Ffosffad

Oddi ar Wicipedia
Neidio i: llywio, chwilio
Ffosffad
Stereo skeletal formula of phosphate
Aromatic ball and stick model of phosphate Space-filling model of phosphate
Names
Enw Systematig IUPAC
Phosphate[1]
Dynodwyr
3D model (Jmol)
Cyfeirnodau Beilstein 3903772
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.110.746
Cyfeirnodau Gmelin 1997
MeSH [www.nlm.nih.gov/cgi/show_data.php?acc={{{MeSH}}} {{{MeSH}}}]
PubChem
UNII
Priodweddau
Fformiwla cemegol PO3−4
Màs molar 94.9714 g mol−1
Oni nodir yn wahanol, nodir data ar gyfer defnyddiau yn eu cyflwr arferol (ar dymheredd o 25 °C (77 °F), 100 kPa)
Infobox references

Cemegyn ac ion anorganig yw ffosffad (PO43-). Halen asid ffosfforig, wedi'i nodweddi gan atom o ffosfforws. Oherwydd ei natur dra adweithiol, ar y ffurf yma wedi'i glymu ag ocsigen (wedi'i ocsideiddio) y mae'r elfen ffosfforws yn bodoli mewn natur bron yn ddieithriad. (Pan nad yw wedi ïoneiddio, ffurfia asid ffosfforig (H3PO4).) Mewn cemeg organig gall ffosffad ffurfio esterau gyda chyfansoddion eraill. Mae esterau (ac anhydradau asid) ffosffad yn hollbwysig mewn biocemeg a gweithgaredd cemegol bywyd.  Mae patrwm ïoneiddio ffosffad, er yn syml, yn cyfrannu'n sylweddol i'r hyn y galwn yn fywyd. Enghraifft o hyn yw'r modd y mae yn cadw pH celloedd (yn arbennig y cytoplasm) yn gyson (byffer). Heb hwn ni fyddai modd i broteinau gweithredu fel ensymau. Fel arfer mae'r ffosffad biolegol yn bodoli mewn ffurf wedi'i glymu a moleciwl organig (hy. yn cynnwys carbon) trwy fond ester, er bod bondiau asid anhydrid yn nodweddi prosesau sy'n ymwneud ag egni (ee. ATP a 1,3 diffosffoglycerad yng nglycolysis).

Ffynonellau diwydiannol ffosffad[golygu | golygu cod y dudalen]

O amaethyddiaeth y daw'r galw diwydiannol fwyaf am ffosffad. Yn ddiarwybod iddynt, ers cyfnod yr hen Eifftiaid bu ffermwyr yn rhoi tail neu mineralau yn ei gynnwys ar gnydau i'w hysgogi[2]. Ar ôl darganfyddiad bodolaeth, ac yna phwysigrwydd, ffosfforws aethpwyd ati i ddefnyddio wrin (troeth) ac esgyrn fel ffynhonnell. Yn 1802 darganfuwyd tomennydd enfawr o faw adar yn ne America gan Alexander von Humboldt (yn anturiaethwr gwyddonol o'r Almaen) ac fe aeth ati i astudio ei gwerth fel cwrtaith. Roedd brodorion y cyfandir eisioes yn gyfarwydd â'i briodoleddau ac mi ddaw'r enw amdano, Giwana (Guano) (cyfarwydd iawn yng Nghymru), o'r enw Quechua (wanu) am unrhyw faw anifail a ddefnyddid fel cwrtaith. Erbyn canol y ganrif roedd diwydiant allforio mawr wedi tyfu[3][4]. Erbyn diwedd yr 19 ganrif roedd mwyngloddio creigiau ffosffad wedi cymryd lle giwana fel prif ffynhonnell ffosfforws diwydiannol, ond erys galw sy'n cynyddu'n ddiweddar amdano o du amaethwyr "organig"[5].

