Az előadás vázlata. A foszfor. Fajtái. Jellemzői. A foszfor és a kén körforgalma a természetben

Átírás

1 Az előadás vázlata A foszfor és a kén körforgalma a természetben Antropogén hatások és következményeik Az foszfor és tulajdonságai Globális foszfor-körforgás A foszfor-műtrágyák A kén és tulajdonságai Globális kén-körforgás A mikrobiális kén-körforgás elemei Név angolul, németül Vegyjel A foszfor phosphorus, Phosphor Rendszám 15 Elemi sorozat Atomtömeg Halmazállapot Sűrűség (0 C, 101,325 kpa) Olvadáspont Forráspont Kristályszerkezet P nemfémek 30,9737 g/mol (fehér) 1,823 g/cm³ (vörös) 2,34 g/cm³ (fekete) 2,69 g/cm³ (fehér) 317,3 K (44,2 C, 111,6 F) 550 K (277 C, 531 F) monoklin Elektronegativitás 3,44 sárga foszfor: - erősen mérgező anyag - szobahőmérsékleten is hevesen oxidálódik - öngyúlékony - víz alatt kell tartani, oxigéntől elzárva - zsírokban, olajokban jól oldódik, ezért nem - tanácsos szabad kézzel hozzányúlni - lenyelve már 0,05 g is halálos belőle - képes átalakulni vörösfoszforrá Fajtái vörös foszfor: nem oldódik semmiben, így nem is mérgező fekete foszfor: egészen extrém körülmények között létezik (200 C felett, nagy nyomáson) A foszfor (P) az élő szervezetek egyik nélkülözhetetlen eleme Kis mennyiségben mindenütt megtalálható Fő ásványa az apatit [Ca 5 (PO 4 ) 3 F], amelyben a fluort részben vagy teljesen helyettesítheti hidroxil vagy klór Más nyers foszfátok, pl. a foszforit, fő tömegükben szintén apatitból állnak Foszfort minden élő szervezet tartalmaz, pl. a DNS alkotórészeként 1

2 a körforgalomba foszfátion (PO 4 3- ) formájába kerül be Számos foszfát nehezen oldható üledéket képezve kerül ki a ciklusból Biológiai jelentősége széleskörű: szervetlen sója, a trikalcium foszfát a csontok egyik alkotóeleme; a szerves foszfor vegyületek közül jelentősek a nukleinsavak (DNS, RNS), valamint a makroerg vegyületekhez tartozó energiatároló vegyületek (ATP, ADP) A foszfor endogén, vagyis az élőlényeken belüli körfogásban nagyon gyors A foszfor az élőlényekben Az élő szervezetekben található foszfornak több mint a fele foszfátmolekulákban, míg a maradék egyéb szervetlen vagy szerves vegyületekben van jelen A foszfát különleges szerepet tölt be az élőlények energiaháztartásában egy foszfátcsoport ADP molekulára kötődésével jön létre a nagy energiájú, könnyen továbbadható ATP molekula A szervezeten belül sok foszfort tartalmaznak a nukleinsavak (RNS, DNS), valamint a sejtmembránok, foszfolipidek formájában Biokémiai energiatárolást végző foszforvegyületek A Föld globális foszfor-lelőhelyei Lelőhely Mennyiség (Mt P) litoszféra feltárható foszfátércek 60*10 3 talaj 16*10 3 édesvízi üledékek 10*10 3 mélytengeri üledékek 1000*10 3 kőzetek hidroszféra 0,12*10 6 óceánok 120*10 3 édesvizek 90 atmoszféra 0,1 biomassza 2*10 3 szárazföld 2*10 3 óceánok 140 Globális foszfor-körforgás Szárazföldi és vízi foszfor-ciklus (Anyagáram: Mt a -1 P) 2

