Makalah Fosfor

 A.Sejarah

Fosfor ditemukan oleh Hannig Brand pada tahun 1669 di Hamburg, Jerman. Ia menemukan unsur ini dengan cara 'menyuling' air urin melalui proses penguapan dan setelah dia menguapkan 50 ember air urin, dia baru menemukan unsur yang dia inginkan. Namanya berasal dari bahasa Latin yaitu phosphoros yang berarti 'pembawa terang' karena keunikannya yaitu bercahaya dalam gelap (glow-in-the dark).

B.Keberadaan Unsur Fosfor

Di perairan unsur fosfor tidak ditemukan dalam bentuk bebas sebagai elemen, melainkan dalam bentuk senyawa anorganik yang terlarut (ortofosfat dan polifosfat) dan senyawa organik yang berupa partikulat. Senyawa fosfor membentuk kompleks ion besi dan kalsium pada kondisi aerob, bersifat tidak larut, dan mengendap pada sedimen sehingga tidak dapat dimanfaatkan oleh algae akuatik (Jeffries dan Mill dalam Effendi 2003).

Fosfor merupakan bahan makanan utama yang digunakan oleh semua organisme untuk pertumbuhan dan sumber energi. Fosfor di dalam air laut, berada dalam bentuk senyawa organik dan anorganik. Dalam bentuk senyawa organik, fosfor dapat berupa gula fosfat dan hasil oksidasinya, nukloeprotein dan fosfo protein. Sedangkan dalam bentuk senyawa anorganik meliputi ortofosfat dan polifosfat. Senyawa anorganik fosfat dalam air laut pada umumnya berada dalam bentuk ion (orto) asam fosfat (H₃PO₄), dimana 10% sebagai ion fosfat dan 90% dalam bentuk HPO₄^2-. Fosfat merupakan unsur yang penting dalam pembentukan protein dan membantu proses metabolisme sel suatu organisme (Hutagalung et al, 1997).

Sumber fosfat diperairan laut pada wilayah pesisir dan paparan benua adalah sungai. Karena sungai membawa hanyutan sampah maupun sumber fosfat daratan lainnya, sehingga sumber fosfat dimuara sungai lebih besar dari sekitarnya. Keberadaan fosfat di dalam air akan terurai menjadi senyawa ionisasi, antara lain dalam bentuk ion H₂PO₄^-, HPO₄^2-, PO₄^3-. Fosfat diabsorpsi oleh fitoplankton dan seterusnya masuk kedalam rantai makanan.

Senyawa fosfat dalam perairan berasal dari sumber alami seperti erosi tanah, buangan dari hewan dan pelapukan tumbuhan, dan dari laut sendiri. Peningkatan kadar fosfat dalam air laut, akan menyebabkan terjadinya ledakan populasi (blooming) fitoplankton yang akhirnya dapat menyebabkan kematian ikan secara massal. Batas optimum fosfat untuk pertumbuhan plankton adalah 0,27 – 5,51 mg/liter (Hutagalung et al, 1997).

Fosfor muncul pada bagian yang beragam di dalam lingkungan bahari, beberapa muncul dalam bentuk susunan organik seperti protein dan gula, beberapa juga muncul dalam bentuk kalsium organik dan sebagian dalam bentuk inorganik dan partikel besi fosfat, lalu juga dalam bentuk fosfat terlarut, walaupun fosfor muncul dalam konsentrasi dibawah nitrogen, tapi pada kenyataanya fosfor dapat dengan mudah di buat atau tersedia di dalam atau tersedia di dalam zona penetrasi cahaya yang mencegah fosfor menjadi faktor pembatas di dalam produktifitas bahari.

Diperairan, bentuk unsur fosfor berubah secara terus menerus akibat proses dekomposisi dan sintesis antara bentuk organik, dan bentuk anorganik yang dilakukan oleh mikroba. Semua polifosfat mengalami hidrolisis membentuk ortofosfat. Perubahan ini bergantung pada suhu yang mendekati titik didih, perubahan polifosfat menjadi ortofosfat berlangsung cepat. Kecepatan ini meningkat dengan menurunnya nilai pH. Perubahan polifosfat menjadi ortofosfat pada air limbah yang mengandung banyak bakteri lebih cepat dibandingkan dengan perubahan yang terjadi pada air bersih.

