ફૉસ્ફરસ

ફૉસ્ફરસ : આવર્તકોષ્ટકના 15મા (અગાઉના V A) સમૂહમાં આવેલું રાસાયણિક અધાતુ તત્વ. સંજ્ઞા P. જર્મન વૈજ્ઞાનિક હેન્નિગ બ્રાન્ટે 1969માં આ તત્વ શોધ્યું હતું. ફૉસ્ફરસનો અર્થ ‘પ્રકાશ લાવનાર’ એવો થાય છે. (ગ્રીક phos = પ્રકાશ, phoros = લાવનાર.) 1681માં બૉઇલે ફૉસ્ફરસ બનાવવાની રીત શોધી, જ્યારે 1771માં શીલેએ હાડકાંની રાખમાંથી આ તત્વ મેળવ્યું. ફૉસ્ફરસ અંગેની પ્રાથમિક માહિતી લેવોઇઝિયરે 1777માં આપી.

ઉપસ્થિતિ (occurrence) : ફૉસ્ફરસ સક્રિય તત્ત્વ હોઈ કુદરતમાં તે મુક્ત સ્વરૂપમાં ન મળતાં સંયોજિત અવસ્થામાં મળી આવે છે. તેનાં ખનિજોમાં ફૉસ્ફોરાઇટ (ફૉસ્ફેટ ખડક) [Ca₃(PO₄)₂], ફ્લૉરઍપેટાઇટ [Ca₅(PO₄)₃F] અથવા [3Ca₃(PO₄)₂·CaF₂], ક્લૉરઍપેટાઇટ  [3Ca₃(PO₄)₂·CaCl₂] મુખ્ય છે. દરિયાના તળ ઉપર પણ ફૉસ્ફૉરાઇટની ગ્રંથિકા (nodules) મળે છે. આ ઉપરાંત હાડકામાં, દાંતમાં, પ્રાણીઓ અને વનસ્પતિમાં ફૉસ્ફૉપ્રોટીન તરીકે, તેમજ દૂધ અને ઈંડાંમાં પણ તે સંયોજન રૂપે મળે છે. પુખ્ત માનવીના શરીરમાં 3.5 કિગ્રા જેટલો ટ્રાઇકૅલ્શિયમ ફૉસ્ફેટ [Ca₅(PO₄)₃O₄] હોય છે અને તે રોજના 3થી 4 ગ્રા. PO₄ બહાર કાઢે છે. ફૉસ્ફેટ ખનિજોનો અંદાજિત (1982) અનામત જથ્થો સારણી 1માં આપ્યો છે.

ભારતમાં ફૉસ્ફેટ ખડકના નિક્ષેપો મધ્યપ્રદેશ, રાજસ્થાન, ઉત્તરપ્રદેશ અને ગુજરાતમાં આવેલા છે. તે ઉપરાંત બિહાર, આંધ્રપ્રદેશ, રાજસ્થાન, પશ્ચિમ બંગાળ અને તામિલનાડુમાં પણ ઍપેટાઇટના નિક્ષેપો આવેલા છે.

નિષ્કર્ષણ : ખનિજસ્વરૂપે મળતા ફૉસ્ફેટ ખડકને દળી, વિદ્યુતભઠ્ઠીમાં રેતી અને કોકની ભૂકી સાથે 1500° સે. સુધી ગરમ કરવાથી સફેદ ફૉસ્ફરસ વાયુ રૂપે બહાર આવે છે, જેને પાણી નીચે ઠારી, સંગ્રહવામાં આવે છે. સાથે સાથે કાર્બન મૉનોક્સાઇડ (CO) વાયુ અને કૅલ્શિયમ સિલિકેટ સ્લેગ રૂપે મળે છે. COનો ઉપયોગ બળતણ માટે સ્લેગનો સિમેન્ટ બનાવવામાં થાય છે.

સારણી 1 : ફૉસ્ફેટ ખડકની અંદાજિત અનામતો (ગિગાટન Pમાં)
ખંડ	મુખ્ય પ્રદેશો	અનામતો (109 ટન P)
આફ્રિકા	મોરોક્કો, સેનેગલ, ટ્યૂનિશિયા, અલ્જેરિયા, સહારા, ઇજિપ્ત, ટોગો, અંગોલા, દક્ષિણ આફ્રિકા	4.6
ઉત્તર અમેરિકા	યુ.એસ., મૅક્સિકો	1.6
દક્ષિણ અમેરિકા	પેરૂ, બ્રાઝિલ, ચિલી, કોલંબિયા	0.4
યુરોપ	પૂર્વ અને પશ્ચિમ યુરોપ	0.7
એશિયા અને મધ્ય-પૂર્વ	કોલા દ્વીપકલ્પ, કઝાખસ્તાન, સાઇબીરિયા, જોર્ડન, ઇઝરાયલ, સાઉદી અરેબિયા, ભારત, તુર્કી	1.4
ઑસ્ટ્રેલેશિયા	ક્વીન્સલૅન્ડ, નોરુ, મકાટી	0.4 9.1

