Для чего фосфор в организме? нормы потребления, причины дефицита и избытка, в каких продуктах содержится

Содержание в природе

Природные соединения фосфора

По причине легкой окисляемости чистый фосфор в природе не встречается. Соединения фосфора составляют по отношению к весу земного шара только 0,000015 %. В земной коре масса соединений фосфора составляет 0,75 %.

Апатит

₃₄₂₂₂

Фосфор также входит в состав белков растительного и животного происхождения.

Формы фосфора в почве

Запасы фосфора в почве во многом влияют на обеспеченность растений этим элементом. Все формы фосфора в почве и возможные вариации их воздействия отражаются в следующей цепочке:

Валовый → органический → минеральные соединения Р₂О₅ → потенциально доступный Р₂О₅ → непосредственно доступный Р₂О₅

Валовый фосфор

Содержание фосфора в верхних горизонтах почвы, как правило, выше, чем в нижележащих. Данное соотношение не зависит от типа почвы и гранулометрического состава. Обычно это связано с деятельностью человека и биологическими факторами, в частности, с накоплением фосфора в зоне отмирания главной массы корней. Вниз по профилю почвы наблюдается уменьшение содержания фосфора. Большая его часть присутствует в почве в минеральной форме.

Минеральные фосфаты

Органические и минеральные соединения фосфора находятся в состоянии постоянного взаимопревращения. Соотношения данных форм определяется направленностью почвообразования.

Содержание фосфора в различных типах почв

Различные почвы содержат неодинаковое количество фосфора – от 0,1 % Р₂О₅ в бедных песчаных до 0,20 % в мощных высоко гумусных почвах.

История

Фосфор открыт гамбургским алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 году. Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать философский камень, а получил светящееся вещество. Бранд сфокусировался на опытах с человеческой мочой, так как полагал, что она, обладая золотистым цветом, может содержать золото или нечто нужное для добычи. Первоначально его способ заключался в том, что сначала моча отстаивалась в течение нескольких дней, пока не исчезнет неприятных запах, а затем кипятилась до клейкого состояния. Нагревая эту пасту до высоких температур и доводя до появления пузырьков, он надеялся, что, сконденсировавшись, они будут содержать золото. После нескольких часов интенсивных кипячений получались крупицы белого воскоподобного вещества, которое очень ярко горело и к тому же мерцало в темноте. Бранд назвал это вещество phosphorus mirabilis (лат. «чудотворный носитель света»). Открытие фосфора Брандом стало первым открытием нового элемента со времён античности.
Несколько позже фосфор был получен другим немецким химиком — Иоганном Кункелем.
Независимо от Бранда и Кункеля фосфор был получен Р. Бойлем, описавшим его в статье «Способ приготовления фосфора из человеческой мочи», датированной 14 октября 1680 года и опубликованной в 1693 году.
Усовершенствованный способ получения фосфора был опубликован в 1743 году Андреасом Маргграфом.
Существуют данные, что фосфор умели получать еще арабские алхимики в XII в.
То, что фосфор — простое вещество, доказал Лавуазье.

§ 36. Элементы VА-группы. Азот и фосфор

Фосфор как простое вещество

Фосфор, являясь элементом VА-группы, как и азот, способен образовывать молекулу состава P₂. Однако, в отличие от молекулы азота, двухатомная молекула фосфора неустойчива. Поэтому фосфор существует в виде нескольких аллотропных модификаций, в которых реализуются лишь одинарные связи Р—Р: фосфор белый, красный, чёрный и другие (табл. 29).

Таблица 29. Строение и физические свойства аллотропных модификаций фосфора

Аллотропные модификации фосфора	Строение	Температура плавления	Температура кипения
Р4 фосфор белый	Шаростержневая модель молекулы P4	44 °С	281 °С
Р фосфор красный	Фрагмент структуры красного фосфора	260 °С	‒Возгоняется при температуре около 400 °С
* Р фосфор чёрный	Фрагмент кристаллической решётки чёрного фосфора	При нагревании (атмосферное давление) превращается в красный фосфор	1000 °С (при 1,8 ∙ 106 атм)

Рис. 88. Фрагмент картины английского художника Джозефа Райта «Алхимик, открывающий фосфор»

Физические свойства. Белый фосфор Р₄ представляет собой воскообразное вещество с чесночным запахом, ядовит. На воздухе в темноте светится зеленовато-жёлтым цветом в результате медленной химической реакции окисления (хемилюминесценция (рис. 88)).

