WikiDer > Фосфат
Имена | |||
---|---|---|---|
Систематическое название ИЮПАК Фосфат[1] | |||
Идентификаторы | |||
3D модель (JSmol) | |||
3903772 | |||
ЧЭБИ | |||
ChemSpider | |||
1997 | |||
MeSH | Фосфаты | ||
PubChem CID | |||
UNII | |||
| |||
| |||
Характеристики | |||
PO3− 4 | |||
Молярная масса | 94,9714 г моль−1 | ||
Конъюгированная кислота | Моногидрофосфат | ||
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |||
проверять (что ?) | |||
Ссылки на инфобоксы | |||
В химия, а фосфат является анион, соль, функциональная группа или же сложный эфир полученный из фосфорная кислота. Чаще всего это означает ортофосфат, производная от ортофосфорная кислота ЧАС
3PO
4.
В фосфат или же ортофосфат ион [PO
4]3−
получается из фосфорной кислоты удалением трех протоны ЧАС+
. Удаление одного или двух протонов дает дигидрофосфат ион [ЧАС
2PO
4]−
и гидрофосфат ион [HPO
4]2−
ion соответственно. Эти названия также используются для солей этих анионов, таких как дигидрофосфат аммония и тринатрийфосфат.
В органическая химия, фосфат или же ортофосфат является органофосфат, сложный эфир ортофосфорной кислоты в форме PO
4RR′R ″ где один или несколько атомов водорода заменены на органический группы. Примером является триметилфосфат, (CH
3)
3PO
4. Термин также относится к трехвалентный функциональная группа OP (O-)
3 в таких эфирах.
Ортофосфаты особенно важны среди различных фосфаты из-за их ключевых ролей в биохимия, биогеохимия, и экология, и их экономическое значение для сельское хозяйство и промышленность.[2] Добавление и удаление фосфатных групп (фосфорилирование и дефосфорилирование) являются ключевыми шагами в клетка метаболизм.
Ортофосфаты могут конденсировать формировать пирофосфаты.
Химические свойства
Фосфат-ион имеет молярная масса 94,97 г / моль и состоит из центрального фосфор атом окружен четырьмя кислород атомы в четырехгранный расположение. Это сопряженное основание гидрофосфат-иона H (PO
4)2−
, которое, в свою очередь, является сопряженным основанием иона дигидрофосфата ЧАС
2(PO
4)−
, которая, в свою очередь, является сопряженным основанием ортофосфорная кислота, ЧАС
3PO
4.
Многие фосфаты не растворимый в воды в стандартная температура и давление. Натрий, калий, рубидий, цезий, и фосфаты аммония все водорастворимы. Большинство других фосфатов плохо растворимы или нерастворимы в воде. Как правило, водород и дигидрофосфаты немного более растворимы, чем соответствующие фосфаты.
Равновесия в растворе
В водном растворе ортофосфорная кислота и три производных от нее аниона сосуществуют в соответствии с равновесиями диссоциации и рекомбинации, приведенными ниже.[3]
Равновесие | Константа диссоциации Kа[4] | пKа |
---|---|---|
ЧАС3PO4 ⇌ ЧАС 2PO− 4 + ЧАС+ | Kа1 = [ ЧАС+ ] [ ЧАС 2PO− 4 ] / [ ЧАС 3PO 4 ] ≈ 7.5 × 10−3 | пKа1 = 2.14 |
ЧАС 2PO− 4 ⇌ HPO2− 4 + ЧАС+ | Kа2 = [ ЧАС+ ] [ HPO2− 4 ] / [ ЧАС 2PO− 4 ] ≈ 6.2 × 10−8 | пKа2 = 7.20 |
HPO2− 4 ⇌ PO3− 4 + ЧАС+ | Kа3 = [ ЧАС+ ] [ PO3− 4 ] / [ HPO2− 4 ] ≈ 2.14 × 10−13 | пKа3 = 12.37 |
Значения в 25 ° C и ионная сила 0.
РKа ценности pH значения, при которых концентрация каждого вида равна концентрации его сопряженные основания. При pH 1 или ниже фосфорная кислота практически не диссоциирует. Примерно pH 4,7 (посередине между первыми двумя pKа значения) дигидрофосфат-ион, [ЧАС
2PO
4]−
, практически единственный существующий вид. Около 9,8 pH (между вторым и третьим pKа значения) моногидрофосфат-ион, [HPO
4]2−
, является единственным присутствующим видом. При pH 13 или выше кислота полностью диссоциирует в виде фосфат-иона, (PO
4)3−
.
