fosfat -Phosphate
|
|||
Nume | |||
---|---|---|---|
Denumirea IUPAC sistematică
Fosfat |
|||
Identificatori | |||
Model 3D ( JSmol )
|
|||
3903772 | |||
ChEBI | |||
ChemSpider | |||
1997 | |||
Plasă | Fosfați | ||
PubChem CID
|
|||
UNII | |||
|
|||
|
|||
Proprietăți | |||
PO3− 4 |
|||
Masă molară | 94,9714 g mol −1 | ||
Acid conjugat | Fosfat monohidrogen | ||
Cu excepția cazului în care se menționează altfel, datele sunt date pentru materialele în starea lor standard (la 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
În chimie , un fosfat este un anion , sare , grupare funcțională sau ester derivat dintr - un acid fosforic . Cel mai frecvent înseamnă ortofosfat , un derivat al acidului ortofosforic H
3PO
4.
Ionul fosfat sau ortofosfat [ PO
4]3−
este derivat din acidul fosforic prin îndepărtarea a trei protoni H+
. Îndepărtarea unuia sau a doi protoni dă ionul fosfat dihidrogen [H
2PO
4]−
și ionul de hidrogen fosfat [HPO
4]2−
ion, respectiv. Aceste denumiri sunt, de asemenea, folosite pentru sărurile acelor anioni, cum ar fi fosfatul dihidrogen de amoniu și fosfatul trisodic .
În chimia organică , fosfatul sau ortofosfatul este un organofosfat , un ester al acidului ortofosforic de forma PO
4RR′R″ în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu grupări organice . Un exemplu este fosfatul de trimetil , (CH
3)
3PO
4. Termenul se referă și la grupa funcțională trivalentă OP(O-)
3în astfel de esteri.
Ortofosfații sunt deosebit de importanți printre diferiții fosfați din cauza rolurilor lor cheie în biochimie , biogeochimie și ecologie și a importanței lor economice pentru agricultură și industrie. Adăugarea și îndepărtarea grupărilor fosfat ( fosforilare și defosforilare ) sunt pași cheie în metabolismul celular .
Ortofosfații se pot condensa pentru a forma pirofosfați .
Proprietăți chimice
Ionul fosfat are o masă molară de 94,97 g/mol și constă dintr-un atom central de fosfor înconjurat de patru atomi de oxigen într-un aranjament tetraedric . Este baza conjugată a ionului de hidrogen fosfat H(PO
4)2−
, care la rândul său este baza conjugată a ionului dihidrogen fosfat H
2(PO
4)−
, care la rândul său este baza conjugată a acidului ortofosforic , H
3PO
4.
Mulți fosfați sunt solubili în apă la temperatură și presiune standard . Fosfații de sodiu, potasiu, rubidiu , cesiu și amoniu sunt toți solubili în apă. Majoritatea celorlalți fosfați sunt doar puțin solubili sau sunt insolubili în apă. De regulă, hidrogenul și fosfații dihidrogenați sunt puțin mai solubili decât fosfații corespunzători.
Echilibre în soluție
În soluție de apă, acidul ortofosforic și cei trei anioni derivați ai săi coexistă conform echilibrelor de disociere și recombinare de mai jos
Echilibru | Constanta de disociere K a | p K a |
---|---|---|
H 3 PO 4 ⇌ H 2PO− 4+ H+ |
K a 1 = [ H+ ] [ H 2PO− 4] / [ H 3PO 4] ≈ 7,5 × 10 −3 |
p K a1 = 2,14 |
H 2PO− 4⇌ HPO2− 4+ H+ |
K a 2 = [ H+ ] [ HPO2− 4] / [ H 2PO− 4] ≈ 6,2 × 10 −8 |
p K a2 = 7,20 |
HPO2− 4⇌ PO3− 4+ H+ |
K a 3 = [ H+ ] [ PO3− 4] / [ HPO2− 4] ≈ 2,14 × 10 −13 |
p K a3 = 12,37 |
Valorile sunt la 25 °C și 0 putere ionică.
Valorile p Ka sunt valorile pH - ului în care concentrația fiecărei specii este egală cu cea a bazelor sale conjugate . La pH 1 sau mai mic, acidul fosforic este practic nedisociat. În jurul valorii de pH 4,7 (la jumătatea distanței dintre primele două valori p Ka ) ionul fosfat dihidrogen, [H
2PO
4]−
, este practic singura specie prezentă. În jurul pH-ului 9,8 (la jumătatea distanței dintre a doua și a treia valoare p Ka ) ionul monohidrogen fosfat, [HPO
4]2−
, este singura specie prezentă. La pH 13 sau mai mare, acidul este complet disociat ca ion fosfat, (PO
4)3−
.