3 A foszfor a talajban A foszfor a talajban mind szerves, mind ásványi kötésben előfordul, ezért a foszforgazdálkodásban a biológiai és a szervetlen kémiai folyamatok azonos jelentőségűek A talajban lévő foszfortartalmú vegyületek három nagy csoportba oszthatók: Ca, Fe és Al foszfátok Fe és Al hidroxidok, valamint az agyagásványok a humuszanyagok és a CaCO 3 felületén megkötött foszfátionok Szerves foszforvegyületek A foszfor-műtrágyákról általában a nyersanyagok és műtrágyák hatóanyag tartalmát egyaránt P 2 O 5 % ban fejezik ki A foszforműtrágya gyártás célja a nehezen oldható foszforvegyületek átalakítása vízben vagy gyenge savakban oldható vegyületekké A nyersfoszfátok savas feltárással vagy hőkezeléssel alakíthatóak át oldható foszfátokká, savfelesleg hatására foszforsav keletkezik A szuperfoszfát összetétele: 35 % Ca(H 2 PO 4 ) 2, 50 % CaSO 4, 15 % egyéb alkotórész A foszfor-műtrágyák hatása fiziológiai hatása erősen savanyú túlzott használata a talaj elsavanyodásához vezet a foszfor a generatív szervek megjelenését, a termésképzést serkenti, gyorsítja a szervek differenciálódását a trágyázás gerjeszti a talaj tápanyagforgalmát A kén Név angolul, németül sulphur, Schwefel Vegyjel Rendszám 16 Elemi sorozat nemfémek Atomtömeg 32,065 g/mol Halmazállapot Sűrűség (0 C, 101,325 kpa) 1,96 g/cm³ Olvadáspont 388,36 K (115,21 C, 239,38 F) Forráspont 717,8 K (444,6 C, 832,3 F) Kristályszerkezet monoklin vagy rombos Elektronegativitás 2,58 A kén A ként már az ősidőkben ismerték az emberek a vegyipar öt legfontosabb alapanyaga közé tartozik 85%-ából kénsavat állítanak elő, mintegy 10%-át elemi állapotban használják: fehérítőszerként a textil- és papíriparban, a gumigyártásban, növényvédő szerként lisztharmat ellen, gyufagyártásra, lőpor, gyógyszerek és kozmetikai készítmények előállítására A kénsavat műtrágyagyártáshoz is használják A természetben sok helyen található terméskén (elemi kén) Ásványai között fontosak a szulfidok, pl. a pirit (FeS 2 ), galenit (PbS), kalkopirit (CuFeS 2 ), a cinóber (HgS) Nagy telepeket alkotnak egyes szulfátok is pl. thénardit (Na 2 SO 4 ), keserűsó vagy epsomit (MgSO 4 7 H 2 O), gipsz (CaSO 4 2 H 2 O), anhidrit (CaSO 4 ) 3

4 Természetes eredete A természetben elemi állapotban is előfordul vulkángőzökben, fontosabb a természetben megtalálható vegyületei a szulfátok és a szulfidok Az élethez elengedhetetlenül szükséges és több aminosavban megtalálható A levegőbe kerülő kén-dioxid (SO 2 ) a környezetre nagyon veszélyes savvá, pl. kénsavvá (H 2 SO 4 ) alakulhat. Ezek a csapadékok visszajutnak a felszínre, ez a savas eső. A kénsavvá alakulás folyamata: 1. Kén-dioxid reakciója oxigénnel, kén-trioxid képződése közben: 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 2. Kén-trioxid és víz egyesülése /exoterm folyamat/: SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Felhasználása Nagyon sok célra használnak ként A kénsavgyártás hatalmas mennyiségeket használ fel, a termelés kb. felét Az elemi ként használják növényvédő szerként és a borászatban, továbbá gumi vulkanizálására, fekete lőpor készítésére, gyufa gyártásnál, tűzijáték töltetekhez Vegyületei pl. szén-diszulfid, dikén-diklorid, stb. a festékgyártásban, gyógyszergyártásban, stb. használatosak A papíriparban is használják a cellulóz gyártásához Egyes vegyületei rendkívül büdösek, a dietil-szulfidot használják pl. a földgáz szagosítására A Föld globális kén-lelőhelyei Lelőhely Mennyiség (Mt S) litoszféra 12*10 9 szulfátok Az előfordulás leggyakoribb formája hidroszféra 1,3*10 9 CaSO 4, MgSO 4 pedoszféra 10*10 6 Szulfátok bioszféra 6*10 3 Aminosavak atmoszféra 15 SO 2, H 2 S Nem szulfátos kénelőfordulások A kén globális körforgása Nem szulfátos kénelőfordulások Mennyiség (Mt S) ásványi szén kőolaj 330 földgáz 670 szulfidos ércek 640 elemi kén 660 alacsony oxidációs fokú S-vegyületek (Anyagáram: Mt a -1 S) 4

5 Mikrobiológiai kén-ciklus 5