Jump to content

Фосфат

(Перенаправлено с «Фосфаты »)
Фосфат
Стереоскелетная формула фосфата
Ароматическая шарико-палочная модель фосфата.
Aromatic ball and stick model of phosphate
Модель фосфата, заполняющая пространство
Space-filling model of phosphate
Имена
Название ИЮПАК
Фосфат [1]
Другие имена
Ортофосфат
Тетраоксофосфат(V)
Тетраоксидофосфат(V)
Идентификаторы
3D model ( JSmol )
3903772
ЧЭБИ
ХимическийПаук
1997
МеШ Фосфаты
НЕКОТОРЫЙ
Характеристики
PO 3−
4
Молярная масса 94.9714 g mol −1
Конъюгатная кислота Моногидрофосфат
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).

В химии фосфат это анион , соль , функциональная группа или сложный эфир, полученный из фосфорной кислоты . Чаще всего это означает ортофосфат , производное ортофосфорной кислоты, также известное как фосфорная кислота. Н 3 ПО 4 .

Фосфат ион или ортофосфат- [ PO
4
] 3−
получается из фосфорной кислоты путем удаления трех протонов H +
. Удаление одного протона дает дигидрофосфата ион [ H
2
ПО
4
]
а удаление двух протонов дает гидрофосфата ион [HPO
4
] 2−
. Эти названия также используются для солей этих анионов, таких как дигидрофосфат аммония и тринатрийфосфат .

В органической химии фосфат или ортофосфат органофосфат , сложный эфир ортофосфорной кислоты формы PO.
4
RR'R″,
где один или несколько атомов водорода заменены органическими группами. Примером является триметилфосфат CH (
3
)
3
3ПО
4
. Этот термин также относится к трехвалентной функциональной группе OP(O-)
3
в таких эфирах. Фосфаты могут содержать серу вместо одного или нескольких атомов кислорода ( тиофосфаты и органотиофосфаты ).

Ортофосфаты занимают особенно важное место среди различных фосфатов из-за их ключевой роли в биохимии , биогеохимии и экологии , а также их экономического значения для сельского хозяйства и промышленности. [2] Добавление и удаление фосфатных групп ( фосфорилирование и дефосфорилирование ) являются ключевыми этапами клеточного метаболизма .

Ортофосфаты могут конденсироваться с образованием пирофосфатов .

Химические свойства [ править ]

Фосфат-ион имеет молярную массу 94,97 г/моль и состоит из центрального атома фосфора, окруженного четырьмя атомами кислорода в тетраэдрическом расположении. Это сопряженное основание иона гидрофосфата H (PO
4
) 2−
, который, в свою очередь, является сопряженным основанием иона дигидрофосфата H
2
(PO
4
)
, которое, в свою очередь, является сопряженным основанием ортофосфорной кислоты , H
3
3ПО
4
.

Многие фосфаты растворимы в воде при стандартной температуре и давлении . Фосфаты натрия, калия, рубидия , цезия и аммония растворимы в воде. Большинство других фосфатов мало растворимы или нерастворимы в воде. Как правило, водородные и дигидрофосфаты несколько более растворимы, чем соответствующие фосфаты.

Равновесия в растворе [ править ]

фосфорной кислоты Вид

В водном растворе ортофосфорная кислота и три ее производных аниона сосуществуют в соответствии с приведенными ниже равновесиями диссоциации и рекомбинации. [3]

Равновесие Константа диссоциации K a [4] п К а
Ч 3 ПО 4 ⇌ Ч 2 ПО 4 + Ч + р К а1 = 2,14
H 2 PO 4 ⇌ HPO 2− 4 + H + р К а2 = 7,20
ПО 2- 4 ⇌ ПО 3- 4 + Н + р К а3 = 12,37

Значения указаны при температуре 25   °C и ионной силе 0.

Значения p K a представляют собой значения pH , при которых концентрация каждого вида равна концентрации его сопряженных оснований . При pH 1 или ниже фосфорная кислота практически не диссоциирует. При pH 4,7 (середина между первыми двумя значениями p K a ) ион дигидрофосфата [H
2
ПО
4
]
, практически единственный присутствующий вид. При pH 9,8 (середина между вторым и третьим значениями p K a ) ион моногидрофосфата [HPO
4
] 2−
, единственный присутствующий вид. 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 на уровне 4,7 или 9,8.