Aceasta înseamnă că sărurile ionilor de mono- și di-fosfat pot fi cristalizate selectiv din soluție apoasă prin stabilirea valorii pH-ului fie la 4,7, fie la 9,8.
De fapt, H
3PO
4, H
2(PO
4)−
și H(PO
4)2−
se comportă ca acizi slabi separați deoarece p K a succesiv diferă cu mai mult de 4.
Fosfatul poate forma mulți ioni polimerici , cum ar fi pirofosfatul (P
2O
7)4−
și trifosfat , (P
3O
10)5−
. Diferiții ioni de metafosfat (care sunt de obicei polimeri liniari lungi) au o formulă empirică de (PO
3)−
și se găsesc în mulți compuși.
Biochimia fosfaților
În sistemele biologice , fosforul poate fi găsit ca anioni fosfat liber în soluție ( fosfat anorganic ) sau legat de molecule organice ca diverși organofosfați .
Fosfatul anorganic este în general notat P i și la pH fiziologic (homeostatic) constă în principal dintr-un amestec de [HPO
4]2−
și [H
2PO
4]−
ionii. La un pH neutru, ca și în citosol (pH = 7,0), concentrațiile de acid ortofosforic și cei trei anioni ai săi au rapoartele
- [ H
2PO−
4] / [ H
3PO
4] ≈ 7,5 × 10 4 - [ HPO2−
4] / [ H
2PO−
4] ≈ 0,62 - [ PO3−
4] / [ HPO2−
4] ≈ 2,14 × 10 −6
Astfel, numai [H
2PO
4]−
și [HPO
4]2−
ionii sunt prezenți în cantități semnificative în citosol (62% [H
2PO
4]−
, 38% [HPO
4]2−
). În lichidul extracelular (pH = 7,4), această proporție este inversată (61% [HPO
4]2−
, 39% [H
2PO
4]−
).
Fosfatul anorganic poate fi prezent și ca anioni pirofosfat [P
2O
7]4−
, care poate da ortofosfat prin hidroliză :
-
[P
2O
7]4−
+ H2O ⇌2 [HPO
4]2−
Fosfații organici se găsesc în mod obișnuit sub formă de esteri ca nucleotide (de exemplu AMP , ADP și ATP ) și în ADN și ARN . Anionii ortofosfat liberi pot fi eliberați prin hidroliza legăturilor fosfoanhidride în ATP sau ADP. Aceste reacții de fosforilare și defosforilare sunt stocarea imediată și sursa de energie pentru multe procese metabolice . ATP și ADP sunt adesea denumiți fosfați cu energie înaltă , la fel ca și fosfagenii din țesutul muscular. Reacții similare există și pentru ceilalți nucleozidi difosfați și trifosfați .
Oasele și dinții
O apariție importantă a fosfaților în sistemele biologice este ca material structural al oaselor și dinților. Aceste structuri sunt realizate din fosfat de calciu cristalin sub formă de hidroxiapatită . Smalțul dur dens al dinților mamiferelor poate conține fluoroapatită , un fosfat de hidroxi calciu în care unele dintre grupele hidroxil au fost înlocuite cu ioni de fluor .
Utilizări de cercetare medicală și biologică
Tipul medicinal (sarea) de fosfor este fosfatul. Unii fosfați, care ajută la vindecarea multor infecții ale tractului urinar, sunt utilizați pentru a face urina mai acidă. Pentru a evita dezvoltarea pietrelor de calciu în tractul urinar, se folosesc niște fosfați. Pentru pacienții care nu pot obține suficient fosfor în dieta lor zilnică, fosfații sunt utilizați ca suplimente alimentare, de obicei din cauza anumitor tulburări sau boli. Fosfații injectabili pot fi manipulați numai de către un furnizor de servicii medicale.
Metabolismul plantelor
Plantele preiau fosforul prin mai multe căi: calea micorizală arbusculară și calea de absorbție directă.
Efecte adverse asupra sănătății
Hiperfosfatemia , sau un nivel ridicat de fosfați în sânge, este asociată cu o mortalitate crescută în populația generală. Hiperfosfatemia este, în general, cauzată de aditivi alimentari cu fosfat , deoarece fosfații care sunt prezenți în mod natural în alimente nu sunt absorbiți complet de tractul gastrointestinal . Fosfații induc calcificarea vasculară , iar o concentrație mare de fosfați în sânge sa dovedit a fi un predictor al evenimentelor cardiovasculare .
