Fosfat | |
Tredimensjonal struktur av et fosfation Struktur av en fosfatgruppe knyttet til et R-radikal |
|
Identifikasjon | |
---|---|
N o CAS | |
PubChem | |
SMIL |
[O-] P (= O) ([O -]) [O-] , |
InChI |
InChI: InChI = 1 / H3O4P / c1-5 (2,3) 4 / t (H3,1,2,3,4) / p-3 / fO4P / q-3 |
Kjemiske egenskaper | |
Formel | PO 43− |
Molarmasse | 94,9714 ± 0,0012 g / mol O 67,39%, P 32,61%, |
Enheter av SI og STP med mindre annet er oppgitt. | |
En fosfat er en forbindelse avledet fra fosforsyre H 3 PO 4 ved tap eller substitusjon av ett eller flere av dets hydrogener, med andre atomer eller funksjonelle grupper.
I mineralkjemi er det et salt som skyldes angrep av en base av denne syren, eller anionet som er en del av dette saltet. Ortofosfat- ioner er de mest vanlige kjemiske former av fosfat i miljøet (H 2 PO 4 - , HPO 4 2- , PO 4 3- )., Alle avledet fra fosforsyre ved tap av en til tre dager atomer 'hydrogen. De brukes i visse gjødsel , vaskemidler , som korrosjonshemmere eller tilsetningsstoffer i mat (de bærer deretter tallene E338 til E343 hvis de er ortofosfater, E450 til E455 hvis de er polyfosfater). Til stede i overskudd i vann, er de en kilde til eutrofiering (eller til og med dystrofisering ).
I organisk kjemi er et fosfat en type organofosforforbindelse ; substituentgruppene av hydrogenene av fosforsyre kan da være karbonkjeder, noen ganger referert til som organisk fosfat.
Målingen av fosfatkonsentrasjonen er basert på utseendet av den ammonium fosfomolybdat -komplekset (en) som blir detektert ved spektrofotometri i det ultrafiolette. Klorid- ioner kan forstyrre og bør fjernes ved koking med to dråper salpetersyre ; tillegg til det molybdiske reagenset av tartrat forbedrer spesifisiteten.
En løsning av ammonium orthomolybdate (NH 4 ) 2 MoO 4 blandes i varm tilstand med 6M salpetersyre og et fosfat, gir et gult bunnfall av ammonium fosfomolybdat (NH 4 ) 3 PO 4 (MoO 3 ) 2 .
Sølvioner for fosfat gi en gulaktig Ag 3 PO 4 bunnfall . Den natriumhydrogenfosfat gir med ion Ag + en gul utfelling av sølv fosfat oppløselig i salpetersyre og ammoniakk .
En doseringsprotokoll er validert i Frankrike av AFNOR .
Den fosfat -ion (eller orthofosfat ) er en polyatomiske anion med den kjemiske formelen P O 4 3 og en molekylvekt på 94.97 dalton . Det er i form av et tetraeder hvis toppunkter er dannet av fire atomer av oksygen rammer et atom av fosfor .
Dette ionet, som har tre negative ladninger, er konjugatbasen til hydrogenfosfationen HPO 4 2– (eller uorganisk fosfat , bemerket " Pi ") som i seg selv er konjugatbasen til dihydrogenfosfationen H 2 PO 4 - som er seg selv konjugatbasen av fosforsyre H 3 PO 4 . Det er et hypervalent molekyl som vet at fosforatomet har ti frie elektroner på valensskallet .
Et fosfatsalt dannes når et kation binder seg til et av oksygenatomene i fosfationet og danner en ionisk forbindelse . De fleste fosfater er uoppløselige i vann under normale temperatur- og trykkforhold , bortsett fra alkalimetallsalter .
