فوسفات

أ لفوسفات في الكيمياء غير العضوية هو ملح لحمض الفوسفوريك. وفي الكيمياء العضوية فالفوسفات أو الفوسفات العضوي (بالإنجليزية: Organophosphate) هو استر لحمض الفوسفوريك. والفوسفات له أهمية كبيرة في الكيمياء الحيوية وكيمياء الأرض الحيوية (بالإنجليزية: Biogeochemistry). وهو أحد الثروات المعدنية للعالم الاسلامي وخصوصا المغرب ومصر والأردن وفلسطين.

فهرست [إخفاء] 1 الخصائص الكيميائية 1.1 الكيمياء الحيوية للفوسفات 1.2 الفوسفات والبيئة 2 التواجد 2.1 الفوسفات في مصر 2.2 الفوسفات في المغرب 2.3 الفوسفات في الأردن 3 استخدامات الفوسفات 4 انظر أيضاً 5 المصادر 6 قراءات اضافية

الخصائص الكيميائية


أيون الفوسفات هو أيون 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، وهو the conjugate base of the hydrogenphosphate ion, HPO₄²⁻, which is the conjugate base of H₂PO₄⁻, أيون الفوسفات ثنائي الهيدروجين, والذي بدوره هو the conjugate base of H₃PO₄, حمض الفوسفوريك. وهو hypervalent molecule (ذرة الفوسفور لديها 10 إلكترونات في its valence shell). الفوسفات هو أيضاً 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. والعديد 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 أن فقط PO₄³⁻ و HPO₄²⁻ هما المتواجدان بكميات كبيرة.
ولمركب متعادل القاعدية pH (مثل السيتوسول cytosol ذو القاعدية pH=7.0), فنجد

ولذلك فقط H₂PO₄⁻ و HPO₄²⁻ ions يتواجدا بكميات كبيرة (62% H₂PO₄⁻, 38% HPO₄²⁻). لاحظ أن 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 أن 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 يـُكتب الفوسفات غير العضوي كالتالي P_i وعند أس هيدروجيني فسيولوجي (محايد) يتكون أساساً من مزيج من أيونات HPO₄2− و H₂PO₄−.
ويمكن تخليق الفوسفات غير العضوي بالتحليل المائي للپيروفوسفات، الذي يـُميـَّز PP_i:

P₂O₇4- + H₂O 2 HPO₄2−

إلا أن أكثر الأماكن شيوعاً لتواجد الفوسفات هو في صيغة فوسفات الأدنوسين، (أحادي فوسفات الأدنوسين Adenosine monophosphate AMP، ثنائي فوسفات الأدنوسين Adenosine diphosphate ADP and ثلاثي فوسفات الأدنوسين Adenosine triphosphate - ATP) وفي DNA و RNA ويمكن اطلاقه بالتحليل المائي للـ ATP أو ADP. توجد تفاعلات مماثلة ثنائي فوسفات وثلاثي فوسفات النيوكليوتيدات
الأخرى. وتحتوي روابط الفوسفوأنهيدريد في ADP و ATP، أو ثنائي 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 يبدو أن لها نظائر طبيعية.
اضافة أو ازالة الفوسفات من البروتينات في جميع الخلايا خي استراتيجية محورية في تنظيم عمليات الأيض.

نطاقات مرجعية لاختبارات الدم، تبين فسفور غير عضوي بالبنفسجي إلى اليمين، وهو يكاد يطابق التركيز المولي للفوسفات.





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 هو وجوده كمادة بنيوية للعظام والأسنان. هذه البنى مصنوعة من فوسفات الكالسيوم البلوري في صيغة هيدروكسيل‌أپاتيت. فالمينا الكثيفة الصلبة لأسنان الثدييات تتكون من فلورو‌أپاتيت، وهو فوسفات هيدروكسي الكالسيوم حيث يتم استبدال بعض مجموعات الهيدروكسيل بأيونات فلوريد.
الهيكل القشري للحشرات مبني من تشيتين يحتوي على فوسفات الكالسيوم البلوري كمادة مقوية.

الفوسفات والبيئة


بدءاً من يوليو 2010، فرضت 17 ولاية أمريكية قيوداً على كمية الفوسفات في المنظفات
لأن هذا الفوسفات ينتهي به الأمر في البحيرات المياه العذبة فيؤدي إلى نمو
مضطرد للطحالب، مما يؤثر سلباً على الكائنات الأخرى مثل الأسماك والطيور
وكذلك على تهوية المياه العذبة. في المقابل فإن تقليل الفوسفات في المنظفات
يجعل الزجاج والصحون أقل بريقاً وأكثر عرضة للبقع. حتى سبتمبر 2010، شركات
انتاج المنظفات ما زالت تعمل على صيغ كيميائية جديدة لتفادي البقع بدون
زيادة الفوسفات.^[1]



