذية

معالجة المياه

  • البولي فوسفات: مثبطات الترسّب والتآكل لمعالجة مياه الغلايات
  • العوامل الخالبة الفوسفوناتية: حجز أيونات المعادن في أنظمة أبراج التبريد
  • الإزالة البيولوجية للمغذيات: إضافة الفسفور بصورة مضبوطة لتحسين معالجة مياه الصرف

الفسفور في الحياة اليومية

يمسّ الفسفور كل جانب من جوانب حياة الإنسان، وغالبًا ما يكون ذلك بصورة غير مرئية، لكنه ضروري دائمًا. فمن الطعام الذي نأكله إلى التكنولوجيا التي نستخدمها، تتيح مركبات الفسفور أسلوب الحياة الحديث.

  • الغذاء والتغذية
    • المشروبات الغازية (حمض الفوسفوريك في Coca-Cola وPepsi)
    • الأطعمة المُصنّعة (فوسفات الصوديوم كمواد حافظة)
    • مسحوق الخَبز (فوسفات أحادي الكالسيوم)
    • تصنيع الجبن (مستحلبات الفوسفات)
    • منتجات اللحوم (احتفاظ الفوسفات بالماء)
    • حبوب الإفطار (مدعّمة بالفسفور)
  • الصحة والطب
    • مكمّلات الفيتامينات المتعددة
    • مضادات الحموضة المحتوية على فوسفات الكالسيوم (Tums وRolaids)
    • معجون الأسنان (مركبات فوسفات الفلورايد)
    • مكمّلات صحة العظام
    • مشروبات الطاقة (مركبات مرتبطة بـ ATP)
    • حقن الفوسفات الشرجية (علامة Fleet التجارية)
  • البستنة وتنسيق الحدائق
    • الأسمدة متعددة الاستخدامات (Miracle-Gro وScotts)
    • سماد عضوي من مسحوق العظام
    • محسّنات فوسفات الصخور
    • محاليل المغذيات للزراعة المائية
    • سماد المروج (تغذية الربيع)
    • محفّزات نمو النباتات
  • السلامة من الحرائق
    • أعواد الثقاب الآمنة (الفوسفور الأحمر على سطح الإشعال)
    • مواد كيميائية لإطفاء الحرائق
    • أقمشة مثبّطة للهب (الستائر والمفروشات)
    • مواد بناء مقاومة للحريق
    • مشاعل الطرق في حالات الطوارئ
    • إشارات الاستغاثة البحرية
  • التنظيف والصيانة
    • منتجات إزالة الصدأ (حمض الفوسفوريك)
    • منظفات المعادن ومحاليل الحفر الكيميائي
    • منظفات غسالات الأطباق (الفوسفات)
    • مزيلات الترسبات من آلات إعداد القهوة
    • مواد ضبط الرقم الهيدروجيني لحمامات السباحة
    • محولات الصدأ للسيارات
  • الإلكترونيات والتكنولوجيا
    • مصابيح LED (طلاءات فوسفورية)
    • شاشات التلفاز (مواد فوسفورية)
    • مكوّنات الهواتف الذكية (تشويب أشباه الموصلات)
    • معالجات الحاسوب (تشويب السيليكون بالفسفور)
    • تجهيزات الإضاءة الفلورية
    • شاشات العرض والمراقبة
  • السيارات
    • إضافات زيت المحرك (الحماية من التآكل)
    • مكوّنات سائل المكابح
    • طبقة الأساس لطلاء السيارات (طلاء فوسفاتي)
    • معالجة حمض بطاريات السيارات
    • إضافات الوقود لتحسين الأداء
    • معالجات الوقاية من الصدأ
  • الفنون والحِرف
    • دهانات تتوهج في الظلام (فوسفورية)
    • طلاءات الخزف والفخار
    • محاليل حفر المعادن
    • مواد كيميائية للتصوير الفوتوغرافي (مستلزمات غرف التحميض)
    • أصباغ ودهانات الفنانين
    • مساحيق فوسفورية لمشروعات الحِرف

الفسفور في جسمك

DNA وRNA

يُشكّل الفسفور العمود الفقري للمادة الوراثية، ويخزّن المعلومات الوراثية وينقلها

تخزين الطاقة

يخزّن ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) الطاقة ويطلقها لجميع العمليات الخلوية

