فسفات ( Phosphate )

تاريخچه:

هزاران سال پيش كشاورزان اروپايي و چيني از استخوان هاي سوخته به عنوان كود دركشاورزي بهره مي جستند. براند (Hennig Brondt) شيميدان آلماني در سال 1669 براي اولين بار عنصر فسفر را از ادرار استحصال كرد و در سال 1769 ميلادي كلسيم فسفات كه از اجزاي اصلي استخوان است، از آن جدا شد.

انسان ها در حدود سي سال بعد به اين امر پي بردند كه كلسيم فسفات ماده مفيدي در كشاورزي است كه در افزايش رشد نباتات نقش مهمي را دارا مي باشد. درسال 1797 يك شيميدان انگليسي نام سوپر فسفات را به ماده كلسيم دي هيدروژن فسفات موجود در استخوان داد كه بعداً به نام كود فسفاتي معروف گرديد. در اروپا، آسيابهايي جهت پودركردن استخوان بكار برده مي‌شد كه در مزارع رايج بود. هنريك كوهلر اولين شيميداني بود كه كاربرد اسيد را در تهيه كودهاي فسفاتي مطرح كرد. در سال 1840 ميلادي بعد از اينكه لابيگ تئوري خود را درمورد جذب فسفر توسط گياهان ارائه كرد، ناگهان تقاضا براي استخوان جهت توليد كودهاي فسفاتي افزايش يافت. با انجام كاوشهاي زمين شناسي، در فرانسه و انگلستان ذخيره هايي از سنگهاي فسفاتي با عيار پايين كشف شد. ولي توسعه در صنعت فسفات با كشف يك ذخيره رسوبي فسفات باعيار بالا دركاروليناي جنوبي رونق زيادي يافت. اين ذخيره دوباره در سال 1859 ميلاي مورد بررسي و مطالعه دقيق زمين شناسي قرار گرفت و حفاري در سال 1867 ميلادي آغاز گرديد. در سال 1899 اين معدن به تنهايي 90 درصد از احتياج دنيا به سنگ فسفات را تأمين مي‌كرد و توليد آمونيوم فسفات حاصله از واكنش آمونياك بر فسفريك اسيد درسال 1917 ميلادي در آمريكا شروع شد. درادامه توليد آمونيوم فسفات، درآلمان با روش كريستاله كردن آمونيوم فسفات، كودهاي فسفاتي با كارآيي بيشتري توليد شد. از سال 1890 ميلادي، با جداسازي كلسيم سولفيت از محلول سوپرفسفات و استفاده از اسيد فسفريك در توليد سوپر فسفات غليظ شروع شد. درسال 1920ميلادي با استفاده از اسيد نيتريك بجاي اسيد سولفوريك پروسه نيتروفسفات شكل گرفت. اين پروسه در سال 1930 ميلادي بصورت يك روش نوين توسط كمپانيهاي نورسك و هيدرو و DSM هلند و چند كمپاني ديگر به دنيا ارائه گرديد. 
در اروپا، توليد كلسيم سيليكون فسفات بعنوان يك محصول فرعي در صنايع فولاد جهت كود فسفاتي مورد استفاده قرار گرفت و همچنين از فسفر موجود در سنگ آهن در نهايت براي توليد كودهاي فسفاتي استفاده شد. تلاشهاي فراواني شد كه با استفاده از عمليات حرارتي بر روي سنگهاي فسفاتي، كود شيميايي تغليظ شده توليد گردد ولي اين روشها بدليل مصرف بالاي انرژي از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نبود.

مشخصات فسفات:

 نام فسفر (Phosphorus) از واژه يوناني (Phosphoros) به معناي(bringer of light) يا نام قديمي سياره ونوس گرفته شده است. فسفر دهمين عنصر فراوان در پوسته زمين است که در حدود 13/0% پوسته زمين را مي سازد. 

فسفر عنصري است جامد به رنگ سفيد، نقره اي و يا بي رنگ و به صورت پودري به رنگ قرمز مايل به قهوه اي با نماد P، عدد اتمي 15، وزن اتمي 973/30، وزن مخصوص 82/1 گرم بر سانتي متر مکعب، نرم، چرب، نقطه جوش 280 درجه سانتيگراد درجه سانتي گراد و نقطه ذوب 3/44 درجه سانتي گراد. 
فسفر در گروه 15(VA) جدول تناوبي به عنوان غيرفلز Nonmetals بوده و در دوره 3 قرار دارد. 
يونP+5 به همراه اکسيژن يک گروه يوني تترائدرال (PO4)-3 را تشکيل مي دهند که در تمام کاني هاي فسفاته کمپلکس آنيوني(PO4)-3 به عنوان واحد اصلي وجود دارد. 
فسفر يك عنصر ضروري در زندگي موجودات كه به صورت كاني يابه شكل آلي در ساختمان سلولي موجود زنده وارد مي شود و در بافت استخوان ها عموماً بصورت كاني قرار دارد.
فسفر بيشتر بصورت فسفات كلسيم در بافت هاي استخواني شركت مي‌نمايند و حدود 5/2-2 درصد آن نيز بصورت فسفات منيزيم است. 