Это означает, что соли моно- и дифосфат-ионов можно избирательно кристаллизовать из водного раствора, установив значение pH равным 4,7 или 9,8.
В результате, ЧАС
3PO
4, ЧАС
2(PO
4)−
и H (PO
4)2−
вести себя как отдельные слабые кислоты потому что последовательные pKа отличаются более чем на 4.
Фосфат может образовывать много полимерный ионы, такие как пирофосфат), (П
2О
7)4−
, и трифосфат, (П
3О
10)5−
. Различные метафосфат ионы (которые обычно представляют собой длинные линейные полимеры) имеют эмпирическую формулу (PO
3)−
и находятся во многих соединениях.
Биохимия фосфатов
В биологические системы, фосфор можно найти в виде свободных анионов фосфата в растворе (неорганический фосфат) или связаны с органическими молекулами в виде различных органофосфаты.
Неорганический фосфат обычно обозначают пя и при физиологическом (гомеостатическом) pH в основном состоит из смеси [HPO
4]2−
и [ЧАС
2PO
4]−
ионы. При нейтральном pH, как в цитозоль (pH = 7,0) концентрации ортофосфорной кислоты и трех ее анионов имеют соотношения
- [ ЧАС
2PO−
4 ] / [ ЧАС
3PO
4 ] ≈ 7.5 × 104 - [ HPO2−
4 ] / [ ЧАС
2PO−
4 ] ≈ 0.62 - [ PO3−
4 ] / [ HPO2−
4 ] ≈ 2.14 × 10−6
Таким образом, только [ЧАС
2PO
4]−
и [HPO
4]2−
ионы присутствуют в цитозоле в значительных количествах (62% [ЧАС
2PO
4]−
, 38% [HPO
4]2−
). Во внеклеточной жидкости (pH = 7,4) эта пропорция обратная (61% [HPO
4]2−
, 39% [ЧАС
2PO
4]−
).
Неорганический фосфат может присутствовать также с пирофосфат анионы [П
2О
7]4−
, который может давать ортофосфат путем гидролиз:
- [П
2О
7]4−
+ H2O ⇌ 2 [HPO
4]2−
Органические фосфаты обычно встречаются в виде сложных эфиров в виде нуклеотиды (например. AMP, ADP, и АТФ) И в ДНК и РНК. Свободные анионы ортофосфата могут быть высвобождены при гидролизе фосфоангидрид связи в ATP или ADP. Эти фосфорилирование и дефосфорилирование реакции являются непосредственным хранилищем и источником энергии для многих метаболический процессы. АТФ и АДФ часто называют высокоэнергетические фосфаты, как и фосфагены в мышечной ткани. Подобные реакции существуют и для другого нуклеозида. дифосфаты и трифосфаты.
Кости и зубы
Фосфаты встречаются в биологических системах как структурный материал костей и зубов. Эти структуры сделаны из кристаллических фосфат кальция в виде гидроксиапатит. Твердая плотная эмаль зубы млекопитающих состоит из фторапатит, а гидрокси фосфат кальция, где некоторые гидроксил группы были заменены фторид ионы.
Использование в медицинских и биологических исследованиях
Лечебный вид (соль) фосфора - фосфат. Некоторые фосфаты, которые помогают вылечить многие инфекции мочевыводящих путей, делают мочу более кислой. Чтобы избежать образования кальциевых камней в мочевыводящих путях, используют некоторые фосфаты.[5]. Для пациентов, которые не могут получать достаточное количество фосфора в своем ежедневном рационе, фосфаты используются в качестве пищевых добавок, как правило, из-за определенных нарушений или заболеваний.[5] С инъекционными фосфатами может обращаться только врач или под его или ее наблюдением.[5]
С помощью крошечной иглы врач возьмет образец крови из вены на руке. После введения иглы в пробирку или флакон набирается небольшое количество крови. Когда игла входит или выходит, можно почувствовать небольшую боль. Обычно это занимает менее пяти минут. Этот процесс известен как анализ крови на фосфат. [6]
Метаболизм растений
Растения поглощают фосфор несколькими путями: арбускулярный микоризный путь и путь прямого поглощения.