સફેદ ફૉસ્ફરસના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો સારણી 2માં આપ્યા છે :

સારણી 2 : ફૉસ્ફરસના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો

પરમાણુભાર	30.97376
પરમાણુક્રમાંક	15
ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના	1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
ઘનતા	1.82   (લાલ P, 2.20)         (કાળો P, 2.25–2.69)
ગલનબિંદુ (°સે.)	44.1
ઉત્કલનબિંદુ (°સે.)	280
સંયોજકતા	+3,  +5 (ક્વચિત્ +1, +4)

ફૉસ્ફરસ સફેદ (અથવા પીળો), લાલ, જાંબલી (violet) કાળો, એમ વિવિધ રૂપો (અપર રૂપો, Allotropes) ધરાવે છે. સફેદ (a) ફૉસ્ફરસને લેડ(Pb)માં ઓગાળી 500° સે. સુધી ગરમ કરવાથી જાંબલી રૂપ મળે છે. લાલ ફૉસ્ફરસ (જાંબલી અને સફેદ ફૉસ્ફરસનું મિશ્રણ) (a) ફૉસ્ફરસને હવાની ગેરહાજરીમાં 250° સે. સુધી ગરમ કરવાથી પ્રાપ્ત થાય છે. ફૉસ્ફરસનું કાળું વિવિધ રૂપ, જે ગ્રૅફાઇટ જેવી સંરચના ધરાવે છે તે, સફેદ ફૉસ્ફરસને દબાણ હેઠળ મર્ક્યુરી જેવા ઉદ્દીપક સાથે 300° સે. સુધી ગરમ કરવાથી મળે છે. સફેદ ફૉસ્ફરસ લસણ જેવી વાસ ધરાવે છે અને કાર્બન ડાઇસલ્ફાઇડ(CS₂)માં દ્રાવ્ય હોય છે. લાલ ફૉસ્ફરસ ગંધવિહીન અને CS₂માં અદ્રાવ્ય હોય છે. દેહધાર્મિક ક્રિયાની ર્દષ્ટિએ સફેદ ફૉસ્ફરસ ઝેરી જ્યારે લાલ બિનઝેરી હોય છે. બંનેની સંરચના નીચે પ્રમાણે છે.

ફૉસ્ફરસનું રસાયણશાસ્ત્ર એમ દર્શાવે છે કે કાર્બનની માફક તેનાં પણ અનેક સંયોજનો બની શકે છે. વ્યાપારી ર્દષ્ટિએ તેનાં ફૉસ્ફેટ સંયોજનો અગત્યનાં છે. આમાંનો અશુદ્ધ ડાઇકૅલ્શિયમ ફૉસ્ફેટ સુપરફૉસ્ફેટ કહેવાય છે. જ્યારે મૉનોકૅલ્શિયમ ફૉસ્ફેટ ટ્રિપલ સુપરફૉસ્ફેટ કહેવાય છે. ફૉસ્ફરસનાં શૃંખલામય ફૉસ્ફેટ સંયોજનો (chain phosphates) વધુ જાણીતાં છે. આ ક્ષારોમાં ધનાયન (cation) તરીકે સોડિયમ જેવો આયન હોય છે; જ્યારે શૃંખલામય ઋણાયન (anion) સંકીર્ણ હોઈ તેમાં પ્રતિ ઋણાયનદીઠ 1થી માંડી 10 લાખ જેટલા ફૉસ્ફરસ પરમાણુઓ હોય છે.

સામાન્ય (સફેદ અથવા આછો પીળો) ફૉસ્ફરસ હવા સાથે સંપર્કમાં આવતાં તીવ્ર પ્રક્રિયા કરી સળગી ઊઠે છે અને ફૉસ્ફરસના ઑક્સાઇડ (P₂O₃ અને P₂O₅ અથવા P₄O₆ અને P₄O₁₀) આપે છે. આ ઉપચયનને કારણે તે અંધારામાં પણ પ્રકાશ આપે છે, જેને સ્ફુરદીપ્તિ (phosphorescence) કહે છે. કાર્બાઇડની જેમ ધાતુ ફૉસ્ફાઇડની પાણી સાથે પ્રક્રિયા કરવાથી હાઇડ્રાઇડ (PH₃ તથા P₂H₄) ઉત્પન્ન થાય છે. હેલોજન તત્વો (ક્લોરિન, બ્રોમીન વગેરે) સાથે તે ઝડપી પ્રક્રિયા કરી ટ્રાઇ અને પેન્ટાહેલાઇડ બનાવે છે; દા.ત., PF₃, PF₅, PCl₃, PCl₅ વગેરે. ગંધક(S) સાથે તે P₄Sn પ્રકારનાં સલ્ફાઇડ બનાવે છે, જેમાં n = 3, 5, 7, 8, 9 અથવા 10 હોય છે; દા.ત., P₄S₃, P₄O₁₀. ફૉસ્ફેમીન એ એકાંતરે P અને નાઇટ્રોજન (N) પરમાણુ ધરાવતાં સંયોજનો છે, જેમાં P પર બે પ્રતિસ્થાપકો (substitutes) આવેલાં હોય છે; દા.ત., હેક્ઝાસાઇક્લો ટ્રાયફૉસ્ફેમીન (NPCl₂)₃.