من الناحية البيئية، بسبب دورها الهام في الأنظمة الحيوية، فإن الطلب
على الفوسفات كمصدر هو دوماً عالي. وبمجرد استخدامها، فإنها مادة مغذية تضع
حدوداً على المواد المغذية الأخرى في البيئات،
وتواجدها قد يحكم معدل نمو العضيات. وهذا صحيح عموماً في بيئات المياه
العذبة، في حين يكون النيتروجين في المعتاد هو المغذي الحاد (أي الذي يحد)
في البيئات البحرية (المالحة). فاضافة مستويات عالية من الفوسفات للبيئات
والبيئات الصغرى، حيث تندر في المعتاد، يمكن أن يكون له عواقب بيئية كبيرة.
فعلى 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، وهو مؤشر رئيسي لجودة المياه.
يمكن العثور على رواسب هيدروكسي‌أپاتيت الكالسيوم والكالسيت حول الجراثيم في أعلى التربة الطميية.^[2] ولكون معادن الطمي تشجع التمعدن الحيوي، فإن تواجد الجراثيم ومعادن الطمي ينتج عنهم رواسب هيدروكسي‌أپاتيت الكالسيوم والكالسيت.^[2]
رواسب الفوسفات يمكن أن تحتوي على كميات كبيرة من الفلزات الثقيلة
المتواجدة طبيعياً. عمليات التعدين التي تعالج صخور الفوسفات يمكن أن 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 أو المستنقعات المجاورة. فتناول النباتات والكائنات المائية
لتلك المواد يمكن أن يؤدي إلى مستويات مرتفعة من فلزات عالية السمية في
المواد الغذائية.^[3]

التواجد


عينة من صخر فوسفاتي بجانب عملة واحد سنت أمريكي (للمقياس).



الفوسفات في مصر


يعتبر الفوسفات في مصر
واحداً من أهم 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 أدفو و قنا :
ومن أهم مناطق التواجد منطقتا المحاميد و السباعية 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 أبو طرطور الواقعة بين الواحات الداخلة أضخم راسب من الفوسفات في مصر حيث يقدر الاحتياطي من الخام بنحو 1000 مليون طن
، غير أنه توجد بعض العقبات التي تحول دون استغلاله الاستغلال الأمثل وذلك
لوجود نسبة ملحوظة من الشوائب مما يزيد من تكلفة إنتاجه .

الفوسفات في المغرب


المغرب هو ثالث 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 و بوكراع و خريبكة و اليوسفية .
الفوسفات مادة طبيعية ، يتكون أساسا من فوسفات ثلاثي الكالسيوم 2(Ca3(PO4 وهو قليل الذوبان في الماء لذلك لا يستعمل مباشرة إلا بعد معالجته وتحسين جودته بتجفيفه وتنقيته (إزالة المواد العضوية و ثاني أكسيد الكربون وفصله عن الصلصال.
من أهم 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 الذهب و مسقلة. هذه الأخيرة لم تفتح بعد للاستغلال.

الفوسفات في الأردن


يعنبر الفوسفات واحدا من أهم 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


تبين الصورة أعلاه متوسط تركيز الفوسفات السنوي على سطح البحر في محيطات العالم. البيانات من أطلس محيطات العالم 2001.^[4]



يستخدم الفوسفات في العديد من الصناعات الكيميائية أهمها تحضير عنصر الفسفور و حامض الفسفور ، المستعمل في الصناعات التعدينية والحربية والطبية والغذائية والخزفية والنسيج والثقاب. ويذهب 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 أو حمض 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 لرفع كمية الإنتاج الزراعي وهذا ما يجعل الطلب على الأسمدة
الكيميائية يحظى بعناية كبيرة في السوق الدولية ، ولذا ليس غريبا أن يسعى
المغرب إلى الاحتكار الكلي للأسمدة الفوسفاتية التي تشكل في الظرف الحالي
ما يقارب 80% من الإنتاج العالمي للأسمدة.
إن الزيادة الملحوظة في استخدام خامات [الفوسفات] يدل على أهميتها
وهو ما 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 أن استهلاك العالم [للفوسفات] في العقود
الأربعة الأخيرة شهد ارتفاعا كبيرا، لا سيما أن الدولة التي تملك احتياطات
كبيرة من هذه المادة بإمكانها التحكم في أسعار هذا المورد في السوق
الدولية. وبالقطع 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). وهو ما مكنه من التأثير على عدد كبير من الدول المرتبط نموها بمدى تطور الإنتاج الزراعي.

انظر أيضاً

• مركبات الفوسفور العضوي Organophosphorus
  
• فوسفين - PR₃
  
• اكسيد الفوسفين - OPR₃
  
• فوسفينيت Phosphinite - P(OR)R₂
  
• فوسفونيت Phosphonite - P(OR)₂R
  
• فوسفيت Phosphite - P(OR)₃
  
• فوسفينات Phosphinate - OP(OR)R₂
  
• فوسفونات Phosphonate - OP(OR)₂R
  
• فوسفات - OP(OR)₃, مثل فوسفات ثلاثي الفنيل triphenyl phosphate
  

المصادر