Красный фосфор — аморфное вещество полимерного строения, не имеет запаха, его токсичность невысокая.

Между аллотропными модификациями фосфора возможны взаимопревращения, протекающие при определённых температурах и давлениях.

Химические свойства. Как окислитель фосфор при нагревании вступает в реакции с металлами, образуя фосфиды:

С водородом фосфор не реагирует.

Как восстановитель фосфор реагирует с кислородом и другими сильными окислителями. В чистом кислороде и на воздухе фосфор ослепительно горит, образуя белый дым (частицы твёрдых оксидов фосфора):

(оксид фосфора(V) в избытке кислорода);

(оксид фосфора(III) при недостатке кислорода).

Белый фосфор может самовоспламеняться на воздухе, а красный загорается лишь при поджигании, что объясняется различной прочностью химических связей между атомами фосфора в аллотропных модификациях.

Фосфор получают прокаливанием смеси фосфата кальция с песком и углём:

Фосфин РH₃ — газ с чесночным запахом.

В природе водородные соединения фосфора встречаются там, где происходит интенсивное разложение белковых веществ.

Применение. Белый фосфор используют для производства фосфорных кислот и их производных, в металлургии как компонент некоторых жаропрочных сплавов. Красный фосфор применяют в производстве спичек, в органическом синтезе (лекарственные препараты, ядохимикаты). Образцы фосфора, содержащие нуклид 32Р («меченый атом») с периодом полураспада 14,22 суток, используют в исследовательских работах.

Источники фосфора

В каких продуктах содержится фосфор больше всего?

Растительные и животные источники (мг на 100 г): семечки конопли (1650), сухие дрожжи (1290), тыквенные семечки (1233), черные семечки (1158), мак (870), горчица в порошке (828), кунжут (774), семечки дыни (755), какао в порошке (734), сыр «Пармезан» твердый (694), семена льна (642), кешью (593), сыр «Гауда» (546), овёс (523), грецкий орех (513), творог (500), фисташки (490), миндаль (481), карп (415), фасоль (407), арахис (397), горох (329), крупа гречневая (298), тунец (280), яйцо (198), курятина (178), кефир (140), картофель (58), капуста (31).

Химические источники (Р): «Этидронат», «Кальция глицерофосфат», «Фосален», витаминно-минеральные комплексы «Витрум», пищевые добавки Е338, Е339, Е340, Е341, Е342, Е343.

Синтез в организме: -.

Физические свойства

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.

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.

Соединения фосфора

Фосфин РН

₃

. Бинарное соединение, степень окисления фосфора равна — III. Бесцветный газ с неприятным запахом. Молекула имеет строение незавершенного тетраэдра [: Р(Н)

₃

] (sр

3

-гибридизация). Мало растворим в воде, не реагирует с ней (в отличие от NH

₃

). Сильный восстановитель, сгорает на воздухе, окисляется в ННО

₃

(конц.). Присоединяет HI. Применяется для синтеза фосфорорганических соединений. Сильно ядовит.

Уравнения важнейших реакций фосфина:

Получение фосфина в

лаборатории

:

СазP2 + 6НСl (разб.) = ЗСаСl + 2

РНз

Оксид фосфора (V) P

₂

O

₅

. Кислотный оксид. Белый, термически устойчивый. В твердом и газообразном состояниях димер Р

₄

О

₁₀

со строением из четырех тетраэдров [O=Р(O)

₃

], связанных по трем вершинам (Р — О-P). При очень высоких температурах мономеризуется до P

₂

O

₅

. Существует также стеклообразный полимер (Р

₂

0

₅

)

_п

. Чрезвычайно гигроскопичен, энергично реагирует с водой, щелочами. Восстанавливается белым фосфором. Отнимает воду у кислородсодержащих кислот.

Применяется как весьма эффективный дегидратирующий агент для осушения твердых веществ, жидкостей и газовых смесей, реагент в производстве фосфатных стекол, катализатор полимеризации алкенов. Ядовит.

Уравнения важнейших реакций оксида фосфора +5:

Получение:

сжигание фосфора в избытке сухого воздуха.

Ортофосфорная кислота Н

₃

Р0

₄

.

