Фосфат

У этого термина существуют и другие значения, см. (Фосфаты (значения)).

Фосфа́ты — соли (фосфорных кислот), например ортофосфат калия K₃PO₄. Различают ортофосфаты и конденсированные фосфаты, содержащие более одного атома P, образующие связи P—O—P.

Модель фосфат-иона

Ортофосфаты

Соли фосфорной кислоты называются фосфатами. Фосфорная кислота образует одно-, двух- и трехзамещенные соли.

${\displaystyle {\mathsf {H_{3}PO_{4}+NaOH\rightarrow NaH_{2}PO_{4}+H_{2}O}}}$ (дигидрофосфат натрия)

${\displaystyle {\mathsf {H_{3}PO_{4}+2NaOH\rightarrow Na_{2}HPO_{4}+2H_{2}O}}}$ (гидрофосфат натрия)

${\displaystyle {\mathsf {H_{3}PO_{4}+3NaOH\rightarrow Na_{3}PO_{4}+3H_{2}O}}}$ (фосфат натрия)

Дигидрофосфаты обычно хорошо растворимы в воде, почти все (гидрофосфаты) и фосфаты растворимы мало. Прокаливание солей приводит к следующим превращениям:

${\displaystyle {\mathsf {NaH_{2}PO_{4}\rightarrow NaPO_{3}+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2Na_{2}HPO_{4}\rightarrow Na_{4}P_{2}O_{7}+H_{2}O}}}$

Органические фосфаты играют очень важную роль в биологических процессах. Фосфаты сахаров участвуют в фотосинтезе. Нуклеиновые кислоты также содержат остаток фосфорной кислоты. Молоко млекопитающих содержит (фосфопротеин) (белок) (казеин), обеспечивающий фосфором растущий детский организм.

Примеры различных классов фосфатов: (фосфат аммония-кальция), (фосфат лютеция), (фосфат неодима(III)), (фосфат плутонила-аммония), (фосфат плутонила-калия), (фосфат плутония(III)), (гексафторофосфат(V) калия), (молибдофосфат натрия), (тетратиофосфат натрия), (тетрафосфат натрия), (триметафосфат кальция), (тритиофосфат натрия).

Получение

Ортофосфаты можно получить действием ортофосфорной кислоты на (щёлочь):

${\displaystyle {\mathsf {3LiOH+H_{3}PO_{4}\rightarrow Li_{3}PO_{4}\downarrow +3H_{2}O}}}$

Химические свойства

У всех ортофосфатов есть свойство: безводные соли стабильны при нагревании до температуры плавления, которая для разных солей колеблется в диапазоне от 830 °C (у фосфата свинца) до 1605 °C (у фосфата бария).

Фосфаты в основном плохо растворимы, в отличие от . Растворимы только фосфаты щелочных металлов, начиная с натрия (фосфат лития — малорастворим) и аммония. Фосфаты обладают общими свойствами солей:

• Взаимодействуют с сильными кислотами (они превращают нерастворимый фосфат в растворимый дигидрофосфат):

${\displaystyle {\mathsf {Ca_{3}(PO_{4})_{2}+4HCl\rightarrow Ca(H_{2}PO_{4})_{2}+2CaCl_{2}}}}$

• Взаимодействуют с другими растворимыми солями:

${\displaystyle {\mathsf {2Na_{3}PO_{4}+3Li_{2}SO_{4}\rightarrow 2Li_{3}PO_{4}\downarrow +3Na_{2}SO_{4}}}}$

• При нагревании выше 2000C° разлагаются на оксиды:

${\displaystyle {\mathsf {Ca_{3}(PO_{4})_{2}\rightarrow 3CaO+P_{2}O_{5}}}}$

Дигидрофосфаты (однозамещенные фосфаты) имеют кислую среду, гидрофосфаты (двузамещенные фосфаты) — слабощелочную, средние (трехзамещенные фосфаты, или просто фосфаты) — щелочную.

Гидроортофосфаты — неорганические соединения, кислые соли ортофосфорной кислоты, например, (гидроортофосфат бериллия), (гидроортофосфат олова(IV)), (гидрофосфат свинца(II)).

Дигидроортофосфаты — неорганические соединения, кислые соли ортофосфорной кислоты, например, (дигидроортофосфат аммония). Существуют также метафосфаты, например, (метафосфат калия).