Solubilisert i en vandig løsning , fosfat eksisterer i sine fire former avhengig av surhetsnivået . Går fra det mest grunnleggende til det sureste:
PK har tidligere syre / basepar er:
Fosfation kan danne polymerioner , for eksempel:
Fosfater som danner komplekser med kalsium (mikromiljøkontroll under (bio-) mineralisering), blir ofte brukt i sammensetningen av vaskemidler . Rik på fosfor øker derfor vaskemiddelutslipp risikoen for eutrofiering . Siden 1980-tallet har produsenter derfor i økende grad brukt erstatninger, som zeolitter .
Den fosforitt (stein konsentrerte fosfatsalter) er en sedimentær bergart som kalles bergart eksogene : den er dannet ved konsentrasjon når fosfationer bunnfall i en bergart diagenese . Biogene former, som fugle- og flaggermus- guanoer , har blitt utnyttet i århundrer.
De viktigste innskuddene er i Marokko , nærmere bestemt i Khouribga , i Nord-Amerika , på øya Navasse , i Tunisia , i Togo , i Israel , i Jordan , i Kina og på visse øyer i Oseania : Nauru , Banaba og Makatea og Senegal.
Syntesen av superfosfater ble utviklet i industriell skala av Kuhlmann Establishments, som allerede produserte svovelsyre, fra 1840-tallet, først for å dekke behovene til sukkerroedyrkere i Lille-regionen.
Fosfatforbindelser kan syntetiseres industrielt. For eksempel produserte Rhodia tri-polyfosfat (TPP) i Frankrike (i Rouen) i en produksjonsenhet som til slutt ble stengt som en del av industriell omstilling.
Fosfater brukes i jordbruk og hagearbeid som gjødsel for å gi planter (frukt, grønnsaker, ...) en kilde til fosfor . Langt, fosfatgjødsel er den viktigste bruken av fosfater. Den malm , vanligvis kalsiumfosfater, kan påføres direkte på surt jordsmonn etter å ha blitt finmalt. Med en tendens til å rekombinere med kalsium fra jord, noe som gjør det mindre assimilerbart, må det gjøres mer vannløselig før det brukes på kalkholdige jordarter, som innebærer fremstilling av superfosfater. Avhengig av malmens opprinnelse og behandlingen, vil disse gjødselene sannsynligvis gi forskjellige næringsstoffer i tillegg til kalsium og fosfor. Disse gjødselene kan være av organisk opprinnelse (beinpulver, fiskebein osv.) Eller uorganiske (syreangrep på malm), noe som i økende grad er tilfelle, bortsett fra i økologisk jordbruk hvor gjødsel av syntesen er forbudt.
Enkel superfosfat kan brukes til rengjøring av sengetøy i dyrehold. Den går over i gjødsel og spiller igjen en rolle som gjødsel.
Fosfat er også involvert i vin gjæring (en type ethylic gjæring ).
Den dihydrogenfosfat H 2 PO 4 - kalsium eller natrium (E450) og natriumaluminiumfosfat syre (E541) brukes i forbindelse med natriumbikarbonat som et hevningsmiddel i bakervarer. De var blant de første kjemiske gjærene , etterlot ingen ettersmak og har i stor grad erstattet bakergær .
Polyfosfater brukes som forbehandling for hardt drikkevann eller som en foreløpig eller hovedbehandling for oppmykning av vann generelt. De har blitt brukt mye som komponenter i vaskemidler .
Alle levende ting inneholder fosfater: dermed er fosfatgruppene elementer i kjeden som utgjør DNA- spiralene , adenosintrifosfat fungerer som en energibærer i celler, bein og tenner består i hovedsak av hydroksyapatitt (Ca 5 (PO 4 ) 3 ( ÅH)) ...
Den fosforsyre blir generelt oppnådd som et biprodukt ved fremstilling av superfosfater (angrep av fosfatmalm med svovelsyre).
Den fosfat og dens varianter Bonderizing og fosfate er stål av overflatebeskyttelse behandlinger. Fosforsyrebad brukes der for å produsere et overflatelag av jernfosfat .