Оксокислота. Белое вещество, гигроскопичное, конечный продукт взаимодействия P

₂

O

₅

с водой. Молекула имеет строение искаженного тетраэдра [Р(О)(ОН)

₃

] (sр

3

-гибридизадия), содержит ковалентные σ-связи Р — ОН и σ, π-связь Р=O. Плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается. Хорошо растворяется в воде (548 г/100 г Н

₂

0). Слабая кислота в растворе, нейтрализуется щелочами, не полностью — гидратом аммиака. Реагирует с типичными металлами. Вступает в реакции ионного обмена.

Качественная реакция — выпадение желтого осадка ортофосфата серебра (I). Применяется в производстве минеральных удобрений, для осветления сахарозы, как катализатор в органическом синтезе, компонент антикоррозионных покрытий на чугуне и стали.

Уравнения важнейших реакций ортофосфорной кислоты:

Получение фосфорной кислоты в промышленности:

кипячение фосфоритной руды в серной кислоте:

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 (конц.) = 2

Н3РО4

+ 3CaSO4

Ортофосфат натрия Na

₃

PO

₄

. Оксосоль. Белый, гигроскопичный. Плавится без разложения, термически устойчивый. Хорошо растворим в воде, гидролизуется по аниону, создает в растворе сильнощелочную среду. Реагируется в растворе с цинком и алюминием.

Вступает в реакции ионного обмена.

Узнайте подробнее о наших программах снижения веса:

Причиной избыточного содержания химического элемента является злоупотребление белковой пищей, а также продуктами, искусственно насыщенные фосфатами (натрия Е339, калия Е340, кальция Е341) и фосфорной кислотой (Е338). Эти соединения часто используются в выпечке (как стабилизатор), производстве сахара (в качестве осветлителя), масла (увеличивается срок хранения), плавленых сыров (для нужной консистенции). Также вещества присутствуют в сгущенном молоке, колбасных изделиях, консервированных и замороженных ягодах и фруктах. Производная форма металлоида широко используется как подкислитель в напитках с газом.

Избыточное содержание фосфора в организме проявляется таким образом:

• головными болями;
• рвотой;
• слабостью;
• частыми неприятными ощущениями в пищеводе, жжением;
• повышением склонности к пневмонии.

В современном мире более актуально перенасыщение P, чем недостаток макроэлемента. Это связано с тем, что многое на прилавках супермаркетов сделано с использованием фосфатов. Они разрешены ВОЗ, не приносят вреда в ограниченном количестве, делают пищу более привлекательной — препятствуют комкованию, потере красивого цвета. Но все же необходимо ограничить объем такой продукции на своем столе. Рекомендуется увеличить долю фермерских экологичных продуктов. Они менее удобны, так как быстрее портятся и теряют внешний вид. Но помогают сохранить правильный баланс макро- и микроэлементов, тем самым положительно влияя на здоровье и самочувствие.

Последствия перенасыщения химическим элементом могут быть очень серьезными. Снижается иммунитет, ухудшается свертываемость крови, откладываются соли в тканях и органах, часто происходят кровоизлияния.

Комментарий диетолога:

При обнаружении проблемы следует скорректировать рацион. В качестве экстренной меры, которая замедлит всасывание уже поступивших в ЖКТ фосфатов, назначают гидроокись алюминия.

Возрастные и половые различия в дозировке

Взрослому здоровому мужчине, который не испытывает изнуряющих физических нагрузок, следует ежедневно потреблять 1000-1500 мг макроэлемента (нормальная концентрация в крови 0,81-1,40 ммоль/л). Женщине — на 200 мг меньше. Во время беременности и лактации — 3000-3800 мг.

Если отмечаются постоянные проблемы с зубами — уязвимость к кариесу, пародонтозу — необходимо увеличить долю фосфорсодержащих продуктов в меню. Отдельного внимания заслуживают ситуации, когда диагностирован остеопороз, а также при повышенной активности (физический труд, нервная работа в высоком темпе) — при таких обстоятельствах суточная норма фосфора для человека должна быть увеличена. Ее коррекция осуществляется только при участии врача, нередко с помощью лекарственных препаратов и витаминно-минеральных комплексов.