بنية العظام

يوجد 85% من فسفور الجسم في العظام على هيئة بلورات فوسفات الكالسيوم التي تمنحها القوة

أغشية الخلايا

تُشكّل الفوسفوليبيدات حواجز أغشية الخلايا، فتتحكم فيما يدخل إلى الخلايا وما يخرج منها

الفسفور اليومي بالأرقام

700mg

الاحتياج اليومي من الفسفور للبالغين

1%

من وزن الجسم هو فسفور (نحو 1.4 رطل لدى البالغ المتوسط)

85%

من فسفور الجسم مخزّن في العظام والأسنان

10 billion

جزيء ATP يُعاد تدويره كل ثانية في كل خلية

مصادر غذائية غنية بالفسفور

مصادر البروتين

  • السلمون (415mg لكل 3.5oz)
  • صدر الدجاج (196mg لكل 3.5oz)
  • لحم البقر (180mg لكل 3.5oz)
  • البيض (172mg لكل 100g)

منتجات الألبان

  • جبن Parmesan (694mg لكل 100g)
  • الزبادي السادة (135mg لكل 100g)
  • الحليب (93mg لكل 100ml)
  • الجبن القريش (159mg لكل 100g)

المصادر النباتية

  • بذور دوار الشمس (1155mg لكل 100g)
  • اللوز (481mg لكل 100g)
  • العدس (180mg لكل 100g مطبوخ)
  • خبز القمح الكامل (200mg لكل 100g)

حقائق مذهلة عن الفسفور

يحتوي جسمك على نحو 780 غرامًا من الفسفور، وهي كمية تكفي لصنع 38,000 عود ثقاب آمن. وفي كل ثانية، تنشئ خلاياك 10 billion جزيء ATP وتفككها، فتُعيد تدوير وزن جسمك بالكامل من ATP كل يوم. ولولا الفسفور، لما وُجدت الحياة على الأرض بالشكل الذي نعرفه.

مصدره

وجوده الطبيعي

1050 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 91% of elements

الفسفور: كنز الأرض الداعم للحياة

يشكل الفسفور نحو 0.1% من وزن القشرة الأرضية، ما يجعله العنصر الحادي عشر من حيث الوفرة. وعلى خلاف كثير من العناصر، لا يوجد الفسفور في الطبيعة أبدًا في صورة فلزية نقية بسبب شدة تفاعله، بل يوجد فقط في مركبات مؤكسدة.

معادن الفوسفات الأولية

يوجد الفسفور طبيعيًا في صورة معادن فوسفاتية، ولا سيما في تكوينات رسوبية نشأت في بيئات بحرية قديمة تراكمت فيها المواد العضوية وتحجرت على مدى ملايين السنين.

معادن مجموعة الأباتيت

المصدر الأساسي لكل الفسفور المستخرج، وصيغتها العامة Ca₁₀(PO₄)₆(F,Cl,OH)₂:

  • فلوروأباتيت: Ca₁₀(PO₄)₆F₂ - الأكثر شيوعًا، ويحتوي على 42% من P₂O₅
  • هيدروكسي أباتيت: Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ - معدن العظام والأسنان
  • كلوروأباتيت: Ca₁₀(PO₄)₆Cl₂ - أقل شيوعًا، ويوجد في الرواسب البحرية
  • كربونات-أباتيت: فرانكوليت، مكوّن رئيسي للصخر الفوسفاتي

الاحتياطيات العالمية: 70 مليار طن من الصخور الفوسفاتية التي تحتوي على معادن الأباتيت

رواسب الغوانو

تؤدي فضلات الطيور والخفافيش المتراكمة إلى تكوين رواسب غنية بالفسفور:

  • غوانو الجزر: جزر المحيط الهادئ (ناورو، جزيرة كريسماس) - يصل إلى 35% من P₂O₅
  • رواسب الكهوف: غوانو الخفافيش في كهوف الحجر الجيري حول العالم
  • التراكمات الساحلية: مستعمرات الطيور البحرية على السواحل الصخرية