Фактически, Х
3
3ПО
4
, Ч
2
(PO
4
)
и H(PO
4
) 2−
ведут себя как отдельные слабые кислоты , поскольку последовательные p K a различаются более чем в 4 раза.

Фосфат может образовывать множество полимерных таких как пирофосфат ионов , (P
2

7
) 4−
и трифосфат , (P
3

10
) 5−
. Различные ионы метафосфата (которые обычно представляют собой длинные линейные полимеры) имеют эмпирическую формулу (PO
3
)
и встречаются во многих соединениях.

Биохимия фосфатов [ править ]

В биологических системах фосфор может находиться в виде свободных фосфат-анионов в растворе ( неорганический фосфат ) или в виде связанных с органическими молекулами в виде различных органофосфатов .

Неорганический фосфат обычно обозначается и Pi при физиологическом ( гомеостатическом ) pH состоит в основном из смеси [HPO
4
] 2−
и
2
ПО
4
]
ионы. При нейтральном pH, как и в цитозоле (pH = 7,0), концентрации ортофосфорной кислоты и трех ее анионов имеют соотношения

Таким образом, только [H
2
ПО
4
]
и [HPO
4
] 2−
ионы присутствуют в цитозоле в значительных количествах (62% [H
2
ПО
4
]
, 38% [ГПО
4
] 2−
). Во внеклеточной жидкости (рН = 7,4) эта пропорция обратная (61% [HPO
4
] 2−
, 39%
2
ПО
4
]
).

Неорганический фосфат также может присутствовать в виде пирофосфат- анионов [P
2

7
] 4−
, которые при гидролизе дают ортофосфат :


2

7
] 4−
+ Н 2 О ⇌ 2 [HPO
4
] 2−

Органические фосфаты обычно встречаются в форме сложных эфиров в виде нуклеотидов (например, АМФ , АДФ и АТФ ), а также в ДНК и РНК . Свободные ортофосфат-анионы могут высвобождаться при гидролизе фосфоангидридных связей АТФ или АДФ. Эти реакции фосфорилирования и дефосфорилирования являются непосредственным хранилищем и источником энергии для многих метаболических процессов. АТФ и АДФ часто называют высокоэнергетическими фосфатами , как и фосфагены в мышечной ткани. Подобные реакции существуют и для других нуклеозиддифосфатов и трифосфатов .

Кости и зубы [ править ]

Важным явлением фосфатов в биологических системах является структурный материал костей и зубов. Эти структуры состоят из кристаллического фосфата кальция в форме гидроксиапатита . Твердая плотная эмаль зубов млекопитающих может содержать фторапатит , гидроксифосфат кальция , в котором некоторые гидроксильные группы заменены ионами фтора .

медицинских и биологических Использование в исследованиях

Фосфаты – это лекарственные соли фосфора. Некоторые фосфаты, которые помогают вылечить многие инфекции мочевыводящих путей , используются для повышения кислотности мочи. Чтобы избежать развития кальциевых камней в мочевыводящих путях, применяют некоторые фосфаты. [5] Пациентам, которые не могут получать достаточное количество фосфора с ежедневным рационом, фосфаты используются в качестве пищевых добавок, обычно из-за определенных нарушений или заболеваний. [5] С инъекционными фосфатами могут обращаться только квалифицированные медицинские работники. [5]

Метаболизм растений [ править ]

Растения поглощают фосфор несколькими путями: арбускулярным микоризным путем и путем прямого поглощения.

последствия Неблагоприятные для здоровья

Гиперфосфатемия , или высокий уровень фосфатов в крови, связана с повышенной смертностью среди населения в целом. Наиболее распространенной причиной гиперфосфатемии у людей, собак и кошек является почечная недостаточность. В случаях гиперфосфатемии ограничение потребления продуктов, богатых фосфатами, таких как некоторые мясные и молочные продукты, а также продуктов с высоким соотношением фосфатов к белкам, таких как безалкогольные напитки, фаст-фуд, обработанные пищевые продукты, приправы и другие продукты, содержащие фосфат. -рекомендуются солевые добавки. [6]

Фосфаты вызывают кальцификацию сосудов , а высокая концентрация фосфатов в крови оказалась предиктором сердечно-сосудистых событий . [7]

Производство [ править ]

Геологическое явление [ править ]

Фосфатный рудник возле Флэйминг-Гордж, штат Юта , США, 2008 г.
Поезд с фосфоритом, Метлауи , Тунис, 2012 г.