مهمترين شكل فسفر آلي، اسيدهاي نوكلئيك است كه بصورت ژن وكروموزوم ظاهر مي گردند و اساسي ترين تشكل آنها DNA و RNA است. اين اسيدها 5/9 درصد فسفر با حدود 22 درصد P2O5 دارند. از ديگر شكلهاي مهم فسفر، فسفاژن است كه در انقباض ماهيچه هاي نقش اساسي بازي مي كند. فسفر آمين ليپيد ازمتشكله هاي سلول هاي عصبي مغز استخوان مي باشد. اسيد فسفوگليسيريك درفرايند فتوسنتز نقش دارد و بالاخره فسفاتازها، آنزيم هايي هستند كه در هيدروليز استرها و آب گرفتن از اسيد فسفريك دخالت دارند.  فسفر حدود يك درصد وزني بدن انسان را تشكيل مي دهد. به عبارت ديگر 650 گرم فسفر با 1500 گرم P2O5 دربدن انسان وجود داردكه 86 درصد آن به صورت كاني، دندان و استخوان ها را مي سازد. در بدن جانوران نيز حدود 8/0 تا 1 درصد وزني فسفر وجود دارد. تمركز فسفر درگياهان خشكي توسط گري درسال 1973 مطالعه شد. 

کاني هاي فسفات:

  واحد تترائدرال -3(PO4) همواره با ارسنات ها -3 (AsO4) و وانادات ها -3(VO4) ديده مي شود. گرچه فراواني نسبي اين كاني ها در پوسته زمين كم است ولي از نظر تعداد، واحدهاي زيادي در اين خانواده ها جاي مي گيرند. اين آنيون ها غالباً نمكهاي پايداري را تشكيل مي‌دهندكه داراي خاصيت اسيدي تقريباً يكسان هستند. 

كانيهاي گروه فسفات را به دو گروه اصلي بنام زير گروه آپاتيتي و زير گروه غير آپاتيتي تقسيم مي‌كنند. كاني هاي زيرگروه آپاتيتي نيز به دو بخش آپاتيت هاي اوليه و ثانويه تقسيم شده اند. 
درسنگهاي ماگماتيك و همچنين در فسفات هاي رسوبي عمومي ترين و فراوان ترين كاني فسفات، فلوئور آپاتيت است. 
كاني هاي گروه فسفات عبارتند از :

1لف-آپاتيتي :
کاني هاي اين گروه به دو بخش آپاتيت هاي اوليه و ثانويه تقسيم مي شوند و شامل کاني هاي آپاتيت Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) و مونازيت (Ce, La , Y, Th) (PO4) مي باشد.

ب‌-غيرآپاتيتي:
اين کاني ها از هوازدگي نهشته هاي فسفات کلسيم، گوانو و دياژنز در رسوبات درياچه اي و رودخانه اي ايجاد مي شوند. 
از کاني هاي غيرآپاتيتي مي توان به واوليت Al3(PO4)2(OH)3 , 5H2Oو آتونيت با فرمولCa(UO2) (PO4)210-12H2O اشاره کرد.