Сколько нужно детям:

• новорожденным — 120 мг;
• до полугода — 400 мг;
• до года — 500 мг;
• до 3 лет — 800 мг;
• до 8 лет — 1000 мг;
• до 18 — 1300 мг.

Лучший способ обеспечить оптимальное количество необходимых нутриентов для младенца — грудное вскармливание. В материнском молоке идеально сбалансированы макро- и микроэлементы, его состав меняется по мере роста малыша. Именно поэтому ВОЗ рекомендует продолжать ГВ не менее 2 лет. Если суточная потребность в фосфоре не удовлетворяется, то ребенок может страдать от частых кровотечений, вялости, скучать во время обучения. Интеллектуальные способности снижаются, нормальное развитие личности затрудняется. Также возрастает риск остеопороза и других заболеваний костей.

Распространенность Фосфора

Распространенность фосфора является не полностью определенной. О распространенности фосфора во вселенной известно довольно немного. В 2013 году ученые выдвинули предположение, что фосфор в больших количествах вырабатывается при появлении сверхновых звезд. Не понятно из каких соображений сделаны такие выводы, но факт такого открытия присутствует.

Что касается Земли, то тут можно заметить, что ученые оценивают отношение содержания фосфора в земной коре как один грамм на один килограмм массы. В свободном виде из-за его высокой реакционной способности фосфор не встречается. Основные формы фосфора на Земле в виде соединений в минералах. К самым коммерчески важным относят апатит, вавеллит, вивианит и бирюзовый. На сегодняшний день дефицита фосфора не предвещается, но предположительно запасов хватит только на 400 лет.

Так же фосфор содержится в помете некоторых животных и птиц. В основном это касается морских животных и птиц. В пример можно привести гуано, которое является пометом птиц. Они могут содержать от 7 до 60% фосфатных соединений. Эти птицы были завиксированны на небольших островах принадлежащих современным Перу и Чили. Это свидетельствует о том, что океан является безграничным неизведанным запасом фосфора. Ежегодная добыча фосфоросодержащих минералов оценивается приблизительно в 180 миллионов.

Читайте: Магний как химический элемент таблицы Менделеева

Свойства простых веществ: Фосфор

Ключевые слова конспекта: свойства простых веществ, фосфор, строение и физические свойства, химические свойства, производство и применение фосфора.

Фосфор – элемент группы VA. Его важнейшие параметры приведены в таблице.

Таблица. Важнейшие параметры элемента фосфор.

На валентном слое атома фосфора, в отличие от азота, есть вакантные 3d-орбитали. В отличие от азота, фосфор может быть пятивалентным. В этом случае атомы фосфора находятся в возбуждённом состоянии:

СТРОЕНИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОРА

Элемент фосфор образует несколько простых веществ, среди которых наиболее известны белый, красный и чёрный фоcфоp.

Белый фосфор состоит из тетраэдрических молекул Р₄. В молекуле все связи одинарные ковалентные неполярные. С Р₄ связи Р – Р легко разрываются. Этим объясняется высокая химическая активность белого фосфора и его склонность переходить (при хранении или при нагревании) в более стабильные полимерные модификации.

При обычных условиях это твёрдое белое вещество, мягкое как воск (легко режется ножом), летучее при слабом нагревании, легкоплавкое (t°_пл = 44 °С), практически нерастворимое в воде (его хранят под слоем воды), хорошо растворимое в неполярных растворителях (например, в сероуглероде CS₂). Уже при обычных условиях легко испаряется и в газообразном состоянии окисляется кислородом воздуха, освобождающаяся в результате окисления энергия выделяется в виде света, что и является причиной свечения белого фосфора на воздухе.

Красный фосфор образован полимерными молекулами Р_n разной длины, состоящими из пирамидально связанных атомов. Название «красный фoсфoр» используют для описания нескольких различных модификаций фосфора красного цвета.

Красный фocфор – это твёрдое аморфное вещество красного цвета (от тёмно-коричневого до красного и фиолетового), возгоняется при нагревании. При конденсации паров образуется белый фосфop. Красный фoсфoр нерастворим ни в воде, ни в сероуглероде, ни в других растворителях.

Чёрный фосфор представляет собой вещество немолекулярного строения, кристаллическая решётка атомно–слоистая, с характерным для фосфора пирамидальным расположением связей. Чёрный фосфор твёрдый, по внешнему виду похож на графит, проводит электрический ток, имеет высокую t°_пл (587 °С).

