P jak fosfor

No właśnie, to praktycznie zawsze sprawia uczniom chemii problem. Fluor i fosfor, te nazwy brzmią podobnie, i aż chciałoby się oba te pierwiastki oznaczać tym samym symbolem F. Albo żeby chociaż jeden był Fl a drugi na przykład Fo. A tu nie ma lekko. Pierwszy to wspomniane F a drugi to P (która to litera dla wielu jest symbolem potasu, co poniekąd byłoby logiczne).

Całe nasze nieszczęście polega na tym, że symbole pierwiastków biorą swój początek od ich nazw łacińskich. Co więcej, pierwiastki identyfikowano na przestrzeni dziejów stopniowo, a ich nazewnictwo i związane z nimi symbole rozwijały się niejako organicznie. Tak czy inaczej, fluor i fosfor mylą się bardzo często wielu uczniom (jak również dorosłym), tym bardziej, że fluor to może się z czymś kojarzyć. A mianowicie z fluoryzacją (tfu! tego paskudnego smaku nie da się zapomnieć). A fosfor? Przyznajmy, tak szczerze mówiąc, z niczym się nie kojarzy.

Chemiczny kameleon

Zacznijmy więc od początku, od tego nieszczęsnego symbolu P. Łacińska nazwa phosphorus pochodzi z języka greckiego, w którym φωσφόρος (phōsphóros) oznacza „niosącego światło”. Nazwa wydaje się dość poetycka, ale przyczyniła się do tego ciekawa właściwość białego fosforu, który utleniając się na powietrzu emituje żółtozielonkawą poświatę.

Napisałem fosfor biały, ponieważ fosfor (podobnie jak niektóre inne pierwiastki) występują w różnych odmianach alotropowych. Oznacza to, że w zależności od wzajemnej konfiguracji atomów (innej strukturze krystalicznej) w danej odmianie fosforu posiada on nieco inne właściwości fizyczne i chemiczne. Rzecz warta osobnej opowieści, ale zatrzymajmy się przy fosforze. W jego przypadku różnice między odmianami alotropowymi są dość spektakularne, bowiem różnią się kolorami – mamy więc fosfor biały, czerwony, fioletowy i czarny.

W postaci czystej fosfor nie ma zbyt wiele bezpośrednich zastosowań. W życiu codziennym możemy spotkać tylko fosfor czerwony, który jest łatwopalny i stał się składnikiem tzw. draski – tego czerwonawego paska na pudełku, o który pociera się zapałkę aby zapłonęła. Dawniej w tym celu stosowano fosfor biały, ale w porównaniu do fosforu czerwonego jest on o wiele bardziej łatwopalny i do tego jest silnie toksyczny.

Liczna rodzina

Fosfor w czystej postaci jest stosunkowo rzadki w przyrodzie. Ale jego związki? Ho, ho, proszę Państwa! To dopiero liczna familia. Samych kwasów fosforowych jest ponad dziesięć. Ich pochodne, fosforany, spotkamy w tysiącach minerałów, z których wiele może znacie. Należą do nich m.in. fosfaty, apatyty i turkusy. Do tego jest jeszcze fosforowodór (nie zbliżać się – silna trucizna!) i jego sole, czyli fosforki, np. fosforek glinu (AlP), które stosuje się czasem jako środki owadobójcze.

Wspomniałem dotąd tylko o nieorganicznej części tego licznego klanu. Chemicy organicy też często pracują ze związkami fosforu, głównie organicznymi pochodnymi fosforanów. Związki te w przeważającej części są bardzo aktywne biologicznie i wiele z nich to leki. Cyklofosfamid (N,N-bis(2-chloroetylo)-2-okso-1,3,2λ⁵-oksazafosfinano-2-amina) czy isofosfamid (2-tlenek (RS)-N,3-bis(2-chloroetylo-O-1,3,2-oksazafosfinian-2-aminy) to silne farmaceutyki używane w leczeniu wysoce złośliwych nowotworów.

Fosfor w każdym z nas

Jak dotąd można by odnieść wrażenie, ze fosfor i jego chemiczna rodzina to trucizny i samo zło, od którego najlepiej się trzymać z daleka. Od tych wymienionych związków na pewno tak, ale tak w ogóle od fosforu uciec się nie da. Fosfor jest bowiem w każdym z nas! Nie bez powodu jest zaliczany do pierwiastków biogennych, a więc którego obecność jest niezbędna do powstawania i rozwoju życia. I dotyczy to każdej żywej komórki. Pozwolę sobie wspomnieć tylko trzy najbardziej kluczowe przykłady.

Po pierwsze fosfor jest obecny w fosfolipidach. Ich cząsteczki często są rysowane jako takie klopsiki, do których ktoś wetknął po dwie nitki spaghetti. W sumie to całkiem nieźle oddaje naturę rzeczy. Klopsikiem jest cząsteczka glicerolu wraz z fosforem otoczonym atomami tlenu, a makaronowe nitki to łańcuchy węglowodorowe. Fosfolipidy mają skłonność do tworzenia złożonych struktur, tzw. podwójnych błon fosfolipidowych, które otaczają każdą żywą komórkę. Te elastyczne błony, choć oddzielają wnętrze komórki przed środowiskiem zewnętrznym, nie stanowią litej bariery. Są półprzepuszczalne, czyli umożliwiają wymianę związków potrzebnych komórce do funkcjonowania ¹.

W każdej żywej komórce obecne są również cząsteczki DNA i RNA, będące nośnikami informacji genetycznej. Każdy ich „segment” zawiera resztę kwasu fosforowego. Do tego dochodzą bardzo, bardzo małe (w porównaniu do gigantycznych łańcuchów DNA) cząsteczki ADP (adenozynodwufosforanu). Stanowią one uniwersalny „przenośnik energii” w komórce. W reakcjach, w których powstaje energia, do ADP przyłączana jest reszta kwasu fosforowego i tworzy się ATP (czyli trójfosforan). Z kolei w tych rejonach komórki, gdzie energia jest potrzebna, ATP przekształca z powrotem w ADP. W każdej komórce musi więc krążyć niezliczona liczba takich cząsteczek, aby zaspokoić wszystkie potrzeby energetyczne.

Miał być krótki tekst tym razem, a wyszedł całkiem długi. Ale cóż poradzę. Nawet ten nie za bardzo znany fosfor okazuje się taki zajmujący…

Wojciech Smułek