Фосфаты представляют собой природную форму элемента фосфора , который содержится во многих фосфатных минералах . В минералогии и геологии фосфатом называют горную породу или руду, содержащую ионы фосфата. Неорганические фосфаты добывают для получения фосфора для использования в сельском хозяйстве и промышленности. [2]

Крупнейшим мировым производителем и экспортером фосфатов является Марокко . В Северной Америке крупнейшие месторождения находятся в районе Bone Valley в центральной Флориде , в районе Сода-Спрингс на юго-востоке Айдахо и на побережье Северной Каролины . Меньшие месторождения расположены в Монтане , Теннесси , Джорджии и Южной Каролине . Небольшое островное государство Науру и его соседний остров Банаба , где раньше располагались огромные залежи фосфатов самого высокого качества, были добыты в чрезмерном количестве. Фосфат также можно найти в Египте, Израиле, Палестине, Западной Сахаре, на острове Навасса , Тунисе, Того и Иордании, странах с крупной промышленностью по добыче фосфатов.

Фосфоритовые рудники в основном находятся в:

По оценкам, в 2007 году при нынешних темпах потребления запасы фосфора исчерпаются через 345 лет. [8] Однако некоторые ученые считали, что « пик фосфора » наступит через 30 лет, а Дана Корделл из Института устойчивого будущего заявила, что «при нынешних темпах запасы фосфора будут истощены в ближайшие 50–100 лет». [9] Под резервами понимается сумма, предположительно возмещаемая по текущим рыночным ценам. В 2012 году Геологическая служба США оценила мировые запасы в 71 миллиард тонн, тогда как в 2011 году во всем мире было добыто 0,19 миллиарда тонн. [10] Фосфор составляет 0,1% по массе средней породы. [11] (при этом его типичная концентрация в растительности составляет от 0,03% до 0,2%), [12] и, следовательно, в 3×10 Земли содержится квадриллионы тонн фосфора. 19 -тонная корочка, [13] хотя и преимущественно с более низкой концентрацией, чем месторождения, считающиеся запасами, которые инвентаризированы и их добыча дешевле. Если предположить, что фосфатные минералы в фосфоритной породе представляют собой в основном гидроксиапатит и фторапатит, фосфатные минералы содержат примерно 18,5% фосфора по массе. Если фосфоритная руда содержит около 20% этих минералов, то средняя фосфоритная руда содержит примерно 3,7% фосфора по весу.

Некоторые месторождения фосфоритов, такие как Малберри во Флориде, [14] примечательны наличием значительных количеств радиоактивных изотопов урана. Это вызывает беспокойство, поскольку радиоактивность может попасть в поверхностные воды. [15] от внесения полученного фосфорного удобрения .

В декабре 2012 года Cominco Resources объявила об обновленных соответствующих требованиям JORC ресурсах своего проекта Хинда в Конго-Браззавиле, , в размере 531 миллиона тонн, что делает его крупнейшим измеренным и выявленным месторождением фосфатов в мире. [16]

Примерно в 2018 году в Норвегии были обнаружены залежи фосфатов, почти равные запасам на всей остальной Земле вместе взятые. [17] [18]

В июле 2022 года Китай объявил о квотах на экспорт фосфатов. [19]

Крупнейшими импортерами фосфатов в миллионах тонн являются Бразилия (3,2), Индия (2,9) и США (1,6). [20]

Горное дело [ править ]

Импорт/экспорт фосфатов в 1937 г.

На три основные страны-производителя фосфатов (Китай, Марокко и США) приходится около 70% мирового производства.

