Wszystkie barwy fosforu
Fosfor, który w swojej pracowni uzyskał Hennig Brand, był najmniej trwałą odmianą białą (tak naprawdę jest on lekko żółtawy). Jest to jedna z odmian alotropowych tego pierwiastka. Cóż to takiego ta alotropia? Pisałem o tym w tekście o guzikach żołnierzy Napoleona. W skrócie: alotropia to zjawisko występowania w danym stanie skupienia jakiegoś pierwiastka w różnych odmianach różniących się właściwościami fizycznymi i częściowo chemicznymi. Klasycznym przykładem alotropii jest diament i grafit – dwie odmiany węgla. W przypadku fosforu tych odmian jest znacznie więcej. Jeśli fosfor biały będzie się prażyć bez dostępu tlenu, ale w obecności niewielkiej ilości jodu, przejdzie w fosfor czerwony, znacznie trwalszy. W przeciwieństwie do fosforu białego nie jest toksyczny. Gdy z kolei fosfor czerwony będzie się ogrzewać w wysokiej temperaturze w próżni, otrzymamy odmianę fioletową. Ostatnią odmianą jest fosfor czarny, który można otrzymać z białego, ogrzewając go pod ciśnieniem 12 tys. atm. Jest to jedyna odmiana wykazująca pod wysokim ciśnieniem właściwości metaliczne, pozostałe są niemetalami. Poza fosforem białym, który jest bardziej toksyczny niż cyjanek, pozostałe odmiany nie są trujące.
Alotropowe odmiany fosforu: biały, czerwony (granulki), czerwony (kawałek), fioletowy
Źródło: Wikipedia, licencja: CC BY-SA 3.0
Pierwiastek życia
Fosfor jest jednym z pięciu najważniejszych pierwiastków, które uznaje się za niezbędne do życia ziemskiego. Pozostałe to oczywiście węgiel, wodór, tlen i azot. W organizmie człowieka jest go 700-750 g. Większość (ok. 80%) wchodzi w skład związków nieorganicznych tworzących kości oraz zęby (hydroksyapatyt). Pozostałe sto kilkadziesiąt gramów fosforu jest rozmieszczone praktycznie we wszystkich komórkach ciała. Grupa fosforanowa jest elementem spinającym nukleozydy w łańcuch nukleotydowy – w ten sposób powstają cząsteczki DNA i RNA. Z kolei w cząsteczkach ATP (adenozynotrójfosforanu) jest gromadzona energia zużywana potem w procesach metabolicznych w komórce. Jako ciekawostkę można dodać, że ATP nie gromadzi się w komórkach – jest syntetyzowany i zużywany na bieżąco. W ciągu doby organizm człowieka tworzy (i rozkłada) mniej więcej tyle ATP, ile on sam waży. A skoro już mowa o komórce, to jest ona otoczona błoną komórkową, której bardzo istotnym elementem są fosfolipidy. Są one strukturalnie zbliżone do tłuszczów, a w swojej strukturze mają grupę ortofosforanową(V), taką samą, jaka występuje w DNA, RNA i ATP. Z kolei w komórkach nerwowych mamy też fosfolipid – lecytynę, która stanowi ochronę mechaniczną, ale jest też izolatorem elektrycznym, dzięki czemu impulsy nerwowe mogą być przewodzone bez problemu.
Struktura przestrzenna ATP. Czarny – C, niebieski – N, żółty – P, czerwony – O, biały – H
Źródło: Wikipedia, licencja: domena publiczna
Dwie twarze fosforu
Jak widać, wszystkie organizmy żywe potrzebują związków fosforu. Zauważył to m.in. niemiecki chemik, Justus Liebig. Podsypując roślinom źródła tego pierwiastka, którymi w tamtym czasie były mączka kostna oraz ptasie guano, stwierdził, że rośliny zdecydowanie szybciej się rozwijają. Dziś najczęściej stosuje się nawozy, które zawierają trzy ważne składniki – azot, fosfor i potas (znany nawóz: azofoska). Ale fosfor spotykamy niemal wszędzie – od proszków do prania przez mięso i wędliny aż do serów topionych i coli. To jedna, pożyteczna twarz tego pierwiastka.
Niestety, jest też druga, znacznie bardziej ponura. Pociski zapalające zawierające biały fosfor były stosowane już w czasie II wojny światowej, potem w czasie wojny wietnamskiej oraz w Czeczenii, a ostatnio wojska rosyjskie używały go w trakcie wojny w Ukrainie. Ale to niestety nie wszystko. Już ponad 100 lat temu koncerny chemiczne zaczęły syntetyzować niesamowicie toksyczne związki fosforoorganiczne. Działają one bardzo silnie na układ nerwowy człowieka, dlatego zalicza się je do broni masowego rażenia o działaniu paralityczno-drgawkowym. Zapewne słyszeliście takie nazwy jak sarin, soman czy tabun. To właśnie najstarsze znane bojowe środki trujące zawierające fosfor. Niestety, ich otrzymywanie jest względnie proste, dlatego też interesują się nimi także terroryści. W 1995 roku w tokijskim metrze po ataku sarinem zginęło 12 osób, a ponad 5 tys. było hospitalizowanych. Do tej samej grupy zaliczane są nowiczoki – opracowane w Związku Radzieckim związki o działaniu jeszcze silniejszym niż sarin.
Nastolatek ze strefy Gazy leczony po oparzeniach białym fosforem
Źródło: Wikipedia, licencja: CC BY-SA 2.0
Czy jest życie na Wenus?
Trzy lata temu świat obiegła sensacyjna informacja – naukowcy znaleźli ślady życia na Wenus. Tak naprawdę było to jednak coś podobnego do starego dowcipu o tym, jak to na Placu Czerwonym w Moskwie rozdają samochody. Poszukiwanie życia w kosmosie jest bardzo żmudne. Nie polega na grzebaniu w pyle czy też bieganiu z lupą, aby odkryć jakieś bakterie, rośliny czy zwierzęta. Poszukuje się tzw. biosygnatur, czyli informacji o związkach, które są ściśle związane z organizmami żywymi. Jednym z takich związków jest fosfina (PH3), analog amoniaku. Na Ziemi jest ona produktem ubocznym metabolizmu fosforanów przebiegającego w komórkach bakterii beztlenowych. Wenusjańskie życie zniknęło równie szybko, jak się pojawiło. Okazało się bowiem, że sygnały spektroskopowe, które według odkrywców miały pochodzić od fosfiny, tak naprawdę należą do dwutlenku siarki (SO2) i nie są żadną sensacją, bo tego związku jest na Wenus pod dostatkiem. Wydaje się więc, że na odkrycie życia pozaziemskiego będzie trzeba jeszcze poczekać.
Fosfina (fosforowodór) – PH3 – cząsteczka, która namieszała na Wenus
Źródło: Wikipedia, licencja: domena publiczna