Добыча

Фосфатные руды представлены (фосфоритами) и апатитами; гораздо реже встречаются и , также добывается (гуано).

Первое место в мире по добыче фосфатов занимают Китай, Марокко (там находится до 75% мировых запасов фосфоритов), США, Россия, Бразилия.

По мнению некоторых исследователей, доступные запасы фосфора на Земле могут быть истощены через 50-100 лет, а (пик фосфора) будет достигнут примерно к 2030 году.

Применение

Основное применение — (фосфорные удобрения). Фосфаты широко используются для уменьшения жесткости воды (т.е. связывания ионов кальция и магния в нерастворимые фосфаты) — в синтетических моющих средствах, в системах (водоподготовки) и т.д. Также применяется в производстве некоторых лекарственных веществ.

Физиологическая роль

Важное место фосфаты занимают и в биохимии, а именно в синтезе множества биологически активных веществ, а также в энергетике всех живых организмов. Фосфорные эфиры аденозина — (АМФ), (АДФ) и АТФ являются важнейшими веществами энергетического обмена. Фосфатная группа — неотъемлемая часть РНК и ДНК, а также основа гидрофильной части молекул фосфолипидов - главного компонента клеточных мембран.

Экологические аспекты

Фосфаты, попадающие в окружающую среду, наряду с некоторыми другими веществами приводят к (эвтрофикации) водоёмов. Споры об использовании фосфатов в (стиральных порошках) ведутся с 1970-х годов, такое их применение запрещено во многих странах. С начала 2010-х годов в странах Европейского союза постепенно вводятся ограничения на использование фосфатов в бытовых стиральных порошках на уровне не более 0,3—0,5 г фосфора на цикл стирки. Помимо удобрений и стиральных порошков, антропогенным источником фосфатов в окружающей среде являются необработанные сточные воды.

Примеры

• Фосфорит
• (Фосфат аммония-кальция)
• (Фосфат лютеция)
• (Фосфат неодима(III))
• (Фосфат плутонила-аммония)
• (Фосфат плутонила-калия)
• (Фосфат плутония(III))

Примечания

1. [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4828.html Фосфаты неорганические] XuMuK.ru — фосфаты
2. Капуцкий Ф. Н., Тикавый В. Ф. Пособие по химии для поступающих в вузы.—Минск: Вышейшая школа, 1979.—С.218
3. Таблица растворимости некоторых неорганических соединений  (неопр.). Дата обращения: 11 февраля 2019. 3 февраля 2015 года.
4. Фосфаты // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. Фосфаты / Большая советская энциклопедия
5. О добыче фосфатов и производстве фосфорных удобрений в Марокко  (неопр.). Дата обращения: 6 мая 2022. 23 марта 2022 года.
6. Cordell, Dana; Drangert, Jan-Olof; White, Stuart. The story of phosphorus: Global food security and food for thought (англ.) // ^[англ.] : journal. — 2009. — Vol. 19, no. 2. — P. 292—305. — ISSN 0959-3780. — doi:10.1016/j.gloenvcha.2008.10.009.
7. Lewis, Leo (2008-06-23). (PDF). Times Online. Архивировано из оригинала (PDF) 23 июля 2011. {{}}: Недопустимый |ref=harv ()
8. Eutrophication Definition Page  (неопр.). Дата обращения: 2 октября 2015. 26 апреля 2016 года.
9. Eutrophication: Causes, Consequences, and Controls in Aquatic Ecosystems | Learn Science at Scitable  (неопр.). Дата обращения: 2 октября 2015. 31 декабря 2021 года.
10. About Eutrophication | World Resources Institute  (неопр.). Дата обращения: 2 октября 2015. 11 декабря 2021 года.
11.   (неопр.). Дата обращения: 2 октября 2015. Архивировано из оригинала 28 мая 2010 года.
12. EU-wide ban on phosphates in household detergents adopted  (неопр.). Дата обращения: 2 октября 2015. 13 января 2022 года.

Литература

• Химия 9. — М.: Вентана-Граф, 2010. — С. 287.
• Ф.Н. Капуцкий, В.Ф.Тикавый. Пособие по химии для поступающих в вузы. — Минск: Выш. школа, 1979. — С. 384.
• Г.П.Хомченко. Химия для поступающих в вузы. — М.: Высшая школа, 1994. — С. 447.