Производство и мировые запасы природного фосфата по странам в 2019 г.
(Геологическая служба США, 2021 г.) [21]
Страна Производство
(миллионы кг)
Доля
глобальный
производство (%)
Резервы
(миллионы кг)
Алжир 1,300 0.54 2,200,000
Австралия 2,700 1.17 1,100,000
Бразилия 4,700 3.00 1,600,000
Китай 95,000 44.83 3,200,000
Египет 5,000 2.47 2,800,000
Финляндия 995 - 1,000,000
Индия 1,480 0.49 46,000
Ирак 200 0.09 430,000
Израиль 2,810 1.48 57,000
Иордания 9,220 3.36 800,000
Казахстан 1,500 0.72 260,000
Мексика 558 0.76 30,000
Марокко и Западная Сахара 35,500 13.45 50,000,000
Перу 4,000 1.79 210,000
Россия 13,100 5.60 600,000
Саудовская Аравия 6,500 1.48 1,400,000
Сенегал 3,420 0.45 50,000
ЮАР 2,100 0.99 1,400,000
Сирия 2,000 0.34 1,800,000
Togo 800 0.45 30,000
Тунис 4,110 1.79 100,000
Узбекистан 900 - 100,000
Соединенные Штаты 23,300 12.37 1,000,000
Вьетнам 4,650 1.21 30,000
Другие страны 1,140 1.17 840,000
Общий 227,000 100 71,000,000

Экология [ править ]

Фосфат морской поверхности из Атласа Мирового океана
Связь потребления фосфатов и нитратов для фотосинтеза в различных регионах океана. Обратите внимание, что нитраты чаще являются лимитирующими, чем фосфаты. См. соотношение Редфилда .

С экологической точки зрения, из-за своей важной роли в биологических системах фосфат является весьма востребованным ресурсом. После использования он часто становится лимитирующим питательным веществом в окружающей среде , и его доступность может определять скорость роста организмов. В целом это справедливо для пресноводной среды, тогда как азот чаще является лимитирующим питательным веществом в морской (морской) среде. Добавление высоких уровней фосфатов в окружающую среду и микросреду, где они обычно встречаются редко, может иметь серьезные экологические последствия. Например, может произойти цветение популяций одних организмов за счет других, а также коллапс популяций, лишенных таких ресурсов, как кислород (см. Эвтрофикация ). В контексте загрязнения фосфаты являются одним из компонентов общего количества растворенных твердых веществ , что является основным показателем качества воды, но не весь фосфор находится в молекулярной форме, которую водоросли могут расщеплять и потреблять. [22]

верхнем слое почвы можно обнаружить осадки гидроксиапатита кальция и кальцита Вокруг бактерий в аллювиальном . [23] Поскольку глинистые минералы способствуют биоминерализации, присутствие бактерий и глинистых минералов приводило к выпадению в осадок гидроксиапатита кальция и кальцита. [23]