Fosfații sunt utilizați în mod obișnuit ca aditivi în alimentele procesate industrial și în produsele fast-food . Fast-food-ul și alimentele procesate gata de consumat sunt principalii contributori ai consumului în creștere de fosfat în rândul populației. Aditivii de fosfat se găsesc, de asemenea, în mod obișnuit în băuturile răcoritoare aromate , precum și în anumite produse lactate .
Productie
Apariția geologică
Fosfații sunt forma naturală a elementului fosfor , care se găsește în multe minerale fosfatice . În mineralogie și geologie, fosfatul se referă la o rocă sau minereu care conține ioni de fosfat. Fosfații anorganici sunt extrași pentru a obține fosfor pentru utilizare în agricultură și industrie.
Cel mai mare producător și exportator global de fosfați este Maroc . În America de Nord, cele mai mari zăcăminte se află în regiunea Bone Valley din centrul Floridei , regiunea Soda Springs din sud-estul Idaho și coasta Carolinei de Nord . Depozitele mai mici sunt situate în Montana , Tennessee , Georgia și Carolina de Sud . Mica națiune insulară Nauru și vecina sa insula Banaba , care aveau odinioară zăcăminte masive de fosfat de cea mai bună calitate, au fost exploatate excesiv. Fosfatul de rocă poate fi găsit și în Egipt, Israel, Palestina, Sahara de Vest, Insula Navassa , Tunisia, Togo și Iordania, țări care au industrii mari de minerit de fosfați.
Minele de fosforit se găsesc în principal în:
- America de Nord :Carolina de Nord , Idaho și Tennessee Statele Unite, în special Florida, cu depozite mai mici în
- Africa : Maroc , Algeria , Egipt , Niger , Senegal , Togo , Tunisia .
- Orientul Mijlociu : Israel , Arabia Saudită , Iordania , Siria , Iran și Irak , în orașul Akashat , lângă granița cu Iordania.
- Asia Centrală : Kazahstan
- Oceania : Australia , Makatea , Nauru și insula Banaba
În 2007, la ritmul actual de consum, aprovizionarea cu fosfor era estimată să se epuizeze în 345 de ani. Cu toate acestea, unii oameni de știință au crezut că un „ pic de fosfor ” va avea loc în 30 de ani, iar Dana Cordell de la Institutul pentru Viituri Durabile a spus că „la ritmurile actuale, rezervele se vor epuiza în următorii 50 până la 100 de ani”. Rezervele se referă la suma presupusă recuperabilă la prețurile curente de piață. În 2012, USGS a estimat rezervele mondiale la 71 de miliarde de tone, în timp ce 0,19 miliarde de tone au fost extrase la nivel global în 2011. Fosforul cuprinde 0,1% din masa rocii medii (în timp ce, pentru perspectivă, concentrația sa tipică în vegetație este de 0,03% până la 0,2%). , și în consecință există cvadrilioane de tone de fosfor în scoarța de 3×10 19 tone a Pământului, deși la o concentrație predominant mai mică decât zăcămintele socotite ca rezerve, care sunt inventariate și mai ieftin de extras. Dacă se presupune că mineralele fosfatice din roca fosfatică sunt în principal hidroxiapatită și fluorapatită, mineralele fosfatice conțin aproximativ 18,5% fosfor în greutate. Dacă roca fosfatică conține aproximativ 20% din aceste minerale, roca fosfatică medie are aproximativ 3,7% fosfor în greutate.
Unele zăcăminte de roci fosfatice, cum ar fi Mulberry din Florida, se remarcă prin includerea în cantități semnificative de izotopi de uraniu radioactiv. Aceasta este o preocupare deoarece radioactivitatea poate fi eliberată în apele de suprafață prin aplicarea îngrășământului fosfat rezultat .
În decembrie 2012, Cominco Resources a anunțat o resursă actualizată conformă JORC a proiectului lor Hinda din Congo-Brazzaville de 531 de milioane de tone, ceea ce îl face cel mai mare zăcământ de fosfat măsurat și indicat din lume.
Minerit
Cele trei țări principale producătoare de fosfați (China, Maroc și Statele Unite) reprezintă aproximativ 70% din producția mondială.