الأهمية التاريخية: كانت رواسب الغوانو في بيرو ذات قيمة كبيرة إلى درجة أنها تسببت في حرب المحيط الهادئ (1879-1884)

معادن الفوسفات الثانوية

تتكون بفعل تجوية الفوسفات الأولية وتحولها:

  • الفاريسيت: AlPO₄·2H₂O - فوسفات ألومنيوم أخضر
  • الفيروز: CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈·4H₂O - حجر كريم من فوسفات النحاس
  • الوافليت: Al₃(PO₄)₂(OH)₃·5H₂O - تجمعات بلورية شعاعية
  • السترينغيت: FePO₄·2H₂O - فوسفات الحديد في البيئات الحمضية

الفسفور الكوني

يرجع أصل الفسفور الكوني إلى الأفران النووية للنجوم الضخمة خلال مراحلها التطورية الأخيرة. يتكون العنصر عبر عمليتي احتراق الأكسجين واحتراق السيليكون في لباب النجوم.

التخليق النووي النجمي

العملية الأولية: ²⁸Si + α → ³²S → ³¹P + p (انبعاث بروتون)

العملية الثانوية: ³⁰Si + p → ³¹P + γ (أشعة غاما)

عندما تنفجر النجوم الضخمة (>8 كتل شمسية) على هيئة مستعرات عظمى، فإنها تنثر الفسفور في أنحاء المجرة. ومن المثير للاهتمام أن إنتاج الفسفور يتطلب ظروفًا نجمية محددة جدًا، ما يجعله أحد العناصر «عنق الزجاجة» للحياة - وربما يحد من التطور البيولوجي في الكون.

الوفرة الكونية: يحتل الفسفور المرتبة 17 بين أكثر العناصر وفرة في الكون، بتركيز يبلغ حوالي 7 أجزاء في المليون في المادة النجمية.

التوزيع العالمي

تتركز رواسب الفوسفات في مناطق جيولوجية محددة، ما يؤدي إلى اعتماد استراتيجي على الموارد في الزراعة والصناعة العالميتين.

احتياطيات الصخور الفوسفاتية الرئيسية

المغرب والصحراء الغربية

الاحتياطيات: 50 مليار طن (71% من الإجمالي العالمي)

التكوين: فوسفوريتات بحرية من العصر الطباشيري-الإيوسيني

التعدين: مجموعة OCP - أكبر منتج للفوسفات في العالم

الصين

الاحتياطيات: 3.2 مليار طن

المواقع: مقاطعات يونان وقويتشو وسيتشوان

النوع: رواسب رسوبية بحرية

مصر

الاحتياطيات: 2.8 مليار طن

الموقع: رواسب الفوسفوريت في وادي النيل

العمر: تكوينات من العصر الطباشيري

الولايات المتحدة

الاحتياطيات: 1.1 مليار طن

الموقع الرئيسي: فلوريدا - تكوين بون فالي

المواقع الثانوية: كارولاينا الشمالية وأيداهو ويوتا

دورة الفسفور البيولوجية

يتبع الفسفور دورة جيوكيميائية حيوية فريدة، فهو العنصر الغذائي الرئيسي الوحيد الذي يفتقر إلى مكوّن جوي مهم، ما يجعله عاملًا محتملًا محددًا للحياة على الأرض.

عملية الدورة الطبيعية

  1. التجوية: تذوب الصخور الفوسفاتية ببطء، مطلقةً الفوسفات القابلة للذوبان
  2. امتصاص النباتات: تمتص الجذور الفوسفات الذائبة من التربة
  3. انتقاله عبر السلسلة الغذائية: ينتقل الفسفور عبر الكائنات الحية عن طريق التغذي
  4. التحلل: تطلق الكائنات الميتة الفسفور مرة أخرى إلى التربة
  5. الجريان السطحي والترسيب: ينجرف الفسفور إلى المحيطات، حيث يتكون في النهاية صخر جديد

مدة الدورة: تستغرق دورة الفسفور الكاملة ملايين السنين، ما يجعلها أبطأ جميع الدورات الجيوكيميائية الحيوية.