الف-كاني هاي گروه آپاتيت 

•آپاتيت Apatite 
نام کاني آپاتيت Apatite از واژه يوناني Apatein به معني گول خوردن يا فريفته شدن گرفته شده است و علت انتخاب اين نام براي اين كاني شباهت آن با بريل يا تورمالين است كه ازبا توجه به وجود منشور شش ضلعي و سختي كمتر از اين دو كاني تميز داده مي شود.
آپاتيت ( فسفات تري کلسيک کلردار يا فلوئور دار ) با فرمول(OH , F , Cl) Ca5(PO4)3 فسفات آهكي موجود در سنگ هاي آذرين است كه به رنگ سفيد مايل به زرد، قهوه اي، سبز و گاهي سياه ديده مي شود. اين كاني با ناخالصي اكسيد آهن، سيليس، كربنات كلسيم و رس همراه است. سيستم تبلور آپاتيت هگزاگونال و بي پيراميدال مي باشد. فرم كريستالي آن بصورت شش ضلعي منشوري و يا سوزني و گاهي هم منشوري كوتاه ديده مي شود. 
اين كاني داراي سختي 5 بوده و بوسيله چاقو خط بر مي دارد. وزن مخصوص آن 15/3 تا 20/3 و گاهي تا 22/3 گرم بر سانتيمتر مکعب و داراي جلاي شيشه اي و نيمه صمغي است. آپاتيت معمولاً سبز يا قهوه اي، گاهي آبي، بنفش يا بيرنگ يا نيمه شفاف ديده مي‌شود. 
آپاتيت در اشعه X وماوراء بنفش، خاصيت فسفرسانس مي‌گردد و درمقابل حرارت به سختي ذوب مي‌گردد. رنگ شعله اين کاني آبي مايل به سبز است و در اسيد كلريدريك، سولفوريك و نيتريك حل مي شود. 
فسفات آهك به شكل لايه اي، رگه اي و يا سنگال ديده مي شود و از تجمع بقاياي مهره داران به ويژه استخوان هاي جانوران و قسمتهايي از بقاياي بي مهرگان مي باشند.
فسفات هاي آهك داراي تمركزهاي بالايي از عناصر اورانيوم، فلوئورين و واناديم مي باشد. اين تركيبات همراه با مادستون هاي غني از مواد ارگانيكي كه منشأ بالقوه مواد هيدروكربوري هستند، تشكيل مي شود و در محيط هاي دريايي به عنوان مواد غذايي اوليه بوده و لذا رشد و توليد مواد ارگانيكي را كنترل مي نمايد. 
بدين ترتيب در اقيانوس ها ميكروارگانيزم ها، فسفات حل شده يا ارتوفسفات را مورد استفاده قرار مي دهند و اين عمل در سطح بالاي آب در حين رشد فيتوپلانكتون ها رخ مي دهد. تمركز فسفات در آبهاي ساحلي مانند مصب رودخانه ها كه بالاي آبهاي سطحي هستند و همچنين حوضه هاي غير موازي اتفاق مي افتد.
كاني آپاتيت درسنگهاي آذرين نظير نفلين سينيت، در پگماتيت هاي قليائي بوجود مي‌آيد. همچنين در رگه هاي كنتاكت متاسوماتيك، هيدروترمال و پنوماتوليتي به صورت پاراژنز با كاني هاي زيادي از جمله كاني هاي نفلين، اسفن، زيركن ذكرشده است. به علاوه درسنگهاي رسوبي نيز در اثر تخريب آهكهاي فسفات دار بوجود مي آيند. اين كاني بصورت پلاسر نيز گزارش شده است. 
•تركيب و ساختمان فلوئورآپاتيت Ca5(PO4)F3 از همه كاني هاي آپاتيت فراوانتر است. 
•كلرور آپاتيت Ca5(PO4)3Cl و هيدروكسيل آپاتيت Ca5(PO4)3OH كمتر ديده مي‌شوند. 
فلوئور و كلرور عامل هيدوركسيل مي توانند جانشين يكديگر شده و سري كاملي را به وجود آورند. همچنين گروه (PO4) مي‌تواند به وسيله (SO4) و يا (SiO4) جانشين گرديده و كربنات يا سيليکات آپاتيت را پديد آورد. 
•فلوئورآپاتيت كربناته Ca10(PO4 ,CO3)6F2-3 
فرانكوليت Francolite با فرمول Ca5(PO4 , CO3)3(F ,OH) با بيش از يك درصد فلوئورين و كربنات به صورت تيره و انيزوتروپ مي باشد.
•Dahllite يك هيدروكسي آپاتيت كربناته با كمتر از يك درصد فلوئور به صورت تيره و انيزوتروپ مي باشد.
•كلوفان Collophan كاني آپاتيت رسوبي با فرمول Ca3P2O8. 2H2O با ساختمان مخفي بلور و ايزوتروپ مي باشد.

•فسفريت :

كاني هاي فسفات داري كه دراثر رسوبات بوجود آمده اند به فسفريت معروف است. کلوفان به نوع مخفي بلور و توده هاي آپاتيت كه بخش عمده سنگهايي فسفاتي واستخوان هاي فسيل را مي سازد، اطلاق مي گردد. مطالعات اشعه X نشان مي دهد كه ويژگي مشخصي براي مجزا كردن کلوفان از آپاتيت ديده نمي شود و فقط ظاهر فيزيكي متفاوتي دارد. 