Ers yr 1890au mwyngloddio creigiau ffosffad anorganig bu brif ffynhonnell yr elfen. Ar ffurf (amhur) ffosffad calsiwm (apatit) y mae'r rhan fwyaf ohono. Fe'i ffurfiwyd o waddodion morol dros filiynau o flynyddoedd cyn dod i'r wyneb drwy symudiadau tectonig y ddaear. Yn yr Unol Daleithiau cychwynnodd y diwydiant, ond mae bellach cyflenwadau sylweddol ohono yn Tsieina a Rwsia. Ond o bwys yn yr hinsawdd geo-wleidyddol bresennol yw bod tua hanner cyflenwad y byd i'w canfod mewn gwledydd arabaidd[6] , yn bennaf Moroco, lle mae dros 70% ar hyn o bryd. Nid yw'r broses o fwyngloddio yn garedig i'r amgylchedd am sawl reswm. Un yw presenoldeb metalau trwm gwenwynig (Cd, Pb, Ni, Cu, Cr ac U) yn y creigiau. Mae hanes gwlad-ynys fechan Nawrw (y drydedd lleiaf yn y byd, ar ôl y Fatican a Monaco) yn enghraifft o'r ddilema wleidyddol-fasnachol. Am rai degawdau ar ôl yr ail ryfel byd roedd gan y brodorion un o safonau byw ucha'r Môr Tawel, ac yn y 1960au hwyr a'r 1970au cynnar roedd gan ei phoblogaeth o ryw 10,000 yr incwm yn ôl y pen uchaf o unrhyw wlad yn yr holl fyd. Erbyn 2000 'roedd y mwyn wedi'i llwyr disbyddu. O 2001 i 2007 bu'r ynys yn ddibynnol ar gytundeb i gynnar carchar ar gyfer Llywodraeth Awstralia. Gyda 10% o'r boblogaeth yn dibynnu arno, daeth tlodi yn sgil ei gai yn 2008 ac fe'i ail hagorwyd yn garchar i ymgeiswyr lloches yn 2012[7].

Dadla rhai na fydd cyflenwadau cyfleus (sef rhâd) mwyn ffosffad yn para'n hir i'r dyfodol, gan ddylanwadi'n sylweddol ar amaethyddiaeth (ac, felly, prisiau bwyd). Yn 2011, dadleuodd Carpenter a Bennett[8] y byddai prinder byd eang ohono erbyn 2040. Bu cryn gyhoeddusrwydd i hyn yn y wasg gyda chymharu "brig ffosfforws"[9] gyda'r "brig olew"[10] - y gred lle yr ydym wedi pasio'r foment o gynhyrchu mwyaf y sylweddau. O hyn allan byddant yn brinnach. Yn sicr, er bod ffosfforws yn un o'r elfennau mwyaf cyffredin mewn creigiau (0.1%[11]) mae wedi’i gwasgaru'n denau. Mae ein harfer o amaeth diwydiannol presennol yn dibynnu ar crynodiadau uchel ohono.

Ffosffad mewn pethau byw[golygu | golygu cod y dudalen]

Fframwaith hydrocsiapatit (calsiwm ffosffad) mewn asgwrn. (Normal ar y chwith, Treuliwyd ar y dde)

Mae ffosffad yn bresennol ym mhopeth byw at y ddaear ac nid oes modd cynnal bywyd hebddo. Mae'n chwarae rôl hollbwysig ym mhrosesau biocemeg rheoli ac egnio bywyd. Mae'n debyg iddo chwarae rhan holl bwysig wrth i fywyd ffurfio (abiogenesis) tua phedwar biliwn (mil miliwn) o flynyddoedd yn ôl. Datgelir hyn heddiw yn ei rôl greiddiol mewn asidau niwclëig (DNA ac RNA) a'r ffosffolipidau sy'n ffurfio pilen pob cell - ddwy gydran hanfodol i fywyd. Mae'n rhan hollbwysig a gweithredol o'r moleciwl ATP sy'n ganolog i gyfundrefn egni bywyd at y ddaear. Mae'n debygol fod adweithiau’r moleciwl hwn (sef ATP) a'u gwreiddiau yn y byd abiotig[12].