Производство
Геологическое проявление
Фосфаты - это естественная форма элемента. фосфор, встречается во многих фосфатные минералы. В минералогии и геологии фосфат относится к породе или руде, содержащей ионы фосфата. Неорганические фосфаты добыт для получения фосфора для использования в сельском хозяйстве и промышленности.[2]
Крупнейший мировой производитель и экспортер фосфатов - Марокко. В Северной Америке крупнейшие месторождения находятся в Bone Valley район центрального Флорида, то Soda Springs регион юго-востока Айдахо, и побережье Северная Каролина. Более мелкие месторождения расположены в Монтана, Теннесси, Грузия, и Южная Каролина. Маленькое островное государство Науру и его сосед Остров Банаба, которые раньше имели огромные залежи фосфатов самого высокого качества, разрабатывались чрезмерно. Каменный фосфат также можно найти в Египте, Израиле, Западной Сахаре, Остров Навасса, Тунис, Того и Иордания, страны с крупными предприятиями по добыче фосфатов.
Фосфоритовые рудники в основном находятся в:
- Северная Америка: Северная Каролина, Айдахо, и Теннесси США, особенно Флорида, с меньшими депозитами в
- Африка: Марокко, Алжир, Египет, Нигер, Сенегал, Идти, Тунис.
- Средний Восток: Израиль, Саудовская Аравия, Иордания, Сирия, Иран и Ирак, в городе Акашат, недалеко от границы с Иорданией.
- Центральная Азия: Казахстан
- Океания: Австралия, Макатеа, Науру, и Остров Банаба
В 2007 году, при текущих темпах потребления, запас фосфора, по оценкам, иссякнет через 345 лет.[7] Однако некоторые ученые считали, что "пик фосфора«произойдет через 30 лет, и Дана Корделл из Института устойчивого будущего заявила, что при« нынешних темпах »запасы будут исчерпаны в следующие 50–100 лет.[8] Под запасами понимается предполагаемая извлекаемая сумма по текущим рыночным ценам, и в 2012 году Геологическая служба США оценила мировые запасы в 71 миллиард тонн, тогда как в 2011 году в мире было добыто 0,19 миллиарда тонн.[9] Фосфор составляет 0,1% от массы средней породы.[10] (в то время как, для перспективы, его типичная концентрация в растительности составляет от 0,03% до 0,2%),[11] и, следовательно, в 3 * 10 земных шарах находятся квадриллионы тонн фосфора.19 тонна корочки,[12] хотя и в основном с более низкой концентрацией, чем месторождения, учитываемые как резервы в результате инвентаризации и более дешевые в добыче; если предположить, что фосфатные минералы в фосфоритная руда представляют собой гидроксиапатит и фторапатит, фосфатные минералы содержат примерно 18,5% фосфора по весу, а если фосфоритная порода содержит около 20% этих минералов, средняя фосфатная порода содержит примерно 3,7% фосфора по весу.
Некоторые месторождения фосфатных руд, такие как Шелковица во Флориде,[13] отличаются наличием значительных количеств радиоактивных изотопов урана. Этот синдром заслуживает внимания, поскольку радиоактивность может попадать в поверхностные воды.[14] в процессе внесения полученного фосфатного удобрения (например, на многих фермах по выращиванию табака на юго-востоке США).
В декабре 2012 г. Cominco Resources объявил об обновленном JORC соответствующий ресурс их проекта на хинде в Конго-Браззавиль 531 млн тонн, что делает его крупнейшим измеренным и указанным месторождение фосфатов в мире.[15]
Добыча полезных ископаемых
Три основных страны-производителя фосфатов (Китай, Марокко и США) составляют около 70% мирового производства.