•مونازيت 
نام مونازيت از واژه يوناني به معناي « در انزوا بودن» گرفته شده و كنايه ازكمياب بودن ‌آن است. بلورهاي مونازيت كمياب و بسيار كوچك ديده مي‌شوند و سيستم تبلور آن مونوكلينيك بوده و درمقاطع ميكروسكوپي و در نور طبيعي بي رنگ است. 
مونازيت با فرمول ] [(Ce, La, Y, Th)PO4 داراي برجستگي زياد، بي رفرنژانس بالا و تقريباً شبيه اسفن است. سختي آن 5 تا 5/5 و وزن مخصوص آن 6/4 تا 4/5 گرم بر سانتيمترمکعب دارد. داراي جلاي صمغي و به رنگ زرد تا قهوه اي مايل به قرمز و نيمه شفاف ديده مي‌شود. 
مونازيت، پرتو زا بوده و نمونه هاي بزرگ آن نيز از زير كن به واسطه فرم بلوري و سختي كمتر و از تيتانيت به واسطه فرم بلوري و وزن مخصوص بيشتر قابل تشخيص مي باشند. اين كاني غير قابل ذوب، محلول درHCl و درحرارت با اسيد سولفوريك غليظ تجزيه مي گردد. 
كاني مونازيت بعنوان كاني فرعي در گرانيت ها، گنيس ها، آپليت ها و پگماتيت ها و به صورت دانه هاي ميله اي در ماسه هاي حاصل از تخريب سنگهاي فوق به صورت پلاسر ديده مي‌شود كه علت آن مقاومت زياد درمقابل فرسايش مي‌باشد. 

•پيرومورفيت 
نام پيرومورفيت از دو واژه Pyroبه معناي آتش و Morph به معناي شكل گرفته شده و كنايه از شكل ظاهري بلورهاي آن است. پيرومورفيت با فرمول Pb5(PO4)3Cl داراي سختي 5/3-4، وزن مخصوص 04/7 گرم بر سانتيمترمکعب، جلاي صمغي تا الماسي و رنگ سبز، قهوه اي، زرد. گاهي زرد، نارنجي،خاكستري، و سفيد ديده مي باشد. 
اين كاني توسط فرم بلوري، جلاي درخشان و وزن مخصوص زيادش مشخص مي‌گردد. چنانچه به تنهاي در روي زغال حرارت داده مي شود و گلوله اي توليد مي كند كه در وقت سرد شدن فرم بلوري پديد مي آورد. 
بلورهاي پيرومورفيت معمولاً منشوري با انتهاي مسطح ديده مي شود که انتهاي آن به ندرت هرمي مي‌شود. 

•آمبلي گونيت 
نام كاني آمبلي گونيت دو واژه يوناني به معناي عدم وجود زاويه گرفته شده و كنايه از از زاويه بين كليواژهاي آن است. آمبلي گونيت با فرمولLiAlFPO4 داراي سختي 6، وزن مخصوص 3 تا 1/3 گرم بر سانتيمترمکعب، رنگ سفيد تا آبي كمرنگ يا سبز كمرنگ و به ندرت زرد است که در اسيدها غير قابل حل مي باشد.
اين كاني در سيستم تري كلينيك متبلور مي شود، بلورهاي آن كمياب و هم اندازه بوده و اگر درشت باشند زبر وخشن هستند.
گاهي در تركيب آمبلي گونيت OH جانشين F شده و احتمالاً سري كاملي را پديدمي آورد. هر گاه مقدار OH بيشتر از F باشد به نام كاني مونت براسيت Montebrasite خوانده مي شود. 
چنانچه قطعاتي از طريق كليواژ (100) جدا شود، ممكن است با فلدسپار اشتباه شوند. ولي با زاويه كليواژ، سه ولت ذوب و رنگ شعله مي توان آنها را از هم جدا نمود. 

•كاني هاي لازوليت و اسكوزاليت 
كاني هاي لازوليت با فرمول (Mg,Fe)Al2(PO4)2(OH)2و اسكورزاليت Al2(PO4)2(OH)2 داراي سختي 5/5، وزن مخصوص 3 تا 1/3 گرم بر سانتيمترمکعب، جلاي شيشه اي و به رنگ آبي مي باشد.
اين كاني ها درسيستم مونوكلينيك متبلور شده و بلورهاي آنها به ندرت منشورهاي زاويه دار مي سازند و معمولاً توده اي، دانه‌اي و يا فشرده مي‌باشند.

ب- كاني هاي گروه غير آپاتيتي 
هوازدگي نهشته هاي فسفات كلسيم و گوانو و دياژنز در رسوبات درياچه اي و رودخانه‌ا ي، مهمترين فاكتوري است كه باعث تكامل كاني هاي غير آپاتيتي در محيط هاي رسوبي است. آلتراسيون لاتريتي نهشته هاي فوق به ايجاد كاني هاي فسفاتي آلومينيوم دار منتهي مي گردد. 

بيولوژي:

فسفراز عناصر پرمقدار روزانه در مقياس گرم مي باشد که غالباً به صورت املاح همراه با مواد غذايي وارد دستگاه گوارش مي شوند و پس از ورود به گردش خون و گذر از منافذ نسبتاً گشاد مويرگي وارد آب بين سلولي مي شوند و در مجاورت سلولها قرار مي گيرند. اين مواد معدني در آب به صورت يون در مي آيند. 

عنصر فسفر در هر موجود زنده اي وجود دارد و به عنوان يك ماده غذايي اوليه است كه انرژي را به صورت قابل استفاده براي موجود زنده تبديل مي كند.