Ortofosfater (OP) tilsatt drikkevann gjør det mulig å avsette stabile komplekser (f.eks. Pyromorfitt , Pb 5 (PO 4 ) 3 ) med jern, bly eller kobber som følge av korrosjon av metallrør. Disse kompleksene danner en film som reduserer kontakten mellom vann (og dets oppløste oksygen) og det giftige metallet i den indre veggen til et metallrør. Korrosjon blir deretter inhibert eller redusert. Slik behandling har vært tillatt i Storbritannia og USA siden 1990-tallet og har blitt brukt i Canada, og nylig i Irland. I Belgia og Tsjekkia brukes det til å beskytte jernrør.
I Frankrike : Offentlige forbindelser og interne blyrør må erstattes av blyfrie rør, for å bekjempe blyforgiftning og bedre overholde forskriftene om vannets potensial (europeisk direktiv 98/83 / EF om kvaliteten på “Vann beregnet for konsum ” (EDCH). Kvalitetsgrensen (LOQ) for blyparameteren (Pb) ble redusert fra 50 til 25 μg / L i desember 2003, deretter fra 25 til 10 μg / L i desember 2013, i samsvar med WHO anbefalinger I tillegg til disse tiltakene som tar tid og under visse forhold, tillater et sirkulær filmdannende behandling av rørene ved å tilsette fosforsyre eller ortofosfater (OP) til vannet. Dette kan begrense frigjøring av bly fra rør, sveiser og Ventilelementer (messing inneholder bly). Mens rørene til gamle hus ofte var sakte å skifte, fra 2003 til 2013, i Frankrike ti produksjonsfabrikker ksjon av EDCH testet en behandling av OP (med prefektural autorisasjon).
I 2012 og 2013 ba Generaldirektoratet for helse (DGS) deretter Miljøverndepartementet og CGDD High Council of Public Health (HCSP) om å vurdere effektiviteten av denne typen behandling og ta stilling til. å fortsette den eller generalisere den til andre distribusjonsnettverk (og i så fall og under hvilke forhold ... å vite at å stoppe behandlingen kanskje også kan balansere de mikrobielle balansene til biofilmene som er avsatt på rørene). Denne forespørselen ble behandlet av en arbeidsgruppe kalt " Behandling av EDCH med ortofosfater ", hvis konklusjoner ble vedtatt 4. juli 2017. I tillegg til fosforsyre (NF EN 974), kan polyfosfater som kan brukes være i samsvar med ANSES:
I Frankrike bør dosen være 2 mg / L PO4 ³- ved kontinuerlig injeksjon i vann mens det beskyttende laget dannes (opptil 6 måneder), deretter ved 1 mg / L PO4 ³- ( dvs. 0,3 mg / L fosfor ). Andre steder varierer prisene (avhengig av land) fra omtrent 0,5 til 6 mg / l PO4 ³- .
Tilbakemelding : de viser en viss reduksjon i utgivelsen, men ikke den totale eliminasjonen; i et tilfelle studert i Frankrike var 1 mg / l i PO4 ³- nok til å redusere bly i løsningen med 60% "uten at imidlertid LOQ på 10 μg / L systematisk ble respektert ved kranen på grunn av særegenheter i visse konstruksjoner" ; effekten varierer sterkt avhengig av blykonsentrasjonen og vannkvaliteten (pH, hardhet og TAC og mulig tilstedeværelse av bly-kobber galvaniske par, etc.). I februar 2007 bemerket AFSSA at implementering av vannfosfateringsbehandlinger bare er et overgangstrinn for å bringe blyinnholdet i tappevann fra forbruker under 25 μg / L, men at det ikke kan forlenges utover 2013, da grensen på 10 μg / L kan bare respekteres ved å erstatte disse blyrørene i offentlige og private nettverk ” .
Mer generelle sider: Jordøkologi og landbrukshistorie # Fremskritt innen agronomi, kontroll av gjødsling og mekanisering på 1800-tallet
Bruk av gjødsel er en av grunnlagene for moderne landbruksproduksjon. Sammen med utviklingen av industriell produksjon av superfosfater (Kuhlmann Establishments), blir grunnlaget for bruk av gjødsel forklart og popularisert av den tyske kjemikeren Justus von Liebig i sin bok: Organisk kjemi anvendt på plantefysiologi og jordbruk , gjenstand for mange utgaver fra 1840 til 1865.