Keberadaan fosfor diperairan alami biasanya relative kecil, dengan kadar yang lebih sedikit dari pada kadar nitrogen. Fosfor tidak bersifat toksik bagi manusia, hewan, dan ikan. Keberadaan fosfor secara berlebihan yang disertai dengan keberadaan nitrogen dapat menstimulir ledakan pertumbuhan algae di perairan (algae bloom). Algae yang berlimpah ini dapat membentuk lapisan pada permukaan air, yang selanjutnya dapat menghambat penetrasi oksigen dan cahaya mathari sehingga kurang menguntungkan bagi ekosistem perairan. Pada saat perairan cukup mengandung fosfor, algae mengakumulasi fosfor di dalam sel melebihi kebutuhannya. Fenomena yang demikian dikenal istilah konsumsi berlebih (luxury consumption). Kelebihan fosfor yang diserap akan dimanfaatkan pada saat perairan mengalami defisiensi fosfor, sehingga algae masih dapat hidup untuk beberapa waktuselama periode kekeurangan pasokan fosfor (Effendi 2003).

Berdasarkan kadar fosfat total, perairan diklasifikasikan menjadi tiga yaitu: perairan dengan tingkat kesuburan rendah yang memiliki kadar fosfat total berkisar antara 0 – 0.02 mg/liter; perairan dengan tingkat kesuburan sedang memiliki kadar fosfat 0.021 – 0.05 mg/liter; dan perairan dengan tingkat kesuburan tinggi, memiliki kadar fosfat total 0.051 – 0.1 mg/liter (Effendi, 2003).

C.Sifat Fisika dan Kimia Unsur Fosfor

a. Sifat Fisika Unsur Fosfor

1.)  Warna : tidak berwarna / merah / putih

2.)  Wujud : padat

3.)  Titik didih : 550 K (277⁰C)

4.)  Titik leleh :  317,3 K (44,2⁰C)

5.)  Massa jenis (fosfor merah) : 2,34 g/cm³

Massa jenis (fosfor putih) : 1,823 g/cm³

Massa jenis (fosfor hitam) : 2,609 g/cm³

6.)  Energi ionisasi (fosfor putih) : 1011,8 kj/mol

7.)  Secara umum fosfor membentuk padatan putih yang lengket yang memiliki bau yang tak enak tetapi ketika murni menjadi tak berwarna dan transparan

8.)  Fosfor putih mudah menguap dan larut dalam pelarut nonpolar benzena

9.)  Fosfor merah tidak larut dalam semua pelarut.

b. Sifat Kimia Unsur Fosfor

1.)  Fosfor putih bersifat sangat reaktif, memancarkan cahaya, mudah terbakar di udara, beracun. Fosfor putih digunakan sebagai bahan baku pembuatan asam fosfat di industri

2.)  Fosfor merah bersifat tidak reaktif, kurang beracun. Fosfor merah digunakan sebagai bahan campuran pembuatan pasir halus dan bidang gesek korek api.

D.Pembuatan / Teknik Ekstraksi

a. Pembuatan Fosfor

Fosfor diperoleh melalui reaksi batuan fosfat dengan batu bara dan pasir dalam pembakaran listrik. Fosfor didistilasi dan terkondensasi di bawah air sebagai P₄^.

2Ca₃(PO₄)₂ + 6SiO₂ + 10C          P₄ + 6CaSiO₃ + 10CO

b. Reaksi Pada Fosfor

1.)  Asam Fosfat

Asam fosfat merupakan cairan kental tidak berwarna dan mudah larut dalam air. asam fosfat dapat diperoleh dari reaksi antara fosfor putih dengan oksigen kemudian tambahkan air.

Selain dengan cara ini asam fosfat dapat diperoleh dari batu fosfat yang direaksikan dengan asam sulfat pekat.

Selain itu, Asam fosfat dengan batu gamping akan membentuk dikalsium fosfat yang merupakan bahan dasar pasta gigi dan makanan ternak.

Reaksi sederhananya sebagai berikut:

Ca₃ (PO₄)₂ + CaCO₃ =====> Ca HPO₄ (dikalsium fosfat).

Asam fosfat direaksikan dengan soda abu menghasilkan 3 produk dengan fungsi berbeda. Reaksi sederhananya sebagai berikut :

H₃PO₄ + Soda abu ======> 1,2,3.

1. Sodium tripoly phosphate -----> sebagai bahan detergent

2. Sodium triotho phosphate -----> pelembut air

3. Tetra sodium pyro phosphate ------> industri keramik.

2.)  Fosforil Halida

Fosforil Halida adalah X₃PO, dimana X mungkin F, Cl atau Br. Salah satu yang terpenting adalah Cl₃PO, dapat diperoleh dengan reaksi :

2PCl₃ + O₂     ------→     2Cl₃PO

P₄O₁₀  + 6PCl_{5       -------→}      10Cl₃PO.