الفسفور البحري

تحتوي المحيطات على حوالي 88 مليار طن من الفسفور الذائب، ويوجد أساسًا في صورة أيونات الفوسفات (PO₄³⁻). تركز الكائنات البحرية الفسفور في أنسجتها، فتتكون رواسب غنية بالفوسفات عندما تموت.

تراكيز المحيطات

  • المياه السطحية: 0.5-3.0 μmol/L (استُنفدت مغذياتها بفعل العوالق النباتية)
  • المياه العميقة: 1.5-3.5 μmol/L (غنية بالمغذيات الناتجة عن التحلل)
  • مناطق صعود المياه: 2.0-4.0 μmol/L (غنية بالمغذيات وذات إنتاجية مرتفعة)

الكائنات البحرية

  • العوالق النباتية: منتِجات أولية تحتاج إلى الفسفور لتكوين DNA وRNA وATP
  • عظام الأسماك: تراكيز من فوسفات الكالسيوم (هيدروكسي أباتيت)
  • الفقاريات البحرية: محتوى مرتفع من الفسفور في العظام والأسنان
  • الطيور البحرية: تركز الفسفور البحري في رواسب الغوانو

الخط الزمني للتكوين الجيولوجي

نشأة الصخور الفوسفاتية

ما قبل الكامبري (3.8-0.54 مليار سنة مضت): أول تراكم للفسفور في المحيطات البدائية

الكامبري (540-485 مليون سنة مضت): طورت الكائنات البحرية أصدافًا وهياكل عظمية، فبدأت دورة الفسفور الكبرى

البرمي (299-251 مليون سنة مضت): تكوّن تكوين فوسفوريا في غرب الولايات المتحدة

الطباشيري-الباليوجيني (145-23 مليون سنة مضت): تكوّن رواسب الفوسفوريت الرئيسية في شمال أفريقيا والشرق الأوسط

الميوسين (23-5 ملايين سنة مضت): أدى تكوين بون فالي في فلوريدا إلى إنشاء احتياطيات فوسفاتية رئيسية في الولايات المتحدة

مخاوف الموارد الاستراتيجية

ذروة الفسفور: يقدّر العلماء أن احتياطيات الصخور الفوسفاتية عالية الجودة قد تبلغ ذروتها بحلول 2030-2040، ما يخلق تحديات محتملة أمام الأمن الغذائي العالمي. وتُعد إعادة التدوير وتحسين الكفاءة أمرين حاسمين لإدارة الفسفور بصورة مستدامة.

التعامل

السلامة

سلامة الفسفور: معلومات بالغة الأهمية عن المخاطر

تختلف سلامة الفسفور اختلافًا كبيرًا باختلاف صورته. فبينما تُعد مركبات الفوسفات آمنة عمومًا وضرورية للحياة، فإن الفسفور العنصري، ولا سيما الفسفور الأبيض، شديد الخطورة للغاية ويتطلب بروتوكولات سلامة متخصصة.

الفسفور الأبيض - خطر شديد للغاية

الخصائص القابلة للاشتعال تلقائيًا

درجة الاشتعال: 30°C (86°F) - يشتعل تلقائيًا في الهواء

متطلبات التخزين: يجب تخزينه تحت الماء أو في جو خامل

الجرعة السامة: قد تكون كمية لا تتجاوز 1mg/kg من وزن الجسم قاتلة

الآلية: يتداخل مع استقلاب الخلايا ويسبب فشلًا متعدد الأعضاء

⚠️ خطر فوري: يحترق الفسفور الأبيض عند 5000°F، ويخترق الجلد، ويستمر في الاحتراق داخل الأنسجة. اتصل بخدمات الطوارئ فورًا عند حدوث تعرض.

الفسفور الأحمر - خطر متوسط

متآصل أكثر أمانًا

درجة الاشتعال: 260°C (500°F) - أكثر أمانًا بكثير من الفسفور الأبيض

السُمية: يُعد عمومًا غير سام بكميات صغيرة

التطبيقات: أعواد الثقاب الآمنة، ومثبطات اللهب، والألعاب النارية

الاحتياطات: تجنب استنشاق الغبار، وامنع التفريغ الساكن

إرشادات التداول

  • التهوية: استخدم تهوية موضعية للعادم للتحكم في الغبار
  • التحكم في الكهرباء الساكنة: صِل المعدات بالأرض لمنع الاشتعال الناتج عن الكهرباء الساكنة
  • معدات الوقاية الشخصية: نظارات واقية، وأقنعة للغبار، وملابس مضادة للكهرباء الساكنة
  • التخزين: مكان بارد وجاف بعيدًا عن المواد المؤكسدة ومصادر الاشتعال

