Fosfor to pierwiastek chemiczny zaliczany do grupy niemetali. Został odkryty w XVII w. przez niemieckiego alchemika Henniga Branda w Hamburgu. W wyniku jego doświadczeń, polegających na odparowywaniu moczu zwierzęcego i prażeniu pozostałości z piaskiem bez dostępu powietrza, otrzymano białą, woskową substancję, żarzącą się niebiesko‑zielonym światłem, czyli fosfor biały. Fosfor występuje w czterech odmianach alotropowych, jako biały, czerwony, fioletowy oraz czarny.

• Fosfor biały jest silnie trujący. Dawka śmiertelna dla dorosłego człowieka wynosi ok. 0,1 g.

• Fosfor czerwony występuje pod postacią ciemnoczerwonego proszku, nie ma właściwości trujących i jest mniej aktywny niż fosfor biały. W warunkach normalnych nie utlenia się.

• Fosfor fioletowy powstaje w wyniku ogrzewania fosforu czerwonego w próżni w temperaturze ok. 530°C.

• Fosfor czarny jest najmniej reaktywną z form alotropowych fosforu.

Z biologicznego punktu widzenia, fosfor jest makroelementemmakroelementymakroelementem, niezbędnym do prawidłowego funkcjonowania praktycznie wszystkich komórek w organizmie człowieka oraz głównych procesów rozwoju roślin.

Rośliny pobierają fosfor głównie z rozpuszczalnych w glebieglebaglebie związków, nazywanych fosforanami(V) (ortofosforanami(V)). Minerał ten jest najefektywniej wchłaniany przy dużej wilgotności (wilgotność zwiększa rozpuszczalność związków fosforu) oraz gdy w glebie znajduje się dużo przyswajalnych jego form. Jego ilość ma bezpośredni wpływ na prawidłowy rozwój systemu korzeniowego, kwitnienie oraz owocowanie. Dodatkowo:

• bierze udział w przepływie energii chemicznej w procesach przemiany materii;

• jest składnikiem kwasów nukleinowych;

• jest składnikiem błon biologicznych;

• jest niezbędny podczas wykształcania kłosów, kwiatów, owoców i nasion (tworzenie fityny magazynującej potas dla kiełkowania);

• podnosi wartość użytkową i biologiczną plonów.

Przy pH gleby na poziomie 6,5‑7,0 fosfor występuje w formach najlepiej przyswajalnych dla roślin. W glebie o pH poniżej 5,0 (kwasowym) powstają nierozpuszczalne, trudno przyswajalne postaci chemiczne. Niekorzystnym jest także pH powyżej 7,0 fosfor tworzy wtedy z jonami wapnia trudno rozpuszczalne, czyli nieprzyswajalne sole.

Ogólna zawartość masowa fosforu w warstwie ornej gleb uprawnych waha się najczęściej od 0,03% do 0,15% i zależy od:

• rodzaju skały macierzystejskała macierzystaskały macierzystej;

• stopnia zwietrzenia skał macierzystych;

• zawartości materii organicznej (może występować w niej ok. 0,5‑0,7% P).

Ze względu na dostępność fosforu dla roślin, wyróżnia się trzy formy tego składnika w glebie:

• fosfor aktywny – występuje w roztworze glebowym, na który składają się jony pochodzące z dysocjacji kwasu ortofosforowego(V): ${\text{PO}}_4^{3-}$, ${\text{HPO}}_4^{2-}$, ${\text{H}}_2{\text{PO}}_4^{-}$. W warunkach glebowych, o pH = 4,5‑7,0, przeważają w roztworze glebowym jony ${\text{H}}_2{\text{PO}}_4^{-}$, które są bezpośrednio pobierane przez korzenie roślin.

• fosfor ruchomy – stanowi około 10% masowych całkowitego fosforu w glebie; tworzą go związki rozpuszczalne w słabych kwasach, takie jak:

1. świeżo strącone, bezpostaciowe fosforany(V) glinu i żelaza(III) (${\text{AlPO}}_4$, ${\text{FePO}}_4$);

2. wodorofosforany(V) wapnia - ${\text{CaHPO}}_4$;

R1OGuqmGjG9dD

Na ilustracji jest wzór: P położone centralnie łączy się u góry wiązaniem podwójnym z atomem tlenu, na dole po lewej stronie łączy się z HO, na dole po prawej stronie dwa razy z anionem tlenu. Obok wzoru jest zapis: ${\mathrm{C}\mathrm{a}}^{2+}$.

3. fosforan(V) wapnia - ${\text{Ca}}_3{\text{(PO}}_4{\text{)}}_2$;

RINYTSlPZmzxn

Na ilustracji jest wzór: w nawiasie kwadratowym P położone centralnie łączy się u góry wiązaniem podwójnym z atomem tlenu, na dole łączy się z trzema anionami tlenu. Wzór ten jest dwa razy wzięty. Obok w nawiasie kwadratowym jest ${\mathrm{C}\mathrm{a}}^{2+}$. Kation wapnia jest trzy razy wzięty.