ફૉસ્ફરસનાં ઑક્સાઇડ પાણી સાથે પ્રક્રિયા કરી વિવિધ ઑક્સિઍસિડ આપે છે; દા.ત., હાઇપોફૉસ્ફરસ ઍસિડ, H₃P_O4; ઑર્થોફૉસ્ફરસ ઍસિડ, H₃PO₃; હાઇપૉફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ, H₄P₂O₆; પાયરોફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ, H₃PO₄; પાયરોફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ, H₄P₂O₇ અને મેટાફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ, HPO₃. આ ઍસિડના ક્ષારો જે તે ફૉસ્ફેટ તરીકે ઓળખાય છે. ઍસિડોમાં ઑર્થોફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ મુખ્ય છે. તે ફૉસ્ફરસ પેન્ટૉક્સાઇડ અને પાણી વચ્ચેની પ્રક્રિયાથી મળે છે :

P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄

અનેક કાર્બ-ફૉસ્ફરસ સંયોજનો પણ હવે બનાવવામાં આવ્યાં છે તેમાં ફૉસ્ફરસના એક પરમાણુ સાથે બે, પાંચ અથવા છ પડોશી પરમાણુઓ હોય છે. આમાં ઘણામાં ફૉસ્ફરસ સાથે કાર્બન પરમાણુ સીધો સંયોજાયેલો હોય છે, જ્યારે કેટલાકમાં C–O–P, C–S–P અથવા C–N–P શૃંખલા હોય છે; દા.ત., ટ્રાઇઆલ્કાઇલ અને મિશ્ર હેલોજન વ્યુત્પન્નો (PR₃ અને PR₃X_3–n); સાઇક્લોપૉલિફૉસ્ફાઇન, (PR)n (n = 4, 5, 6).

જૈવિક અગત્યની ર્દષ્ટિએ મુખ્ય એવો એડિનોસીન-ટ્રાઇફૉસ્ફેટ (ATP) એ ડિટર્જન્ટ તરીકે વપરાતા સોડિયમ ટ્રાઇપૉલિફૉસ્ફેટ ક્ષારનો એસ્ટર છે. ઉપાપચય (metabolism) અને પ્રકાશસંશ્લેષણ (photosynthesis) જેવી લગભગ દરેક પ્રક્રિયામાં આ ટ્રાઇ-પૉલિફૉસ્ફેટનું જળવિભાજન (hydrolysis) થઈ એડિનોસિનડાઇફૉસ્ફેટ (ADP) નામનો પાયરોફૉસ્ફેટ – વ્યુત્પન્ન બને છે. જળવિભાજન દરમિયાન શૃંખલા-ફૉસ્ફેટમાંની P–O–P કડી(linkage)નું વિદારણ થાય છે.

સામાન્ય તાપમાને તટસ્થ દ્રાવણમાં આ પ્રક્રિયાનો દર ધીમો હોય છે, પણ ઉત્સેચકો(enzymes)ની હાજરીમાં આ દરમાં હજારગણો વધારો થાય છે. અહીં ATP, પાણી, ADP અને ઑર્થોફૉસ્ફેટ વચ્ચેનું સમતોલન જળવિભાજનની નીપજો ADP અને ઑર્થોફૉસ્ફેટ આયન તરફ પ્રબળપણે ખસે છે.

આ ઘટનાને કારણે જીવન ટકી રહે તે માટે જૈવિક પ્રણાલીઓનું કુદરતી રીતે નિયમન થાય છે. ન્યૂક્લિઇક (nucleic) ઍસિડ અણુઓના દરેક ટુકડા (segment) સાથે ફૉસ્ફેટ અર્ધાંશ (moiety) જોવા મળે છે.