مركبات الفوسفات - آمنة عمومًا

السلامة الغذائية والطبية

الفوسفات الصالحة للاستهلاك الغذائي: معترف بها عمومًا على أنها آمنة (GRAS) من قِبل FDA

المدخول اليومي: يوصى للبالغين بكمية 700-1000mg من الفسفور

الحد الأعلى: 4000mg يوميًا (حد إجهاد الكلى)

الاستخدامات الطبية: المليّنات، ومضادات الحموضة، والمحاليل الوريدية - لها سجلات سلامة راسخة

مخاطر الإفراط في الاستهلاك

  • أمراض الكلى: يؤدي تناول كميات كبيرة من الفسفور إلى إجهاد وظائف الكلى
  • صحة العظام: قد يتداخل الفسفور الزائد مع امتصاص الكالسيوم
  • أمراض القلب والأوعية الدموية: ارتبطت المستويات المرتفعة جدًا بأمراض القلب في بعض الدراسات
  • التداخلات الدوائية: تؤثر بعض الأدوية في استقلاب الفسفور

بروتوكولات السلامة الصناعية

غاز الفوسفين (PH₃)

حد التعرض المسموح وفق OSHA: 0.3 ppm (متوسط زمني مرجح لمدة 8 ساعات)

خطر مباشر على الحياة أو الصحة: 50 ppm (خطر مباشر على الحياة أو الصحة)

المخاطر: شديد السمية، قابل للاشتعال، وله رائحة شبيهة بالثوم

الاستخدامات: تطعيم أشباه الموصلات، والتبخير

الحماية: أجهزة تنفس مزودة بالهواء، وأنظمة كشف الغاز

حمض الفوسفوريك (H₃PO₄)

حد التعرض المسموح وفق OSHA: 1 mg/m³ (متوسط زمني مرجح لمدة 8 ساعات)

التركيز: محاليل 85% هي الأكثر شيوعًا صناعيًا

المخاطر: يسبب تآكل الجلد والعينين والجهاز التنفسي

معدات الوقاية الشخصية المطلوبة: قفازات مقاومة للأحماض، وواقيات للوجه، ومآزر

المعادلة: بيكربونات الصوديوم للانسكابات

المركبات الفوسفورية العضوية

سلامة المبيدات: مثبطات لإنزيم الكولينستيراز - آلية عوامل عصبية

طرق التعرض: الامتصاص عبر الجلد، والاستنشاق، والابتلاع

الأعراض: صداع، وغثيان، وارتعاش العضلات، وضيق التنفس

الترياق: الأتروبين والبراليدوكسيم في الحالات الشديدة

الوقاية: معدات وقاية شخصية كاملة، وإجراءات إزالة التلوث

إجراءات الاستجابة للطوارئ

التعرض للفسفور الأبيض

ملامسة الجلد: اغمر المنطقة في الماء فورًا؛ أزل الجسيمات المرئية بالملقط تحت الماء؛ غطِّها بضمادات مبللة

لا تفعل: تسمح للمنطقة المكشوفة بالجفاف؛ تستخدم علاجات قائمة على الزيت؛ تزيل الجسيمات في الهواء

ملامسة العينين: اغسلهما بكمية كبيرة من الماء لمدة 30+ دقيقة؛ اطلب عناية طبية فورية

الاستنشاق: أبعد المصاب عن مصدر التعرض؛ قدم العلاج بالأكسجين؛ انقله فورًا إلى مركز للحروق

