FOSFOR

(AKA)BOGOR 2012

BAB I

PENDAHULUAN

Fosfor adalah unsur kimia yang memiliki lambang P dengan nomor atom 15.Fosfor berupa nonlogam, bervalensi banyak, termasuk golongan nitrogen, banyak ditemui dalam batuan fosfat anorganik dan dalam semua sel hidup tetapi tidak pernah ditemui dalam bentuk unsur bebasnya. Fosfor amatlah reaktif, memancarkan pendar cahaya yang lemah ketika bergabung dengan oksigen, ditemukan dalam berbagai bentuk, dan merupakan unsur penting dalam makhluk hidup.

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).

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 HPO42-. Fosfat merupakan unsur yang penting dalam pembentukan protein dan membantu proses metabolisme sel suatu organisme (Hutagalung et al, 1997)

BAB II

PEMBAHASAN

KARAKTERISTIK

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.

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.

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 HPO42-. 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-, HPO42-, PO43-. 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).

Fosfat dalam air laut berbentuk ion fosfat. Ion fosfat dibutuhkan pada proses fotosintesis dan proses lainnya dalam tumbuhan (bentuk ATP dan Nukleotid koenzim). Penyerapan dari fosfat dapat berlangsung terus walaupun dalam keadaan gelap. Ortofosfat (H3PO4) adalah bentuk fosfat anorganik yang paling banyak terdapat dalam siklus fosfat. Distribusi bentuk yang beragam dari fosfat di air laut dipengaruhi oleh proses biologi dan fisik. Dipermukaan air, fosfat di angkut oleh fitoplankton sejak proses fotosintesis. Konsentrasi fosfat di atas 0,3 µm akan menyebabkan kecepatan pertumbuhan pada banyak spesies fitoplankton. Untuk konsentrasi dibawah 0,3 µm ada bagian sel yang cocok menghalangi dan sel fosfat kurang diproduksi.

Mungkin hal ini tidak akan terjadi di laut sejak NO3 selalu habis sebelum PO4 jatuh ke tingkat yang kritis. Pada musim panas, permukaan air mendekati 50% seperti organik-P. Di laut dalam kebanyakan P berbentuk inorganik. Di musim dingin hampir semua P adalah inorganik. Variasi di perairan pantai terjadi karena proses upwelling dan kelimpahan fitoplankton. Pencampuran yang terjadi dipermukaan pada musim dingin dapat disebabkan oleh bentuk linear di air dangkal. Setelah musim dingin dan musim panas kelimpahan fosfat akan sangat berkurang.Fosfor berperan dalam transfer energi di dalam sel, misalnya yang terdapat pada ATP (Adenosine Triphospate) dan ADP (Adenosine Diphosphate).

Ortofosfat yang merupakan produk ionisasi dari asam ortofosfat adalah bentuk fosfor yang paling sederhana di perairan . Ortofosfat merupakan bentuk fosfor yang dapat dimanfaatkan secara langsung oleh tumbuhan akuatik, sedangkan polifosfat harus mengalami hidrolisis membentuk ortofosfat terlebih dahulu sebelum dapat dimanfaatkan sebagai sumber fosfat. Setelah masuk kedalam tumbuhan, misalnya fitoplankton, fosfat anorganik mengalami perubahan menjadi organofosfat. Fosfat yang berikatan dengan ferri [Fe2(PO4)3] bersifat tidak larut dan mengendap didasar perairan. Pada saat terjadi kondisi anaerob, ion besi valensi tiga (ferri) ini mengalami reduksi menjadi ion besi valensi dua (ferro) yang bersifat larut dan melepaskan fosfat keperairan, sehingga meningkatkan keberadaan fosfat diperairan (Effendi 2003).