Отложения фосфатов могут содержать значительные количества встречающихся в природе тяжелых металлов. При горнодобывающей деятельности по переработке фосфоритной руды могут образовываться отвалы отходов с повышенным содержанием кадмия , свинца , никеля , меди , хрома и урана . Без тщательного обращения эти отходы могут привести к выщелачиванию тяжелых металлов в грунтовые воды или близлежащие устья рек. Поглощение этих веществ растениями и морскими обитателями может привести к концентрации токсичных тяжелых металлов в пищевых продуктах. [24]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Фосфаты - Публичная химическая база данных PubChem» . Проект ПабХим . США: Национальный центр биотехнологической информации.
  2. Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Фосфатный праймер» . Флоридский научно-исследовательский институт промышленности и фосфатов . Политехнический университет Флориды. Архивировано из оригинала 29 августа 2017 года . Проверено 30 марта 2018 г.
  3. ^ Кэмпбелл, Нил А .; Рис, Джейн Б. (2005). Биология (Седьмое изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Бенджамин Каммингс . п. 65. ИСБН  0-8053-7171-0 .
  4. ^ Киптон Дж. Пауэлл, Пол Л. Браун, Роберт Х. Бирн, Тамаш Гайда, Гленн Хефтер, Стаффан Сьёберг, Ханс Ваннер (2005): «Химическое образование экологически значимых тяжелых металлов с неорганическими лигандами. Часть 1: Hg 2+
    , кл , ОЙ , Колорадо 2−
    3
    , ТАК 2−
    4
    и ПО 3−
    4
    водные системы». Чистая и прикладная химия , том 77, выпуск 4, страницы 739–800. дои : 10.1351/pac200577040739
  5. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с «Описание фосфатной добавки (пероральный, парентеральный) и торговые марки — клиника Майо» . www.mayoclinic.org . Проверено 20 ноября 2020 г.
  6. ^ Команда почечных диетологов, Снижение содержания фосфатов в рационе , Фонд NHS Foundation Hospital Оксфордского университета, обзор 2022 г.
  7. ^ Ритц, Эберхард; Хан, Кай; Кеттелер, Маркус; Кульманн, Мартин К.; Манн, Йоханнес (январь 2012 г.). «Фосфатные добавки в продуктах питания — риск для здоровья» . Немецкий международный медицинский журнал . 109 (4): 49–55. дои : 10.3238/arztebl.2012.0049 . ISSN   1866-0452 . ПМЦ   3278747 . ПМИД   22334826 .
  8. ^ Рейли, Майкл (26 мая 2007 г.). «Как долго это продлится?». Новый учёный . 194 (2605): 38–9. Бибкод : 2007NewSc.194...38R . дои : 10.1016/S0262-4079(07)61508-5 .
  9. ^ Лео Льюис (23 июня 2008 г.). «Ученые предупреждают о нехватке жизненно важного фосфора, поскольку биотопливо повышает спрос» . Таймс .
  10. ^ Геологическая служба США, фосфатная порода
  11. ^ Геологическая служба США «Образцы фосфорной почвы» (PDF) .
  12. ^ Этаж Антони. «Изобилие стихий» . Seafriends.org.nz . Проверено 10 января 2013 г.
  13. ^ Американский геофизический союз , осеннее собрание 2007 г., реферат № V33A-1161. Масса и состав континентальной коры
  14. ^ Фосфатная промышленность Центральной Флориды: Заявление о воздействии на окружающую среду . Том. 2. США. Агентство по охране окружающей среды. 1979.
  15. ^ К. Майкл Хоган (2010). «Загрязнение воды» . В Марке МакГинли и К. Кливленде (Вашингтон, округ Колумбия: Национальный совет по науке и окружающей среде ) (ред.). Энциклопедия Земли . Архивировано из оригинала 16 сентября 2010 г.
  16. ^ «Обновленное объявление о ресурсах Хинда: теперь это крупнейшее в мире месторождение фосфатов (12.04.2012)» . Ресурсы Коминко . Архивировано из оригинала 5 октября 2016 г. Проверено 3 мая 2013 г.
  17. ^ Бушуев Михаил (26 января 2021 г.). «ЕС возлагает надежды на норвежское сырье» . Проверено 2 июля 2023 г.
  18. ^ https://www.euractiv.com/section/energy-environment/news/great-news-eu-hails-discovery-of-massive-фосфат-rock-deposit-in-norway/
  19. ^ "Китай вводит квоты на фосфаты, чтобы обуздать экспорт удобрений - аналитики" . Рейтер . 15 июля 2022 г.
  20. ^ «Лучшие страны по импорту фосфорных удобрений» .
  21. ^ «ФОСФАТ, USGS» (PDF) .
  22. ^ Хочанадель, Дэйв (10 декабря 2010 г.). «Ограниченное количество общего фосфора на самом деле питает водоросли, как показало исследование» . Озерный учёный . Проверено 10 июня 2012 г. По словам Майкла Бретта, профессора инженерии Университета Вашингтона, [B]ioдоступный фосфор – фосфор, который может быть использован растениями и бактериями – составляет лишь часть от общего количества…
  23. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Шмиттнер К.Е., Жиресс П. (1999). «Микроэкологический контроль биоминерализации: поверхностные процессы осаждения апатита и кальцита в четвертичных почвах, Руссильон, Франция». Седиментология . 46 (3): 463–76. Бибкод : 1999Седим..46..463С . дои : 10.1046/j.1365-3091.1999.00224.x . S2CID   140680495 .
  24. ^ Гнанди, К.; Чангбеджил, Г.; Киллил, К.; Бабал, Г.; Аббель, Э. (март 2006 г.). «Влияние хвостов фосфатных шахт на биоаккумуляцию тяжелых металлов в морских рыбах и ракообразных прибрежной зоны Того». Шахтная вода и окружающая среда . 25 (1): 56–62. дои : 10.1007/s10230-006-0108-4 . S2CID   129497587 .

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c0ea56f0d5722773dd4396e0e575acd0__1719814320
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c0/d0/c0ea56f0d5722773dd4396e0e575acd0.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Phosphate - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)