Fosfat

L'ió fosfat és un ió poliatòmic amb la fórmula empírica PO₄³⁻ i una massa molar de 94,97 g/mol. Conté un àtom central de fòsfor envoltat per quatre àtoms d'oxigen dins una disposició en tetràedre. Es forma una sal de fosfat quan un ió carregat positivament s'uneix a àtoms d'oxigen de l'ió carregats negativament formant un compost químic iònic. Molts fosfats no són solubles en l'aigua a temperatures i pressions estàndard. Els fosfats de sodi, potassi, rubidi, cesi i amoni són tots ells solubles en l'aigua. Els pirofosfats són majoritàriament solubles en aigua.

El fosfat aquos existeix en quatre formes: En condicions fortament bàsiques, l'ió fosfat (PO₄³⁻) predomina, mentre que en condicions lleugerament bàsiques el prevalent és l'ió hidrogenfosfat (HPO₄²⁻). En condicions feblement àcides, l'ió dihidrogenfosfat (H₂PO₄⁻) és el més comú. La principal forma en condicions fortament àcides ho és l'àcid fosfòric (H
3PO
4).

•  
  H
  3PO
  4Àcid fosfòric
•  
  H
  2PO−
  4Dihidrogenfosfat
•  
  HPO2−
  4Hidrogenfosfat
•  
  PO3−
  4Fosfat

Més exactament, considerant les tres reaccions d'equilibri següents:

H
3PO
4   H⁺ + H₂PO₄⁻

H₂PO₄⁻   H⁺ + HPO₄²⁻

HPO₄²⁻   H⁺ + PO₄³⁻

les corresponents constants a 25 °C (en mol/L) són (vegeu àcid fosfòric):

${\displaystyle K_{a1}={\frac {[{\mbox{H}}^{+}][{\mbox{H}}_{2}{\mbox{PO}}_{4}^{-}]}{[{\mbox{H}}_{3}{\mbox{PO}}_{4}]}}\simeq 7.5\times 10^{-3}}$  (pK_a1 2.12)

${\displaystyle K_{a2}={\frac {[{\mbox{H}}^{+}][{\mbox{HPO}}_{4}^{2-}]}{[{\mbox{H}}_{2}{\mbox{PO}}_{4}^{-}]}}\simeq 6.2\times 10^{-8}}$  (pK_a2 7.21)

${\displaystyle K_{a3}={\frac {[{\mbox{H}}^{+}][{\mbox{PO}}_{4}^{3-}]}{[{\mbox{HPO}}_{4}^{2-}]}}\simeq 2.14\times 10^{-13}}$  (pK_a3 12.67)

Per a un pH neutre com en el citosol, pH=7,0

${\displaystyle {\frac {[{\mbox{H}}_{2}{\mbox{PO}}_{4}^{-}]}{[{\mbox{H}}_{3}{\mbox{PO}}_{4}]}}\simeq 7.5\times 10^{4}{\mbox{, }}{\frac {[{\mbox{HPO}}_{4}^{2-}]}{[{\mbox{H}}_{2}{\mbox{PO}}_{4}^{-}]}}\simeq 0.62{\mbox{, }}{\frac {[{\mbox{PO}}_{4}^{3-}]}{[{\mbox{HPO}}_{4}^{2-}]}}\simeq 2.14\times 10^{-6}}$ 

El fosfat pot formar molts ions polimèrics com el difosfat (també conegut com a pirofosfat), P
2O4−
7, i trifosfat, P
3O5−
10. Els diversos ions metafosfat (els quals normalment són polímers linears llargs) tenen la fórmula empírica de PO−
3 i es troben en molts compostos.

En els sistemes biològics, el fòsfor es troba com fosfats lliures en la solució i s'anomena fosfat inorgànic, per diferenciar-lo dels fosfats dels èsters d'àcid fosfòric. La notació del fosfat inorgànic en general és com P_i i consta, en pH neutre, d'una mescla d'ions de HPO2−
4 i H
2PO−
4.

Es pot crear fosfat inorgànic per hidròlisi de pirofosfat, la qual s'expressa com PP_i:

P
2O4−
7 + H₂O   2 HPO2−
4

Tanmateix, els fosfats, de forma més comuna, es troben en la forma de fosfats d'adenosina, (AMP, ADP i ATP) i en ADN i ARN i es poden alliberar per hidròlisi d'ATP o ADP. Reaccions similars existeixen en els altres nucleòsids. Els enllaços fosfoanhídrids en l' ADP i ATP, o altres nucleòsids de difosfats o trifosfats, contenen grans quantitats d'energia amb un paper vital en tots els organismes vius.

Afegir o treure fosfat de les proteïnes en totes les cèl·lules és una estratègia clau en la regulació dels processos del metabolisme.

El fosfat és també útil en les cèl·lules com agent amortidor.

Els fosfats és el material estructural dels ossos i les dents (em forma d'hidroxiapatita)

Les plantes capturen el fòsfor a través de diversos procediments: per fongs micorriza i de manera directa.

Els fosfats són la manera natural com es troba el fòsfor en molts minerals fosfatats.

A Amèrica del Nord els dipòsits més grans de roques fosfatades (fosforita) es troben a la regió Bone Valley de Florida, els Soda Springs d'Idaho, i la costa de carolina del Nord. L'illa amb més fosfats del món és Nauru. També hi ha importants dipòsits de fosforites a Egipte, Israel, Marroc, Illa Navassa, Tunísia, Togo i Jordània.

En termes ecològics el fòsfor és activament cercat pels organismes vius i una vegada usat és un nutrient limitant en el medi ambient i la seva disponibilitat regula la taxa de creixement dels organismes. Això és particularment cert en els ambients d'aigua dolça, en canvi en els ambients marins el nutrient limitant és sovint el nitrogen. L'abocament de grans quantitats de fòsfor porta a l'eutrofització de l'aigua, però no tot el fòsfor es troba en la forma molecular que les algues poden degradar i consumir.^[3]

Els dipòsits de fosfat poden contenir quantitats significatives de metalls pesants. En la mineria dels fosfats apareixen acumulats alts nivells de cadmi, plom, niquel, coure, crom i urani tòxics.^[4]

A Alemanya, l'ús de fertilitzants fosfatats contaminats amb urani ha elevat significativament els nivells d'urani en l'aigua potable.^[5]

• Homeòstasi de fosfat.
• Fosfofil·lita