Страна | Производство (млн кг) | Часть Глобальный производство (%) | Резервы (млн кг) |
---|---|---|---|
Алжир | 1,200 | 0.54 | 2,200,000 |
Австралия | 2,600 | 1.17 | 1,030,000 |
Бразилия | 6,700 | 3.00 | 315,000 |
Китай | 100,000 | 44.83 | 3,700,000 |
Египет | 5,500 | 2.47 | 1,250,000 |
Индия | 1,100 | 0.49 | 65,000 |
Ирак | 200 | 0.09 | 430,000 |
Израиль | 3,300 | 1.48 | 130,000 |
Иордания | 7,500 | 3.36 | 1,300,000 |
Казахстан | 1,600 | 0.72 | 260,000 |
Мексика | 1,700 | 0.76 | 30,000 |
Марокко | 30,000 | 13.45 | 50,000,000 |
Перу | 4,000 | 1.79 | 820,000 |
Россия | 12,500 | 5.60 | 1,300,000 |
Саудовская Аравия | 3,300 | 1.48 | 956,000 |
Сенегал | 1,000 | 0.45 | 50,000 |
Южная Африка | 2,200 | 0.99 | 1,500,000 |
Сирия | 750 | 0.34 | 1,800,000 |
Идти | 1,000 | 0.45 | 30,000 |
Тунис | 4,000 | 1.79 | 100,000 |
Соединенные Штаты | 27,600 | 12.37 | 1,100,000 |
Вьетнам | 2,700 | 1.21 | 30,000 |
Другие страны | 2,600 | 1.17 | 380,000 |
Общий | 223,000 | 100 | 69,000,000 |
Экология
С экологической точки зрения, из-за своей важной роли в биологических системах, фосфат является очень востребованным ресурсом. После использования он часто является ограничивающим питательным веществом в окружающая среда, и его доступность может определять скорость роста организмов. Обычно это верно для пресная вода окружающей среды, тогда как азот чаще является ограничивающим питательным веществом в морской (морской воде) среде. Добавление высоких уровней фосфатов в окружающую среду и микросреду, в которых он обычно встречается редко, может иметь серьезные экологические последствия. Например, цветение популяций одних организмов за счет других и гибель популяций, лишенных таких ресурсов, как кислород (см. эвтрофикация) может случиться. В контексте загрязнения фосфаты являются одним из компонентов общее количество растворенных твердых веществ, главный индикатор качества воды, но не весь фосфор находится в молекулярной форме, которую водоросли могут расщеплять и потреблять.[17]
Гидроксиапатит кальция и осадки кальцита можно найти вокруг бактерии в аллювиальный верхний слой почвы.[18] Поскольку глинистые минералы способствуют биоминерализации, присутствие бактерий и глинистых минералов привело к осаждению гидроксиапатита и кальцита кальция.[18]
Фосфатные отложения могут содержать значительные количества встречающихся в природе тяжелых металлов. Обработка горных работ фосфоритная руда можешь уйти хвосты сваи, содержащие повышенные уровни кадмий, вести, никель, медь, хром, и уран. Без тщательного обращения с этими отходами тяжелые металлы могут попадать в подземные воды или близлежащие устья. Поглощение этих веществ растениями и морскими обитателями может привести к концентрации токсичных тяжелых металлов в пищевых продуктах.[19]
Смотрите также
- Пирофосфат – (П
2О
7)4− - Полифосфат – (HPO
3)
п - Метафосфат – (POп
3) - Удобрения
- Гипофосфит – ЧАС
2(PO
2)− - Фосфорорганический соединения
- Фосфат - OP (OR)3, Такие как трифенилфосфат
- Фосфатное конверсионное покрытие
- Сода фосфатная, газированный напиток
- Фосфинат - OP (OR) R2
- Фосфин - PR3
- Оксид фосфина - OPR3
- Фосфинит - П (ИЛИ) R2
- Фосфит - P (ИЛИ)3
- Фосфогипс
- Фосфонат - OP (ИЛИ)2р
- Фосфонит - P (ИЛИ)2р
- Фосфорилирование
- Диаммоний фосфат - (NH4)2HPO4
- Динатрий фосфат - На2HPO4
- Мононатрий фосфат - Неа2PO4
- Триполифосфат натрия - На5п3О10
- Бассейн Улед Абдун
Рекомендации
- ^ «Фосфаты - Публичная химическая база данных PubChem». Проект PubChem. США: Национальный центр биотехнологической информации.
- ^ а б «Фосфатная грунтовка». Флоридский промышленный и исследовательский институт фосфатов. Политехнический университет Флориды. В архиве с оригинала 29 августа 2017 г.. Получено 30 марта 2018.