Studi tentang sirkulasi fosfor di lingkungan perairan laut merupakan perhatian di berbagai bidang ilmu bidang ilmu. Dengan menggunakan 32P para peneliti menghasilkan kesimpulan umum bahwa bahwa konsentrasi fosfor akan berubah karena fosfor merupakan salah satu zat yang digunakan oleh fitoplankton dalam proses metabolisme. Damanhuri (1997) menyatakan bahwa kadar fosfat akan semakin tinggi dengan menurnya kedalaman. Konsentrasi fosfat relatif konstan pada perairan dalam biasanya terjadi pengendapan sehingga nutrien meningkat seiring dengan waktu karena proses oksidasi f dan bahan organik. Adanya proses run off yang berasal dari daratan akan mensuplai kadar fosfat pada lapisan permukaan, tetapi ini tidak terlalu besar. Penambahan terbesar dari lapisan dalam melalui proses kenaikan masa air.

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 kaar 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)

Pehitungan persen pada beragam bentuk fosfat di H2O, NaCl, air laut, seperti sebuah fungsi pada pH. Di laut dalam ion fosfat bentuknya lebih penting (50% pada P= 1000 bar atau 10.000 m ). H2PO4- bebas adalah lebih besar dengan persentase 49%, MgPO4-, 46%, dan 5% CaHPO4. Sementara PO43- 27% seperti MgPO4- dan 73% seperti CaPO4.

IDENTIFIKASI FOSFOR

Identifikasi unsur fosfor menggunakan larutan filtrat Lasaigne yang ditetesi dengan HNO3 pekat sehingga diubah menjadi H3P dan NaNO3. Reaksinya sebagai berikut:

                 

      Kemudian H₃P direkasikan dengan oksigen membentuk oksida fosfor. Reaksinya sebagai berikut :

                 

      Kemudian oksida fosfor yang dihasilkan dalam reaksi ini direaksikan dengan reagensia amonium molibdat dan akan menghasilkan endapan amonium fosfomolibdat yang berwarna kuning. Reaksinya sebagai berikut :

                       

                                                                        ( Kuning )

SENYAWA FOSFOR

a. P₄O₆

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.

P₄O₆  atau yang biasa disebut Fosfor Tri Oksida ( P₂O₃ ). Oksida ini mempunayi beberapa kerakteristik yaitu tidak berwarna dan mudah menguap. Oksida ini terbentuk dari P₄ yang dibakar dalam keadaan kekurangan oksigen.

P₄O_6(aq)  + H₂O_(l)(dingin)   H₃PO₃

P₄O_6(aq)  + H₂O_(l)(panas) fosfor merah

b. P₄O₁₀

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 SO₃dapat 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.

P₄O₁₀  ini terbuat dari P₄ yang dibakar dalam keadaan oksigen berlebih.

P₄O_10(aq) + H₂O_(l)(dingin)   HPO₃  H₄P₂O₇  H₃PO₄

P₄O_10(aq) + HNO_3(aq)  N₂O_5(g) + H₃PO₄

                                                                                                                Pendehidrasi baik

P₄O_10(aq) + H₂SO_4(aq)  SO_3(g) + H₃PO₄                             

Kenapa disebut Pendehidrasi baik ?

Karena apabila direaksikan dengan P₄O₁₀ ,maka  H₂O( molekul air) akan diikat oleh P₄O₁₀ menjadi H₃PO₄ dan nitrat akan menjadi bentuk oksida nitrogen yang merupakan komponen dasar pembentuk asam nitrat.

HNO_3(aq) + H₂O_(l)   N₂O_5(g)

·         Fosfor Halogen

Fosfor halogen yang terpenting PCl₃, PCl₅, POCl₃

a. PCl₃

                                                                   

                PCl₃ adalah cairan yang mudah menguap. PCl₃ ini dibuat dengan mereaksikan fosfor dengan gas Cl_2.

P₄ + Cl₂  PCl₃

PCl₃ apabila direaksikan dengan air maka akan membentuk H₃PO₄

PCl₃ + H₂O_(l)   HPO₃  +  HCl_(aq)

b. PCl₅

                PCl₅ dibuat dengan meraksikan fosfor dengan gas Cl₂ yang berlebih.