Imidlertid blir konkrete problemer med bruk av fosfor (det meste av fosfor i jorden funnet i uoppløselig form blokkert av mineral eller organisk materiale) og særegenheter ved assimileringen fremhevet av agronomer og bønder (spesielt av utøvere av økologisk jordbruk). De vil gradvis bli belyst av arbeid med jordstruktur og plante-mikroorganisme-interaksjoner. Disse interaksjonene er fremdeles gjenstand for forskning i dag.
Naturlige mineralfosfater ( guano eller fosfater av sedimentær opprinnelse ) har blitt brukt mye, spesielt i sure jordarter hvor fosfor er et av de begrensende næringsstoffene for planter, men lett mobiliseres. Den Minette (jernmalm) også inneholder apatitt; den Thomas prosessen gjør det mulig å oppnå en kvalitet stål og for å gjenvinne et co-produkt, Thomas slagg , inneholdende kalsium og fosfater silicophosphates (12 til 18% av P 2 O 5 ) og andre elementer (magnesium, metalloksyder). Det var den mest brukte fosfatgjødsel i Frankrike (40% av forbruket i 1966). Kattungen har ikke blitt utnyttet siden 1997.
I jord med nøytral eller basisk pH brukes de lettere assimilerte superfosfater i stedet . Dette er naturlige fosfater behandlet med fosforsyre, svovelsyre, ammoniakk, i henhold til:
Disse gjødselene brukes alene eller oftere kombinert med nitrogen og kalium ( NPK )
Fosfatgjødsling anses å være avgjørende for dagens jordbruk. Naturlige fosfater og enkle superfosfater er langt fra å være rene produkter og kan inneholde andre elementer enn fosfor, hvis nærvær kan være eller ikke være ønskelig. Tilstedeværelsen av kalsium, magnesium, svovel og sporstoffer (sink, mangan ...) anses generelt å være gunstig.
Hvis fosfater normalt er til stede og nyttige i lave doser i vann og jord , er overskuddet (sammen med nitratinnholdet ) en av hovedårsakene til eutrofiering eller til og med dystrofisering av miljøet. Horisontal eller vertikal overføring av fosfater til overflatevann varierer sterkt (fra 0,1 til 2,5 kg ha −1 år −1 ), avhengig av jordtype, pH , humusinnhold og bruksområder (pløying, permanent eng osv. ). I gjennomsnitt føres 9% av fosfor (hvorav halvparten tilføres gjødsel) med avrenning.
De bidrar særlig til turbiditetsproblemene knyttet til grønnere vann (inkludert under planktonblomstring ) og til fenomenene døde marine soner nedstrøms elvemunningene .
De er også en kilde til " tungmetaller ", som er for noen muligens radioaktive , fordi fosfor av mineralsk opprinnelse ofte er i gjødsel assosiert med giftige metaller ( kadmium (opptil 87 mg · kg -1 i fosfalt produsert i Senegal , krom (Cr), kvikksølv (Hg) og bly (Pb) og radioaktive elementer, inkludert uran (U). Noen fosfatgjødsel inneholder betydelige mengder uran , og dermed radium og fører til en større utstråling av radongass , . Nivåene når opp til 390 mg · kg -1 i de tanzaniske gruvene i Minjingu mot 12 mg · kg -1 i den tunisiske forekomsten av Gafsa . Minjingu-fosfat er imidlertid agronomisk veldig effektivt og billig, og derfor mye brukt på dyrket syrejord, noe som stiller toksikologiske og helsemessige spørsmål angående gruvearbeidere og økotoksikologiske angående avfall (inkludert radioaktivt fosfogipsdross ). Uran fra fosfater utvinnes noen ganger og utgjør rundt 5% av verdens uranproduksjon i 2010 ( uranutvinning ).