التعرض لغاز الفوسفين

الإخلاء: انقل المصاب من المنطقة الملوثة إلى الهواء النقي

إزالة التلوث: انزع الملابس الملوثة؛ اغسل الجلد بالماء والصابون

الإجراء الطبي: راقب حدوث وذمة رئوية متأخرة؛ قدم الرعاية الداعمة

الترياق: لا يوجد ترياق محدد؛ العلاج يركز على الأعراض

ملامسة حمض الفوسفوريك

الجلد: اغسله بالماء لمدة 15+ دقيقة؛ انزع الملابس الملوثة

العينان: اغسلهما لمدة 30+ دقيقة؛ لا تستخدم محاليل المعادلة

الابتلاع: لا تحفز القيء؛ أعطِ الماء أو الحليب إذا كان المصاب واعيًا

الانسكابات: عادلها ببيكربونات الصوديوم؛ تجنب توليد الحرارة

التخزين وإدارة النفايات

متطلبات التخزين الآمن

  • الفسفور الأبيض: تحت الماء في حاويات محكمة الإغلاق؛ درجة حرارة
  • الفسفور الأحمر: تخزين جاف؛ بعيدًا عن المواد المؤكسدة؛ حاويات مضادة للكهرباء الساكنة
  • الفوسفين: خزائن غاز متخصصة؛ كشف التسرب؛ تهوية للطوارئ
  • حمض الفوسفوريك: حاويات مقاومة للتآكل؛ احتواء ثانوي؛ تهوية

بروتوكولات التخلص

  • الفسفور الأبيض: التخلص المتخصص من النفايات الخطرة؛ لا تسكبه أبدًا في المصارف
  • المواد الملوثة: تعامل معها كنفايات خطرة؛ يلزم التخلص منها بواسطة مختصين
  • محاليل الفوسفات: قد تُعادَل ويُتخلص منها وفق اللوائح المحلية
  • التنظيف في حالات الطوارئ: فريق متخصص في المواد الخطرة للانسكابات الكبيرة

المراقبة الطبية

الصحة المهنية

  • ما قبل التوظيف: اختبارات أساسية لوظائف الكبد والكلى
  • المراقبة الدورية: قياس مستويات الكولينستيراز للعاملين في المركبات الفوسفورية العضوية
  • الجهاز التنفسي: اختبارات وظائف الرئة عند التعرض للغبار
  • المراقبة البيولوجية: قياس مستويات الفوسفات في البول لدى العاملين ذوي التعرض المرتفع

جهات الاتصال في حالات الطوارئ

  • مركز مكافحة السموم: 1-800-222-1222 (الولايات المتحدة)
  • CHEMTREC: 1-800-424-9300 (حالات طوارئ النقل)
  • فريق المواد الخطرة المحلي: اتصل بقسم الإطفاء المحلي أو فريق المواد الخطرة
  • المستشفى: أبلغ عن نوع التعرض للفسفور لتحديد العلاج المناسب

تذكيرات مهمة بشأن السلامة

• الفسفور الأبيض من أخطر المواد الكيميائية المعروفة - لا تتعامل معه إلا بعد تدريب متخصص
• إضافات الفوسفات الغذائية آمنة عند استخدامها وفق التعليمات
• تتطلب مركبات الفسفور الصناعية بروتوكولات سلامة محددة
• استشر دائمًا صحائف بيانات السلامة (SDS) قبل التعامل مع أي مركب من مركبات الفسفور

إجابات سريعة

فسفور: أسئلة شائعة

What is فسفور?

فسفور (symbol P) is element 15 on the periodic table, a لافلز in period 3, group 15. Discovered by boiling down urine in search of gold, phosphorus glows in the dark and is written into every strand of your DNA. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of فسفور?

فسفور's ground-state electron configuration is [Ne] 3s² 3p³, giving 3 occupied shells holding 2, 8, 5 electrons respectively. Its outer shell holds 5 electrons, which is what sets its bonding behaviour.

What are the melting and boiling points of فسفور?

فسفور melts at 317.3 K (44.2 °C) and boils at 553.7 K (280.6 °C).

What is the atomic mass of فسفور?

The standard atomic weight of فسفور is 30.974 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is فسفور?

فسفور has a density of 1.823 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of فسفور is about 1.8× heavier.

What is the electronegativity of فسفور?

فسفور has a Pauling electronegativity of 2.19. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered فسفور, and when?

فسفور was discovered in 1669 by Hennig Brand. It is named after greek phosphoros, "light-bearer".

How common is فسفور on Earth?

فسفور makes up about 0.11% of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.