P₄ + Cl₂  PCl₃             PCl₅

PCl₅ ini tidak stabil karena 2 atom klor sangat lemah ikatannya .

c. POCl₃ (fosforil halida)

            POCl₃ merupakan komponen yang dipakai dalam zat pemadam kebakaran. POCl₃ apabila dihidrolisis dengan air maka akan terbentuk asam fosfat.

POCl₃ + + H₂O_(l)   HPO₃  +  HCl_(aq)

1. Reaksi  dengan oksigen

             Fosfor dapat bereaksi dengan oksigen membentuk difosfor(V) oksida. Reaksinya sebagai berikut :

            4P_(s)  +  5O_2(g)  à P₄O_10(s)

2. Reaksi dengan belerang

            Fosfor dapat bereaksi dengan belerang membentuk fosfor(V) sulfida. Reaksinya terjadi diatas suhu 300^oC. Reaksinya sebagai berikut :

            2P_(s) + 5S_(s)  à P₂O_5(l)

3. Reaksi dengan gas klorida

            Fosfor dapat bereaksi dengan gas klorida membentuk fosfor(III) klorida. Reaksinya sebagai berikut :

            Cl_2(g)  +  2P_(s) à 2PCl_3(s)

               

Apabila fosfor(III) klorida direaksikan kembali dengan gas klorida maka akan terbentuk fosfor(V) Klorida

 PCl_3(s)  +  Cl_2(g)  à 2PCl_5(s)

               

Apabila fosfor(III) klorida direaksikan dengan gas oksigen maka akan terbentuk fosfor(V) oksiklorida pada suhu 50 ^oC -60^oC. Reaksinya sebagai berikut :

            PCl_3(s)  +  O_2(g)  à 2POCl_3(s)

           

Apabila fosfor(III) klorida direaksikan dengan belerang maka akan terbentuk fosfor(V) sulfoklorida. Reaksinya sebagai berikut :

            PCl_3(s)  +  S_(g)  à 2PSCl_3(s)

Apabila fosfor(III) klorida direaksikan dengan air maka akan terbentuk asam fosfit dan asam klorida. Reaksinya sebagai berikut :

            PCl_3(s)  +  H₂O_(l)  à 2H₃PO_3(aq)  + HCl_(aq)

4. Reaksi dengan Kalsium Hidroksida dan Air

            Belerang dapat bereaksi dengan kalsium hidroksida dan air asam fosfinik dan kalsium hidrofosfit. Reaksinya sebagai berikut :

            4P_(s) + 3Ca(OH)_2(s)  + 6H₂O_(l)  à 2PH_3(aq) + 3Ca(H₂PO₂)_2(aq)

PROSES PEMBUATAN FOSFOR

Sumber utama industry fosfor adalah Ca₃(PO₄)₂. Unsur fosfor diproduksi dari batuan fosfat yang dipanaskan dengan silika dan kokasdalam tanur listrik (Proses Wohler). Dalam prosesnya, Ca₃(PO₄)₂ dicampur dengan karbon dan silika (SiO₂) pada temperature 1400⁰C - 1500⁰C (dengan bunga api listrik). SiO₂ bereaksi dengan Ca₃(PO₄)₂ pada temperature tersebut mengahasilkan P₄O_{10 (g)}.

Reaksinya sebagai berikut :

            2 Ca₃(PO₄)_{2 (l)}  + 6 SiO_{2 (l)} → 6 CaSiO_{3 (l)}  + P­₄O_{10 (g)}

Kemudian , P­₄O_{10 (g)} direduksi dengan karbon , reaksinya sebagai berikut :

            P­₄O_{10 (g)}  + C _(s) → P_{4 (g)}  + 10 CO_{2 (g)}

                P_{4­ (g)} yang terjadi dikristalkan dan disimpan di dalam CS₂ cair atau di dalam air. Hal itu guna menghindari terjadinya oksidasi dengan oksigen  dari udara yang cepat terjadi pada temperatur 30⁰C berupa nyala fosfor. P₄ hasil pengolahan merupakan salah satu bentuk alotropi fosfor, yaitu fosfor putih.

KEGUNAAN FOSFOR

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