3.)  Trimetilfosfit

Mudah menjalankan isomerisasi spontan menjadi dimetilester dari asam metilfosfonat :

P(OCH₃)₃ -----→ CH₃PO(OCH₃)₂

E. Kegunaan dan Kerugian Unsur Fosfor

a. Kegunaan

1. Fosfor sangat penting dan dibutuhkan oleh mahluk hidup tanpa adanya fosfor tidak mungkin ada organik fosfor di dalam Adenosin trifosfat (ATP) Asam Dioksiribo nukleat (DNA) dan Asam Ribonukleat (ARN) mikroorganisme membutuhkan fosfor untuk membentuk fosfor anorganik dan akan mengubahnya menjadi organik fosfor yang dibutuhkan untuk menjadi organik fosfor yang dibutuhkan, untuk metabolisme karbohidrat, lemak, dan asam nukleat

2. Kegunaan fosfor yang terpenting adalah dalam pembuatan pupuk, bahan korek api,  kembang api, pestisida, odol, dan deterjen

3. Kegunaan fosfor yang paling umum ialah pada ragaan tabung sinar katoda (CRT) dan lampu fluoresen, sementara fosfor dapat ditemukan pula pada berbagai jenis mainan yang dapat berpendar dalam gelap (glow in the dark)

4. Asam fosfor yang mengandung 70% – 75% P₂O₅, telah menjadi bahan penting pertanian dan produksi tani lainnya

5. Fosfor juga digunakan dalam memproduksi baja, perunggu fosfor, dan produk-produk lainnya. Trisodium fosfat sangat penting sebagai agen pembersih, sebagai pelunak air, dan untuk menjaga korosi pipa-pipa

6. Fosfor juga merupakan bahan penting bagi sel-sel protoplasma, jaringan saraf dan tulang

7. Bahan tambahan dalam deterjen, bahan pembersih lantai dan insektisida. Selain itu fosfor diaplikasikan pula pada LED (Light Emitting Diode) untuk menghasilkan cahaya putih

8. Fosfor merupakan bahan makanan utama yang digunakan oleh semua organisme untuk energi dan pertumbuhan.

b. Kerugian

1.   Penyalahgunan fosfor menjadi Bom yang sangat mengerikan. Fosfor bom  memiliki sifat utama membakar. Menurut Ang Swee Chai, seorang perempuan, dokter ortopedis kelahiran Malaysia yang juga seorang ahli medis. Dalam bukunya ”From Beirut to Jerusalem” (Kuala Lumpur, 2002), zat fosfornya biasanya akan menempel di kulit, paru-paru, dan usus para korban selama bertahun-tahun, terus membakar dan menghanguskan serta menyebabkan nyeri berkepanjangan. Para korban bom ini akan mengeluarkan gas fosfor hingga nafas terakhir

2.   Ketika fosfor putih ditembakan atau dibakar udara maka akan bereaksi dengan oksigen membentuk fosfor pentaoksida (P₂O₅). Walaupun fosfor berbahaya namun yang paling berbahaya yaitu terletak pada proses pembakaran fosfor dan hasil pembakaran fosfor bukan pada ledakannya

3.   Pembakaran fosfor di udara berlangsung sangat eksotermis yaitu menghasilkan suhu sekitar 800°C. Suhu yang tinggi inilah yang akan merusak jaringan tubuh seperti luka bakar ketika mengenai organ-organ tubuh. Sedangkan hasil pembakaran fosfor putih yaitu berupa P₂O₅ dalam bentuk asap. Asap yang dihasilkan sangat berbahaya karena selain beracun asap inipun bersifat korosif atau dapat pula bereaksi dengan organ-organ tubuh manusia. Oleh sebab itu jika fosfor ditembakan atau yang digunakan sebagai bom ketika terbakar akan merusak sebagian besar jaringan tubuh. Misalnya jika mengenai mata maka akan menyebabkan kebutaan, jika dihirup akan merusak kerongkongan bahkan paru-paru jika dalam jumlah yang lebih banyak, jika mengenai kulit maka akan menyebabkan luka bakar dan akan lebih parah lagi jika terkena dalam jumlah banyak.

F. Senyawa-Senyawa Paling Umum dengan Unsur Fosfor

1. Fosfor yang dapat dikonsumsi oleh tanaman adalah dalam bentuk fosfat, seperti diamonium fosfat ((NH₄)₂HPO₄) atau kalsium fosfat dihidrogen (Ca(H₂PO₄)₂)

2. Trinatrium fosfat (Na₃PO₄), Seyawa fosfor anorganik yang biasa terdapat di perairan

3. Sumber alami fosfor diperairan adalah pelapukan batuan mineral, misalnya fluorapatite [Ca₅-(PO₄)₃F], hydroxylapatite [Ca₅-(PO₄)₃OH], strengire [Fe(PO₄)2H₂O], whitlockite [Ca₅-(PO₄)₂], dan berlinite (AIPO₄)