બધી જીવંત વસ્તુઓમાં ફૉસ્ફરસ હોય છે અને આથી ફૉસ્ફરસ-ચક્ર અભ્યાસની ર્દષ્ટિએ હાલ મહત્વનું ગણાય છે. હાઇડ્રોજન, કાર્બન, નાઇટ્રોજન, ઑક્સિજન અને સલ્ફર જેવાં અધાતુ તત્વોથી વિરુદ્ધ ફૉસ્ફરસ-તત્વ વાતાવરણ દ્વારા અભિસરણ (circulation) પામી શકે તેવાં કોઈ બાષ્પશીલ સંયોજનો ધરાવતું નથી. તે ફક્ત જમીન અને દરિયાઈ જૈવિક ચક્રો દ્વારા અભિસરણ પામે છે.

ઉપયોગિતા : મહદ્અંશે ફૉસ્ફરસ તેનાં સંયોજનો રૂપે, ખાસ કરીને ફૉસ્ફેટ તરીકે, ઉપયોગમાં લેવાય છે. સુપર ફૉસ્ફેટમાં ડાઇકૅલ્શિયમ ઑર્થોફૉસ્ફેટ (CaHPO₄) જ્યારે ટ્રિપલ સુપર ફૉસ્ફેટમાં મૉનૉકૅલ્શિયમ ફૉસ્ફેટ [Ca(H₂PO₄)₂] હોય છે. શૃંખલા ફૉસ્ફેટ સંયોજનો (chain phosphates) કૅટાયનો સાથે દ્રાવ્ય સંકીર્ણો બનાવવાનો તથા કલિલ કણોનું અનૂર્ણન (વ્યુર્ણન, deflocculation) કરવાનો ગુણ ધરાવે છે. આ સંયોજનો અકાર્બનિક ઘન પદાર્થોની સપાટી પર પ્રબળપણે અધિશોષિત થતાં હોવાથી તેમને ઋણ વીજભાર આપે છે. આથી તેમની વચ્ચે અપાકર્ષણ થતાં અનૂર્ણન થાય છે. કઠિન પાણીમાંના કૅલ્શિયમ અને મૅગ્નેશિયમ જેવા આયનો સાથે આવા ફૉસ્ફેટ સંકીર્ણો બનાવી તેમનું પ્રચ્છાદન (sequestration) કરે છે. આથી તેઓ તેમની સામાન્ય રાસાયણિક વર્તણૂક પ્રદર્શિત કરી શકતાં નથી અને પાણી નરમ બને છે. સોડિયમ ટ્રાયપૉલિફૉસ્ફેટ પ્રક્ષાલકો (detergents) બનાવવામાં વપરાય છે. (સામાન્ય ડિટર્જન્ટમાં 40% Na₅P₃O₁₀ હોય છે.) જોકે નકામા પાણીમાં તેમની હાજરીને કારણે તેમાં શેવાળની વૃદ્ધિ વધુ થાય છે. ટૂથપેસ્ટમાં ડાઇકૅલ્શિયમ ફૉસ્ફેટ દાંતને પૉલિશ કરનાર તરીકે ઉમેરવામાં આવે છે. મૉનૉકૅલ્શિયમ ફૉસ્ફેટ અને સોડિયમ ઍસિડ ફૉસ્ફેટ (Na₂H₂P₂O₇) કેક બનાવવા તેમજ બેકિંગ પાઉડરમાં વપરાય છે. ધાતુની સપાટીનું ફૉસ્ફરીકરણ કરવા (phosphatize) ઑર્થોફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ ધરાવતાં મિશ્રણો વપરાય છે. આથી ધાતુને કાટ લાગતો અટકે છે તેમજ તેની સપાટી સારી રીતે રંગી શકાય છે. ઑર્થોફૉસ્ફેટ એસ્ટરો ગૅસોલીન અને અન્ય તેલોમાં ઉમેરવામાં આવે છે. તાપસહ્ય ગુણધર્મો ધરાવતાં પ્લાસ્ટિસાઇઝર બનાવવામાં પણ તે વપરાય છે. ફૉસ્ફરસનાં સલ્ફાઇડો પૈકી P₄S₃ ‘ગમે ત્યાં ઘસીને સળગાવો’ (strike anywhere) પ્રકારની દીવાસળી બનાવવામાં વપરાતો હતો. સલામત દીવાસળી (safety matches) ઘસવા માટેની પટ્ટી પર જોકે હવે લાલ ફૉસ્ફરસ વપરાય છે. P₄S₁₀નો ઉપયોગ કાર્બનિક P–S સંયોજનો બનાવવામાં થાય છે. હળવાં પીણાંને ખાટો (sour અથવા tart) સ્વાદ આપવા ઑર્થોફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ વપરાય છે. પૅરાથાયોન અને મેલાથાયોન જેવાં કીટનાશકો ફૉસ્ફરસ ધરાવતાં સંયોજનો છે.

જયંતીલાલ દુર્ગાશંકર જોશી