- ^ Кэмпбелл, Нил А.; Рис, Джейн Б. (2005). Биология (Седьмое изд.). Сан - Франциско, Калифорния: Бенджамин Каммингс. п. 65. ISBN 0-8053-7171-0.
- ^ Киптон Дж. Пауэлл, Пол Л. Браун, Роберт Х. Бирн, Тамаш Гайда, Гленн Хефтер, Стаффан Шёберг, Ханс Ваннер (2005): «Химическое определение экологически важных тяжелых металлов с неорганическими лигандами. Часть 1: Hg2+
, Cl−, ОЙ−, CO2−
3, ТАК2−
4, и PO3−
4 водные системы ». Чистая и прикладная химия, том 77, выпуск 4, страницы 739–800. Дои:10.1351 / pac200577040739 - ^ а б c «Фосфатная добавка (пероральное введение, парентеральное введение). Описание и торговые марки - клиника Мэйо». www.mayoclinic.org. Получено 2020-11-20.
- ^ «Фосфат в крови: медицинский тест MedlinePlus». medlineplus.gov. Получено 2020-11-20.
- ^ Рейли, Майкл (26 мая 2007 г.). "Как долго это продлится?". Новый ученый. 194 (2605): 38–9. Bibcode:2007NewSc.194 ... 38R. Дои:10.1016 / S0262-4079 (07) 61508-5.
- ^ Лео Льюис (23.06.2008). «Ученые предупреждают об отсутствии жизненно важного фосфора, поскольку биотопливо повышает спрос». Времена.
- ^ Геологическая служба США Фосфатная порода
- ^ Геологическая служба США Образцы фосфорной почвы
- ^ Этаж Антони. «Изобилие элементов». Seafriends.org.nz. Получено 2013-01-10.
- ^ Американский геофизический союз, Fall Meeting 2007, аннотация № V33A-1161. Масса и состав континентальной коры
- ^ Фосфатная промышленность Центральной Флориды: заявление о воздействии на окружающую среду. 2. Соединенные Штаты. Агентство по охране окружающей среды. 1979 г.
- ^ К. Майкл Хоган (2010). "Загрязнение воды". У Марка МакГинли и К. Кливленда (Вашингтон, округ Колумбия: Национальный совет по науке и окружающей среде) (ред.). Энциклопедия Земли. Архивировано из оригинал на 16.09.2010.
- ^ «Обновленное объявление о ресурсах на хинде: теперь крупнейшее в мире месторождение фосфатов (12.04.2012)». Cominco Resources. Архивировано из оригинал на 2016-10-05. Получено 2013-05-03.
- ^ Ежегодник USGS Minerals - Фосфатная порода
- ^ Хочанадель, Дэйв (10 декабря 2010 г.). «Ограниченное количество общего фосфора на самом деле питает водоросли, - показывают исследования». Озерный ученый. Получено 10 июня, 2012.
[B] Доступный фосфор - фосфор, который может быть использован растениями и бактериями - составляет лишь небольшую часть от общего количества, по словам Майкла Бретта, профессора инженерных наук из Вашингтонского университета ...
- ^ а б Шмиттнер К.Э., Жирес П. (1999). «Микроэкологический контроль биоминерализации: поверхностные процессы осаждения апатита и кальцита в четвертичных почвах, Руссильон, Франция». Седиментология. 46 (3): 463–76. Bibcode:1999Sedim..46..463S. Дои:10.1046 / j.1365-3091.1999.00224.x.
- ^ Gnandi, K .; Tchangbedjil, G .; Killil, K .; Babal, G .; Аббель, Э. (март 2006 г.). «Влияние хвостов фосфатных рудников на биоаккумуляцию тяжелых металлов в морской рыбе и ракообразных из прибрежной зоны Того». Шахтная вода и окружающая среда. 25 (1): 56–62. Дои:10.1007 / s10230-006-0108-4. S2CID 129497587.
внешняя ссылка
Викискладе есть медиафайлы по теме Фосфаты. |
- Браузер данных по минералам США предоставляет графики данных, охватывающих потребление, производство, импорт, экспорт и цены на фосфаты и 86 других полезных ископаемых
- Фосфат: монография аналита - Ассоциация клинической биохимии и лабораторной медицины