4. wiwianit ${\mathrm{Fe}}_3{\left({\mathrm{PO}}_4\right)}_2·8 {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$;

5. fosfor zaadsorbowany na powierzchni uwodnionych tlenków glinu i żelaza, minerałów ilastych, substancji organicznej oraz ${\text{CaCO}}_3$.

R1eUgorKkslj3

Na ilustracji jest wzór: P z dwoma kropkami u góry łączy się na dole z trzema sześcioczłonowymi pierścieniami, posiadającymi trzy wiązaniam podwójne.

• fosfor zapasowy – w jego skład wchodzą różnego rodzaju apatyty, waryscyt, strengit, fosforyty.

Fosfor jest pierwiastkiem mało ruchliwym w glebie i na ogół pozostaje w tej warstwie gleby, do której został wprowadzony, np. z nawozami. Zmienia on jedynie swoją formę chemiczną na mniej lub bardziej dostępną dla rośliny. W pewnych warunkach część fosforu może jednak ulec wymyciu lub przemieszczeniu z fazą stałą gleby w głąb profilu glebowego pod wpływem opadów.

Można wyróżnić okresy krytyczne, kiedy rośliny szczególnie potrzebują fosforu.

RFCxN850T29bK

Zdjęcie przedstawia owalne, zielone nasiona. Nasiona kiełkują.

R1Zl2t6tknybW

Zdjęcie przedstawia białe kwiaty na cienkiej gałązce.

Rc4rfKXNPEzmK

Na zdjęciu są korzenie dużego drzewa. Korzenie rosną na powierzchni gleby. Pokrywa je mech.

Roślinom uprawnym należy dostarczać właściwą ilość przyswajalnych form fosforu poprzez regularne zasilanie odpowiednimi nawozami. W rolnictwie i ogrodnictwie stosowane są specjalne nawozy fosforowe (np. fosfat, superfosfat, polifoska czy mączki fosforytowe).

Rośliny charakteryzują się niewielkim, karłowatym wzrostem, sztywnymi liśćmi oraz mniejszą odpornością na mróz. Niedobór fosforu osłabia przede wszystkim rozwój pędu w stosunku do korzenia, czego wynikiem jest osłabienie transportu węglowodanów. Opóźnia proces kwitnienia i dojrzewania plonów. Liście przybierają początkowo barwę ciemnozieloną, następnie czerwonawą, po czym obumierają i opadają. Wynika to z nagromadzenia chlorofilu oraz podwyższonej zawartości antocyjan.

• Uczestniczy w mineralizacji kości i zębów – fosfor w największych ilościach (ok. 85%) znajduje się w kościach i zębach. Fosfor wraz z wapniem biorą udział w ich mineralizacji, czyli w procesie wzrostu zawartości składników mineralnych, w efekcie czego kości i zęby mogą być zdrowe i mocne.

R1UoDczZLcpdR

Zdjęcie przedstawia usta kobiety. Kobieta gryzie marchewkę.

• Występuje w tkankach miękkich i błonach komórkowych – w ich budowie niezbędna jest obecność fosforu. Bez istnienia błon komórkowych, nie mogłyby funkcjonować żadne komórki żywe. Fosfolipidy występują w dużych ilościach w tkance nerwowej, wątrobie i krwi.

• Bierze udział w przemianie tłuszczów i węglowodanów. FosforylacjafosforylacjaFosforylacja lipidów do fosforylowanego kwasu tłuszczowego jest też początkiem ich aktywacji biologicznej, po której następuje dekarboksylacja i dehydrogenacja, które są kolejnymi etapami procesu spalania tłuszczów w żywych organizmach.

• Bierze udział w budowaniu kwasów nukleinowych DNA, RNA. Fosfor jest składnikiem kwasów nukleinowych (DNA, RNA) tworzących kod genetyczny, dlatego jest ważnym nośnikiem informacji genetycznych.

R1OZ4UYfQs0Re

Na ilustracji są podwójne, skręcone helisy. Pomiędzy nimi są wiązania.

• Bierze udział w utrzymaniu równowagi kwasowo‑zasadowej, a więc mechanizmach utrzymania optymalnego stężenia jonów wodoru w przestrzeniach wewnątrzkomórkowych i zewnątrzkomórkowych ustroju. Fosforany(V), obecne w moczu pierwotnym, warunkują wydalanie jonów ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$ oraz powstawanie wodorowęglanów w nerkach. Bufor fosforanowy jest najważniejszym pod względem ilości buforem moczu,  którego działanie buforujące opiera się na wzajemnych przemianach jonów ${\mathrm{H}}_2{{\mathrm{PO}}_4}^{-}$ i ${{\mathrm{HPO}}_4}^{2-}$.

• Wchodzi w skład enzymów, które bez fosforu mają słabe oddziaływanie biologiczne.

R1bFG6LXL1nX0

Ilustracja przedstawia kilka struktur w postaci spiralnych wstążek. Między nimi, w środkowej części są zielone strzałki. Strzałki połączone są z wstążkami.