Yn ecosystemau dŵr croyw (hy. nid ecosystemau'r moroedd hallt) mae'n debyg mae ffynhonnell ffosffad yw'r brif factor (heblaw am ddŵr) sy'n terfynu’r biomas (sef pa faint o fywyd y medrid ei gynnal). Cyflwynwyd syniad "Ddeddf y lleiafswm" gan Carl Sprengel[13] (1828) a'i boblogeiddio gan Justus von Liebig. (Fe'i gelwir yn aml "Ddeddf Liebig" o'r herwydd.) I ddynoliaeth, mae hwn yn allweddol wrth ystyried pa faint o gynnyrch amaethyddol y medrid ei gynhyrchu ar unrhyw dir. Ffactor bwysig iawn wrth i boblogaeth y byd dal i gynyddu o'r 7.3 biliwn presennol i'r 9.7 biliwn y disgwylid[14] yn 2050. (Yn y moroedd, mae'n debyg mai cemegolion nitrogen sy'n chwarae'r un rôl terfynu.)

Disgwylir i'r galw blynyddol am wrtaith ffosffad amaethyddiaeth y byd fod yn 46,648,000 tunnell (fel P2O5) yn 2018[15] (16,242,000 tun ohono yn nwyrain Asia). Ceir ddefnydd eang o wrtaith "NPK". Cyfeiria'r llythrennau at y maethynnau nitrogen (N), ffosfforws (P) a photasiwm (K). Mae confensiwn i ddisgrifio cynnwys yr hyn a fasnachir (ee. 10-10-10 a 16-4-8). Dyma ganradd cynnwys y tair elfen. Yn ôl confensiwn, cyfrifir y ddau olaf fel P2O5 a K2O (er nad ydy'r cyfansoddion adweithiol iawn hyn yn y cymysgedd).

Mae bywyd yn dibynnu ar reolaeth lwyr o'r holl brosesau biofoleciwlar. Gellir ystyried hyn yn rhan o ddiffiniad bywyd. Digwydd ar sawl lefel ac mae ffosffad yn chwarae rhan yn nifer ohonynt. Sonnir uchod am ei rôl yng nghyfundrefn DNA/RNA (rheoli trawsgrifio a throsi proteinau) ond hefyd chwara rhan wrth reoli ensymau yn uniongyrchol. Yn aml iawn fe gynnir a ddiffoddir actifedd ensym trwy ei gyfuno a a'i ryddhau oddi wrth ffosffad (megis switsh). Fel rheol trosglwyddir y ffosffad i'r protein o ATP trwy gyfrwng ensymau Cinas ac fe'i rhyddheir gan ensymau Ffosffatas. Mae cannoedd o wahanol fathau o'r rhain mewn celloedd (tua 500 yn y genom dynol) - ac mae eu deall yn destun ymchwil allweddol i ddeall clefydau megis cancr - heb son am sut y maent yn cynnal y corff iach.

At lefel mwy macrosgobig, ffosffad (ynghyd a chalsiwm, Ca2+) yw brif gynhwysiad esgyrn a dannedd. Mae anghytbwysedd batholegol yn lefel ffosffad yn y corff ddynol (hyper- a hypo-ffosffademia) yn arwain at anhwylderau[16].

Daw ymddygiad gwenynig drwgenwog "Arsenig" (fel arfer ar ffurf arsenad) yn rhannol oherwydd ei berthynas (grŵp 15) a ffosfforws. Mae arsenad yn "edrych" ac yn ymddwyn yn debyg iawn i ffosffad i nifer o ensymau hanfodol i fywyd. Ar yr un trywydd, yn 2010 ymddangosodd adroddiad safonol (yn Science)[17] yn honni darganfod bacteriwm oedd yn defnyddio arsenad yn lle ffosffad mewn DNA. Camgymeriad oedd hwn[18].

Ffosffad fel llygredd yr amgylchedd[golygu | golygu cod y dudalen]

Ers y 1960au sylweddolwyd bod defnydd diwydiannol dynoliaeth o ffosffad yn arwain at broblemau yn yr amgylchedd[19]. Oherwydd ei ddawn i fagu tyfiant (Deddf y lleiafswm, gw. uchod) mae gormodedd o ffosffad yn yr amgylchedd yn aml yn creu anghydbwysedd ecolegol. Enghraifft o hyn yw Ewtroffigedd mewn dyfroedd, pryd mae gormod o dyfiant micro-organebau (megis bacteria ac algâu) yn sugno cymaint o ocsigen o'r dŵr (wrth ei ddefnyddio mewn resbiradaeth) fel y bo organebau sy'n ddibynnol ar yr ocsigen hwnnw yn marw. Mae pydru'r cyrff marw yn rhyddhau fwy o ffosffad ac yn creu cylch dieflig.