Kadmium, som den første kilden i et felt ofte er fosfatgjødsel, kan utgjøre alvorlige problemer, og det er spesielt bioassimilerbart når det gjelder vannløselig fosfatgjødsel, mens det er mindre løselig fordi det er knyttet til apatitt . ikke-vannløselig gjødsel. Det er enda mer bioassimilerbart i sure jordarter og / eller i nærvær av mangel på visse andre sporstoffer ( jern osv.).
Mineralfosfatgjødsel er også veldig rik på fluor (fra apatitten de inneholder). Fluor overstiger ofte 3% av totalvekten. Dette fluoridet kan forårsake fluorose hos dyr som beiter de behandlede jordene, sannsynligvis ikke fordi de absorberer fluoren gjennom planter (som biokonsentrerer lite), men fordi de får i seg jord beriket med fluor, med maten eller ved å slikke.
Behandling av apatitt med fosforsyre for fremstilling av trippel superfosfater resulterer imidlertid i følgende reaksjon:
Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 7 H 3 PO 4 → 5 Ca (H 2 PO 4 ) 2 + HF, HF reagerer med silika av malmen for å danne H 2 SIF 6 brukes i aluminium metallurgi , dette som gjør det mulig å trekke fluor fra gjødsel.
I avlinger blir fosfor normalt tatt opp av planter gjennom mycorrhizae . Denne ruten gjelder de fleste familier med det bemerkelsesverdige unntaket korsfinger og chenopodiaceae . Imidlertid fører det for store bidragene fra fosfatgjødsel til at plantene gjør uten mykorrhyrer som utvikler seg lite, noe som gjør dette nøkkelfasen av fosforsyklusen inaktiv . Dyrkede planter kan ikke lenger dra nytte av denne mekanismen, og kan ikke lenger assimilere fosfor annet enn gjennom nye massive tilførsler av fosfater. Fosfor i overflødig gjødsel, utlutet av regn, kan akkumuleres i sedimenter av dammer der det forblir tilgjengelig lenger enn nitrater (mer eller mindre avhengig av konsentrasjonen av sedimentet i jern i form av jern (III) oxyhydroxide FeO (OH) avhengig av pH i dette sedimentet.
I Frankrike, ifølge rapporten publisert i 2009 om fosfater i jorda i storbyområdet Frankrike, ble det i 2001 brakt 775 000 tonn til fransk jord i form av mineralgjødsel. Seks år senere (i 2007) utgjør 2.372 målepunkter, nesten halvparten av jordene som er analysert i Frankrike, fremdeles et problem: 2% er av dårlig kvalitet, 4% middelmådige, 12% gjennomsnitt, 55% gode og 27% veldig gode.
Mineralgjødsel er fortsatt den ledende kilden til fosfor som går tapt i vann (50%) i Frankrike, før dyreavfall (direkte eller oftere via gjødsel og spredning av slam ) (40%). Deretter kommer innenlandske urbane avløp (rundt 5%) og industrielle (2%) samt kloakkslam (2%).
I Frankrike og i andre europeiske land kjøpte bønder generelt mindre mineralfosfatgjødsel (to tredjedeler på mindre fra 1972 til 2008 ), men denne nedgangen gjelder hovedsakelig områder med forsømmelse av landbruket eller økologisk jordbruk; analysene viser at fosforinnholdet i visse jordbruksjord har økt sterkt (+ 43% av kantonene som ble undersøkt, spesielt i Bretagne , Pays de la Loire , Champagne-Ardenne og Aquitaine ). Med utviklingen av avløpsrenseanlegg og oppdrett over bakken, har mengden slam og gjødsel eller gjødsel spredt seg kraftig siden 1970. Dette slammet er oftest spredt, som avfall fra fjørfeavl på jordbruksjord.
Se også Mycorrhiza # -applikasjoner
I Frankrike kan miljømessige tiltak innen jordbruk som " permanent miljøoverdekning " eller " gressstrimler " bidra til å fange noen av fosfatene som strømmer fra åker, slik at de ikke skylles bort av vannveier. De naturlige lagunene kan også bidra til bedre behandling av nitratene og fosforet, muligens tertiær behandling nedstrøms et "klassisk" renseanlegg .