• Jest składnikiem GTP i ATP – nośników energii chemicznej, używanych w metabolizmie komórek. Zgromadzona w nim energia służy do przeprowadzania różnorodnych procesów, np. biosyntezy, ruchu i podziału komórki.

R1IU8di4LrMe8

Na ilustracji jest struktura ATP. Zbudowana jest między innymi z sześcioczłonowego pierścienia przylegającego do pięcioczłonowego pierścienia. W pierścieniach tych są szare i zielone kulki. Pięcioczłonowy pierścień łączy się w dół z kolejnym pięcioczłonowym pierścieniem - ten wzór z kolei jest zbudowany z szarych i pomarańczowych kulek. Pierścień ten łączy się u góry po lewej stronie z szeregiem zbudowanym z trzech białych kulek i dziesięciu pomarańczowych. W sumie jest 13 pomarańczowych kulek, 10 szarych i pięć zielonych.

Fosfor powszechnie występuje w żywności, dlatego na ogół nie dochodzi do jego niedoboru w organizmie.

Niedobory fosforu mogą wystąpić:

• u alkoholików;

• u osób niedożywionych lub żywionych pozajelitowo;

• przy zaburzeniach wchłaniania;

• przy rozległych oparzeniach;

• przy utrzymywaniu diety ubogiej w białko;

• przy utrzymującym się niedoborze witaminy D (ułatwia wchłanianie fosforu i wapnia);

• przy ostrej biegunce i wymiotach;

• przy terapiach steroidowymi lekami przeciwzapalnymi.

Zwiększone zapotrzebowanie na ten pierwiastek występuje przede wszystkim u dzieci i młodzieży (ze względu na okres intensywnego wzrostu).

W wyniku jego niedoboru dochodzi do osłabienia mięśni i kości, do osteoporozyosteoporozaosteoporozy, a nawet do osteomalacji, czyli rozmiękania kości (krzywica dorosłych). Bez odpowiedniej ilości fosforu, organizm staje się mniej odporny na zachorowania. Innymi objawami niedoboru fosforu są: osłabienie, bóle mięśni, bóle kości, wymioty, zaburzenia oddychania oraz zaburzenia ze strony układu nerwowego, np. porażenia, zaburzenia świadomości, dezorientacja, nudności, drgawki.

Do nadmiaru fosforu w organizmie dochodzi w wyniku:

• nadmiernego spożycia z żywności lub niekontrolowanej suplementacji;

• niewydolności nerek;

• uwalniania fosforu z kości lub komórek.

Z danych Instytutu Żywności i Żywienia (www.izz.waw.pl/) wynika, że przy dużym spożyciu fosforu może nastąpić zwapnienie tkanek miękkich oraz wzrost porowatości kości, a niektórzy naukowcy przekonują, że nadmiar fosforanów w diecie może powodować u dzieci nadpobudliwość, autyzm, a nawet schizofrenię.

Nadmiar fosforu może się przyczynić do ograniczenia wchłaniania innych składników mineralnych, np. cynku, magnezu, żelaza, miedzi i wapnia.

Rm3VxelNjz0j3

Na zdjęciu jest kwiat słonecznika. Do kwiatu zbliża się pszczoła.

Re9xZY32hTc0N

Na zdjęciu jest plaster żółtego sera z dziurami.

RfspMWPIrn9Yb

Na zdjęciu w wiklinowym koszu są zielone strąki fasoli.

Rkjgbw1FIROk0

Na zdjęciu na talerzu jest kasza gryczana - ma brązowy kolor. Obok niej leży posiekana pietruszka.

RB3timNP3UI0n

Na zdjęciu w szklanych słoikach są płatki owsiane. Bok słoików leżą nakrętki.

RtTWkpCzDIgVu

Na zdjęciu w misce są całe orzechy włoskie. Po prawej stronie miski orzechy są rozłupane na desce. Obok deski leży młotek.

RuggKqENNuq6k

Na ilustracji jest zawinięty, nadziany na dwa patyki solony śledź.

R1VvJ4aJqk9DR

Na ilustracji w lodówce w sklepie jest czerwone, surowe mięso.

RkYSWXoIb6oME

Na zdjęciu są kromki ciemnobrązowego chleba.

Słownik

Bibliografia

Bezak‑Mazur E., Stoińska R., The importance of phosphorus in the environment - review article, „Archives of Waste Management and Environmental Protection” 2013,  t. 15, 3.

Sapek B., *Nagromadze i uwalnianie fosforu w glebach - źródła, procesy, przyczyny,”Woda‑Środowisko‑Obszary wiejskie” 2014 t. 14, z. 1, s. 77‑100.

https://e.sggw.pl/mod/page/view.php?id=20305 [dostęp 17.06.2021]

https://oodr.pl/wp‑content/uploads/2017/08/GLEBA-%E2%80%93‑jako-%C5%9Brodowisko‑od%C5%BCywcze‑ro%C5%9Blin.pdf [dostęp 17.06.2021]

https://www.su.krakow.pl/repozytorium‑plikow/strefa‑pacjenta/zalecenia‑po‑hospitalizacji/74‑ds‑04‑dieta‑ubogofosforananowa/file [dostęp 17.06.2021]