4. Senyawa anorganik fosfat dalam air laut pada umumnya berada dalam bentuk ion (orto) asam fosfat (H₃PO₄), dimana 10% sebagai ion fosfat dan 90% dalam bentuk HPO₄^2-. Fosfat merupakan unsur yang penting dalam pembentukan protein dan membantu proses metabolisme sel suatu organisme

5. Fluor-apatit                 3 Ca₃(PO₄)₂.CaF

6. Karbonato-apatit         3 Ca3(PO4)₂.CaCO₃

7. Hidroksi-apatit            3 Ca₃(PO4)₂.Ca(OH)2

8. Oksi-apatit                  3 Ca₃(PO₄)₂.CaO

9. Trikalsium-fosfat         Ca₃(PO₄)₂

10. Dikalsium-fosfat         CaHPO₄

11. Monokalsium-fosfat   Ca(H₂PO₄)_2.

G.          Oksida Fosfor

Struktur oksida fosfor P₄O₁₀, P₄O₉, P₄O₇, dan P₄O₆ telah ditentukan.

Fosfor Pentoksida, P₄O₁₀, adalah padatan kristalin putih dan dapat tersublimasi, terbentuk bila fosfor dioksidasi dengan sempurna. Empat atom fosfor menempati tetrahedra dan dijembatani oleh atom-atom oksigen. Karena atom oksigen diikat ke setiap atom fosfor, polihedra koordinasi oksigen juga tetrahedral. Bila P₄O₁₀ molekular dipanaskan, terbentuk isomer yang berstruktur gelas. Bentuk gelas ini merupakan polimer yang terdiri atas tetrahedra fosfor oksida dengan komposisi yang sama dan dihubungkan satu sama lain dalam lembaran-lembaran.

Karena senyawa ini sangat reaktif pada air, senyawa ini digunakan sebagai bahan pengering.  Tidak hanya sebagai desikan, tetapi merupakan bahan dehidrasi yang kuat, dan N₂O₅ atau SO₃ dapat dibentuk dengan mendehidrasikan HNO₃ dan H₂SO₄ dengan fosfor pentoksida. Fosfor pentoksida membentuk asam fosfat, H₃PO₄, bila direaksikan dengan sejumlah air yang cukup, tetapi bila air yang digunakan tidak cukup, berbagai bentuk asam fosfat terkondensasi akan dihasilkan bergantung kuantitas air yang digunakan.

Fosfor trioksida, P₄O₆, adalah oksida molekular, dan struktur tetrahedralnya dihasilkan dari penghilangan atom oksigen terminal dari fosfor pentoksida. Masing-masing fosfor berkoordinasi 3. Senyawa ini dihasilkan bila fosfor putih dioksidasi pada suhu rendah dengan oksigen terbatas.

Oksida dengan komposisi di antara fosfor pentoksida dan trioksida memiliki 3 sampai 1 atom oksigen terminal dan strukturnya telah dianalisis. Walaupun arsen dan antimon menghasilkan oksida molekular As₄O₆ dan Sb₄O₆ yang memiliki sruktur yang mirip dengan P₄O₆, bismut membentuk oksida polimerik dengan komposisi Bi₂O₃.

H.Alotrof Fosfor

Fosfor diproduksi dengan mereduksi kalsium fosfat, Ca3(PO4)2, dengan batuan kuarsa dan batubara. Alotrop fosfor meliputi fosfor putih, fosfor merah, dan fosfor hitam.

1. Fosfor Putih adalah molekul dengan komposisi P4.

Fosfor Putih adalah molekul dengan komposisi P4. Fosfor putih memiliki titik leleh rendah (mp 44.1^oC) dan larut dalam benzen atau karbon disulfida. Karena fosfor putih piroforik dan sangat beracun, fosfor putih harus ditangani dengan hati-hati.

2. Fosfor Merah

Fosfor Merah berstruktur amorf dan strukturnya tidak jelas. Komponen utamanya diasumsikanberupa rantai yang dibentuk dengan polimerisasi molekul P4 sebagai hasil pembukaan satu ikatan P-P. Fosfor merah tidak bersifat piroforik dan tidak beracun, dan digunakan dalam jumlah yang sangat banyak untuk memproduksi korek, dsb.

3. Fosfor Hitam

Fosfor Hitam adalah isotop yang paling stabil dan didapatkan dari fosfor putih pada tekanan tinggi (sekitar 8 GPa). Fosfor hitam memiliki kilap logam dan berstruktur lamelar. Walaupunfosfor hitam bersifat semikonduktor pada tekanan normal, fosfor hitam menunjukkan sifat logampada tekanan tinggi (10 GPa).

I.   Senyawa H3PO4