Med tanke på kunnskapen som er tilegnet jordorganismer og spesielt mykorrhizae siden 1990, virker en ny tilnærming til fosfatgjødsling mulig. Ved å fremme utviklingen av mycorrhizae og muligens ved å inokulere dem , en teknikk som allerede er bevist, ville det være mulig å redusere nivået av fosfatgjødsling drastisk. Biologer som Marc-André Selosse foreslår å studere nøyaktig på denne måten.
Gjenvinning av fosfater i avløpsvannet gjør det mulig å begrense eutrofieringen av vassdrag og utgjør en ekstra fosfatressurs. Denne aktiviteten, som fremdeles er underutviklet, er gjenstand for mye forskning. Den vanligste behandlingen består av utfelling av fosfor; dyrt, kan det til slutt erstattes eller kombineres med biologiske behandlinger.
For menneskelig utskillelse er biokontrollerte søppeltoaletter et alternativ: enkle å bruke og rimelige, de omgår problemet med vannrensing og gjør det mulig å produsere billig kompost.
Siden en st juli 2007, er fosfater forbudt i vaskemidler i Frankrike. Takket være bruken av andre aktive molekyler har vannkvaliteten i mange innsjøer som er forurenset av urbane vann forbedret. Landbruk har nå blitt den primære kilden til fosfatforurensning. I Belgia og Sveits har fosfater allerede blitt forbudt i vaskemidler i flere år.
De kinesiske , den Marokko og USA er de tre store fosfat produsentland, de står for over 70% av verdens produksjon. Den Marokko står for over tre fjerdedeler av verdens bekreftet reserver, er den stor del av sin reserve utenfor Vest-Sahara . Fosfor er en begrenset ressurs som under dagens bruksforhold til slutt vil oppleve en topp i utnyttelsen .
Land | Produksjon (kt) |
Verdensandel (%) |
Reserver (kt) |
---|---|---|---|
Sør-Afrika | 1700 | 0,65 | 1.5 millioner |
Algerie | 1500 | 0,57 | 2.200.000 |
Australia | 2500 | 0,96 | 1.100.000 |
Brasil | 6500 | 2,49 | 320.000 |
Kina | 138.000 | 52,87 | 3 100 000 |
Egypt | 5500 | 2.11 | 1.200.000 |
forente stater | 27.800 | 10.65 | 1.100.000 |
India | 1500 | 0,57 | 65.000 |
Israel | 3.500 | 1.34 | 130.000 |
Jordan | 8.300 | 3.18 | 1.300.000 |
Kasakhstan | 1800 | 0,69 | 260.000 |
Mexico | 1700 | 0,65 | 30.000 |
Marokko og Vest-Sahara | 30.000 | 11.49 | 50.000.000 |
Peru | 4000 | 1.53 | 820 000 |
Russland | 11.600 | 4.44 | 1.300.000 |
Saudi-Arabia | 4000 | 1.53 | 680 000 |
Senegal | 1.250 | 0,48 | 50.000 |
Syria | - | 0,34 | 1 800 000 |
Å gå | 900 | 0,34 | 30.000 |
Tunisia | 3.500 | 1.34 | 100.000 |
Vietnam | 2800 | 1.07 | 30.000 |
Andre land | 2410 | 0,92 | 810 000 |
Total | 261.000 | 100 | 68.000.000 |
Frankrike er importør av fosfat.
Land | Verdi i tusenvis av euro |
Importert tonnasje |
---|---|---|
Litauen | 52.433 | 150,486 |
Russland | 35.574 | 105,884 |
Marokko | 33.449 | 103 333 |
Tunisia | 18 220 | 48.080 |
Belgia | 5 399 | 11 877 |
Mexico | 3 391 | 8.998 |
Tyskland | 1645 | 4 241 |
Andre land | 4 286 | 11 479 |