Țară | Productie (milioane kg) |
Ponderea producției globale (%) |
Rezerve (milioane kg) |
---|---|---|---|
Algeria | 1.300 | 0,54 | 2.200.000 |
Australia | 2.700 | 1.17 | 1.100.000 |
Brazilia | 4.700 | 3.00 | 1.600.000 |
China | 95.000 | 44,83 | 3.200.000 |
Egipt | 5.000 | 2.47 | 2.800.000 |
Finlanda | 995 | - | 1.000.000 |
India | 1.480 | 0,49 | 46.000 |
Irak | 200 | 0,09 | 430.000 |
Israel | 2.810 | 1.48 | 57.000 |
Iordania | 9.220 | 3.36 | 800.000 |
Kazahstan | 1.500 | 0,72 | 260.000 |
Mexic | 558 | 0,76 | 30.000 |
Maroc și Sahara de Vest | 35.500 | 13.45 | 50.000.000 |
Peru | 4.000 | 1,79 | 210.000 |
Rusia | 13.100 | 5,60 | 600.000 |
Arabia Saudită | 6.500 | 1.48 | 1.400.000 |
Senegal | 3.420 | 0,45 | 50.000 |
Africa de Sud | 2.100 | 0,99 | 1.400.000 |
Siria | 2.000 | 0,34 | 1.800.000 |
A merge | 800 | 0,45 | 30.000 |
Tunisia | 4.110 | 1,79 | 100.000 |
Uzbekistan | 900 | - | 100.000 |
Statele Unite | 23.300 | 12.37 | 1.000.000 |
Vietnam | 4.650 | 1.21 | 30.000 |
Alte țări | 1.140 | 1.17 | 840.000 |
Total | 227.000 | 100 | 71.000.000 |
Ecologie
În termeni ecologici, datorită rolului său important în sistemele biologice, fosfatul este o resursă foarte căutată. Odată utilizat, este adesea un nutrient limitativ în medii , iar disponibilitatea lui poate guverna rata de creștere a organismelor. Acest lucru este valabil în general pentru mediile de apă dulce , în timp ce azotul este cel mai adesea nutrientul limitator în mediile marine (apă de mare). Adăugarea unor niveluri ridicate de fosfat în medii și în micromedii în care este de obicei rar poate avea consecințe ecologice semnificative. De exemplu, înflorește în populațiile unor organisme în detrimentul altora și se poate produce prăbușirea populațiilor lipsite de resurse precum oxigenul (vezi eutrofizarea ). În contextul poluării, fosfații sunt o componentă a solidelor totale dizolvate , un indicator major al calității apei, dar nu tot fosforul este într-o formă moleculară pe care algele o pot descompune și consuma.
Hidroxiapatita de calciu și precipitații de calcit pot fi găsite în jurul bacteriilor din solul aluvionar . Pe măsură ce mineralele argiloase promovează biomineralizarea, prezența bacteriilor și a mineralelor argiloase a dus la hidroxiapatită de calciu și precipitate de calcit.
Depozitele de fosfat pot conține cantități semnificative de metale grele naturale. Operațiunile miniere care prelucrează roca de fosfat pot lăsa grămezi de steril care conțin niveluri ridicate de cadmiu , plumb , nichel , cupru , crom și uraniu . Dacă nu sunt gestionate cu atenție, aceste deșeuri pot scurge metale grele în apele subterane sau în estuarele din apropiere. Absorbția acestor substanțe de către plante și viața marine poate duce la concentrarea metalelor grele toxice în produsele alimentare.
Vezi si
-
Pirofosfat - (P
2O
7)4−
-
Polifosfat - (HPO
3)
n -
Metafosfat - (POn
3) - Îngrăşământ
-
Hipofosfit - H
2(PO
2)−
- Compuși organofosforici
- Fosfat – OP(OR) 3 , cum ar fi fosfatul de trifenil
- Acoperire de conversie cu fosfat
- Soda cu fosfat , o băutură cu sifon
- Fosfinat – OP(OR)R 2
- Fosfină – PR 3
- Oxid de fosfină – OPR 3
- Fosfinit – P(OR)R 2
- Fosfit – P(OR) 3
- Fosfogips
- Fosfonat – OP(OR) 2 R
- Fosfonit – P(OR) 2 R
- Fosforilarea
- Fosfat de diamoniu - ( NH4 ) 2HP04
- Fosfat disodic – Na 2 HPO 4
- Fosfat monosodic – NaH2PO4 _
- Tripolifosfat de sodiu – Na 5 P 3 O 10
- Bazinul Ouled Abdoun
Referințe
linkuri externe
- US Minerals Databrowser oferă grafice de date care acoperă consumul, producția, importurile, exporturile și prețul pentru fosfat și alte 86 de minerale
- Fosfat: monografie analitică – Asociația pentru Biochimie Clinică și Medicină de Laborator