Un ffordd ymarferol o leihau llygredd ffosffad yn yr amgylchedd oedd ei wahardd o sebonau (detergents). Daeth gwaharddiad o'i ddefnydd mewn sebonau dillad i rym yn yr Undeb Ewropeaidd ym Mehefin 2013, ac mewn sebonau golchi llestri yn Ionawr 2017[20].  Mae nifer o wledydd ynghyd a sawl talaith yn yr UDA hefyd wedi gwahardd eu gwahardd mewn gwahanol ffyrdd. 

Cyfeiriadau[golygu | golygu cod y dudalen]

  1. "Phosphates – PubChem Public Chemical Database". The PubChem Project. USA: National Center of Biotechnology Information. http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/summary/summary.cgi?cid=1061&loc=ec_rcs.
  2. (Saesneg) Heinrich W. Scherer. "Fertilizers" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. 2000, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a10_323.pub3
  3. (Saesneg) http://www.peruthisweek.com/blogs-history-of-the-peruvian-guano-industry-103794 Darllennwyd 17 Ebrill 2017.
  4. (Saesneg) http://www.historytoday.com/john-peter-olinger/guano-age-peru (angen tanysgrifiad)
  5. (Saesneg) http://www.organicfarming.com.au/product/guano/ Darllennwyd 17 Ebrill 2017.
  6. (Saesneg) http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/phosphate_rock/ Darllennwyd 17 Ebrill 2017.
  7. (Saesneg) http://www.dailytelegraph.com.au/follow-fraser-not-howard-senate-told/news-story/5f9b57540d23b5f1f532cf1d4af61f9f "Asylum bill passes parliament". The Daily Telegraph. 16 Awst 2012. Darllennwyd 17 Ebrill 2017.
  8. (Saesneg) Carpenter S.R. & Bennett E.M. (2011). "Reconsideration of the planetary boundary for phosphorus". Environmental Research Letters. 6 (1): 1–12. Bibcode:2011ERL.....6a4009C. doi:10.1088/1748-9326/6/1/014009.
  9. (Saesneg) http://www.americanscientist.org/issues/pub/does-peak-phosphorus-loom
  10. (Saesneg) https://www.princeton.edu/hubbert/the-peak.html Darllennwyd 17 Ebrill 2017.
  11. (Saesneg) Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford:Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
  12. (Saesneg) Keller, Markus A.; Turchyn, Alexandra V.; Ralser, Markus (25 Mawrth 2014). "Non‐enzymatic glycolysis and pentose phosphate pathway‐like reactions in a plausible Archean ocean". Molecular Systems Biology (Heidelberg, Germany: EMBO Press ar ran yr European Molecular Biology Organization) 10 (725). doi:10.1002/msb.20145228. ISSN 1744-4292. PMC 4023395. PMID 24771084. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=4023395.
  13. (Almaeneg) Die Lehre vom Dünger oder Beschreibung aller bei der Landwirthschaft gebräuchlicher vegetablilischer, animalischer und mineralischer Düngermaterialien, nebst Erklärung ihrer Wirkungsart. Leipzig, 1839
  14. (Saesneg) http://www.un.org/en/development/desa/news/population/2015-report.html
  15. (Saesneg) http://www.fao.org/3/a-i4324e.pdf Darllennwyd 17 Ebrill 2017.
  16. (Saesneg) "Phosphates – PubChem Public Chemical Database". The PubChem Project. USA: National Center of Biotechnology Information. http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/summary/summary.cgi?cid=1061&loc=ec_rcs.
  17. (Saesneg) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21127214
  18. (Saesneg) http://scienceblogs.com/webeasties/2010/12/05/guest-post-arsenate-based-dna/ (er enghraifft) Darllennwyd 17 Ebrill 2017.
  19. (Saesneg) Water Report: Eutrophication of water bodies: Insights for an age old problem. G. Fred Lee, Walter Rast, R. Anne Jones (1978) Environ. Sci. Technol., 12, 900–908 DOI: 10.1021/es60144a606 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es60144a606
  20. (Saesneg) Comisiwn Ewrop (datganiad i'r wasg, Brwsel 14 Rhagfyr 2011) http://europa.eu/rapid/press-release_IP-11-1542_en.htm Darllenwyd Ebrill 25 2017