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОРА

Фосфор – более активное вещество, чем азот. Фосфору присуща окислительно-восстановительная двойственность. По отношению к металлам фосфор выступает в роли окислителя, образуя фосфиды:

По отношению к большинству неметаллов фосфop выступает в роли восстановителя. При недостатке окислителя обычно образуются соединения фосфора(III), при избытке – соединения фосфора(V), например, РCl3 и РCl5.

Фосфор сгорает на воздухе и в кислороде. Белый фосфор самовоспламеняется в атмосфере кислорода. На воздухе белый фосфор воспламеняется при 50 °С, красный – при температуре выше 250 °С, чёрный – при температуре выше 400 °С. При этом образуются оксиды фосфора. В избытке кислорода образуется оксид фосфора (V):

При нагревании выше 100 °С фосфор бурно взаимодействует с серой с образованием смеси сульфидов (P₂S₅, P₂S₃):

Красный и белый фocфор самовозгораются в атмосфере фтора и хлора:

С водородом и азотом фосфор практически не взаимодействует.
Фосфор восстанавливает азотную и серную концентрированные кислоты, хлораты и некоторые другие окислители. Так, например, каждый раз, зажигая спичку, мы проводим реакцию между бертолетовой солью, которая входит в состав спичечной головки, и красным фосфором, нанесённым на спичечный коробок:

ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ФОСФОРА

Сырьём для получения фосфора являются фосфориты, основной компонент которых – ортофосфат кальция. Фосфорит измельчают, смешивают с песком и углём и прокаливают в электропечах без доступа воздуха. Происходит восстановление фосфора:

Основная область использования фосфора – производство спичек. Кроме того, фocфор применяется в металлургии для синтеза фосфорорганических соединений, к числу которых относятся очень ядовитые средства для борьбы с вредителями–насекомыми (инсектициды). Фoсфор используется для получения некоторых полупроводников (фосфидов галлия GaP и индия InP). Фоcфoр также используется для получения оксида фосфора (V), который является сильным водоотнимающим реагентом.

История открытия

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. На этот раз в качестве эксперимента немецкий алхимик решил выпаривать воду из… человеческой мочи

В результате череды сложных химических манипуляций над собственной мочой в реторте у алхимика образовалось неведомое до того светящееся вещество – фосфор.

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.

Нехватка фосфора в организме

Дефицит фосфора в организме гипофосфатемией, при этом уровень фосфатов в анализе крови не может достоверно отразить нехватку фосфора, так как большая его часть хранится в костях и зубах, а в крови уровень фосфора поддерживается стабильный, так как колебания pH для организма очень опасны. 

К наиболее распространенным причинам гипофосфатемии относят проблемы с почками и гиперпаратиреоз – заболевание, при котором в организме слишком много гормона паращитовидной железы, что приводит к избыточным потерям фосфора с мочой. Также к дефициту фосфора может приводить чрезмерное употребление антацидов – лекарственных препаратов, нейтрализующих действие соляной кислоты (например, «Алмагель», «Гастал», «Маалокс», «Ренни»).

К группам риска, у которых существует высокая вероятность развития гипофосфатемии, :

• недоношенных новорожденных, так как 2/3 минерального состава костей плод получает от матери в третьем триместре беременности;
• людей с генетическими нарушениями регуляции фосфатов, например гипофосфатемическим рахитом (редкое наследственное заболевание, которое к потере фосфора из организма);
• людей с рефидинг-синдромом, у которых гипофосфатемия на фоне возобновления питания после продолжительного голодания или недоедания.

Симптомы дефицита фосфора:

• плохой аппетит;
• анемия (снижение уровня гемоглобина и/или снижение количества эритроцитов в крови);
• мышечная слабость;
• боль в костях;
• заболевания костей, например остеомаляция (нарушение минерализации костей) или рахит (детское расстройство, которое приводит к нарушениям костеобразования и недостаточной минерализации костей);
• спутанность сознания;
• повышенная восприимчивость к инфекциям.

Гипофосфатемия в запущенной форме может привести к смерти, поэтому важно провести диагностику и начать лечение уже на ранней стадии, пока симптомы проявляются в слабой форме. Лечение гипофосфатемии прием пероральных добавок фосфора или внутривенные инъекции