En química , un fosfato es un anión , sal , grupo funcional o éster derivado de un ácido fosfórico . Más comúnmente significa ortofosfato , un derivado del ácido ortofosfórico, también conocido como ácido fosfórico H 3 PO 4 .
El ion fosfato u ortofosfato [PO
4]3-
se deriva del ácido fosfórico mediante la eliminación de tres protones H+
. La eliminación de un protón da el ion dihidrógeno fosfato [H
2correos
4]−
mientras que la eliminación de dos iones da el ion hidrógeno fosfato [HPO
4]2-
. Estos nombres también se utilizan para las sales de esos aniones, como dihidrógenofosfato de amonio y fosfato trisódico .
![[H 2PO 4] − Fosfato de dihidrógeno](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/db/2-dihydrogenphosphate-3D-balls.png/1280px-2-dihydrogenphosphate-3D-balls.png)
![[HPO 4]2- Fosfato de hidrógeno](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/87/1-hydrogenphosphate-3D-balls.png/1280px-1-hydrogenphosphate-3D-balls.png)
![[PO 4]3− Fosfato u ortofosfato](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b0/0-phosphate-3D-balls.png/1280px-0-phosphate-3D-balls.png)
En química orgánica , fosfato u ortofosfato es un organofosforado , un éster del ácido ortofosfórico de la forma PO.
4RR′R″ donde uno o más átomos de hidrógeno son reemplazados por grupos orgánicos . Un ejemplo es el trimetilfosfato , (CH
3)
3correos
4. El término también se refiere al grupo funcional trivalente OP(O-)
3en tales ésteres. Los fosfatos pueden contener azufre en lugar de uno o más átomos de oxígeno ( tiofosfatos y organotiofosfatos ).
Los ortofosfatos son especialmente importantes entre los diversos fosfatos debido a sus funciones clave en bioquímica , biogeoquímica y ecología , y su importancia económica para la agricultura y la industria. [2] La adición y eliminación de grupos fosfato ( fosforilación y desfosforilación ) son pasos clave en el metabolismo celular .
Los ortofosfatos pueden condensarse para formar pirofosfatos .
El ion fosfato tiene una masa molar de 94,97 g/mol y consta de un átomo central de fósforo rodeado por cuatro átomos de oxígeno en una disposición tetraédrica . Es la base conjugada del ion hidrógeno fosfato H (PO
4)2-
, que a su vez es la base conjugada del ion dihidrógeno fosfato H
2(CORREOS
4)−
, que a su vez es la base conjugada del ácido ortofosfórico , H
3correos
4.
Muchos fosfatos son solubles en agua a temperatura y presión estándar . Los fosfatos de sodio, potasio, rubidio , cesio y amonio son todos solubles en agua. La mayoría de los demás fosfatos son sólo ligeramente solubles o insolubles en agua. Por regla general, los fosfatos de hidrógeno y dihidrógeno son algo más solubles que los fosfatos correspondientes.
En solución acuosa, el ácido ortofosfórico y sus tres aniones derivados coexisten según los equilibrios de disociación y recombinación siguientes [3]
Los valores son a 25 °C y 0 fuerza iónica.
Los valores de p K a son los valores de pH donde la concentración de cada especie es igual a la de sus bases conjugadas . A pH 1 o inferior, el ácido fosfórico está prácticamente no disociado. Alrededor de pH 4,7 (a medio camino entre los dos primeros valores de p K a ), el ion dihidrógeno fosfato, [H
2correos
4]−
, es prácticamente la única especie presente. Alrededor de un pH de 9,8 (a medio camino entre el segundo y tercer valor de p K a ), el ion monohidrógeno fosfato, [HPO
4]2-
, es la única especie presente. A pH 13 o superior, el ácido está completamente disociado como ion fosfato (PO
4)3-
.
Esto significa que las sales de los iones mono y difosfato se pueden cristalizar selectivamente en una solución acuosa ajustando el valor del pH a 4,7 o 9,8.
En efecto, H
3correos
4, h
2(CORREOS
4)−
y H(PO
4)2-
se comportan como ácidos débiles separados porque los sucesivos p K a difieren en más de 4.
El fosfato puede formar muchos iones poliméricos como el pirofosfato , (P
2oh
7)4-
, y trifosfato , (P
3oh
10)5-
. Los diversos iones metafosfato (que suelen ser polímeros lineales largos) tienen una fórmula empírica de (PO
3)−
y se encuentran en muchos compuestos.
En los sistemas biológicos , el fósforo puede encontrarse como aniones fosfato libres en solución ( fosfato inorgánico ) o unido a moléculas orgánicas como diversos organofosforados .
El fosfato inorgánico generalmente se denomina P i y a pH fisiológico (homeostático) consiste principalmente en una mezcla de [HPO
4]2-
y [H
2correos
4]−
iones. A un pH neutro, como en el citosol (pH = 7,0), las concentraciones del ácido ortofoshórico y sus tres aniones tienen las proporciones
Así, sólo [H
2correos
4]−
y [HPO
4]2-
Los iones están presentes en cantidades significativas en el citosol (62% [H
2correos
4]−
, 38% [HPO
4]2-
). En el líquido extracelular (pH = 7,4), esta proporción se invierte (61% [HPO
4]2-
, 39% [H
2correos
4]−
).
El fosfato inorgánico también puede estar presente como aniones pirofosfato [P
2oh
7]4-
, que dan ortofosfato por hidrólisis :
Los fosfatos orgánicos se encuentran comúnmente en forma de ésteres como nucleótidos (por ejemplo , AMP , ADP y ATP ) y en el ADN y el ARN . Los aniones ortofosfato libres pueden liberarse mediante la hidrólisis de los enlaces fosfoanhídrido en ATP o ADP. Estas reacciones de fosforilación y desfosforilación son el almacenamiento inmediato y la fuente de energía para muchos procesos metabólicos . El ATP y el ADP suelen denominarse fosfatos de alta energía , al igual que los fosfágenos del tejido muscular. Existen reacciones similares para los otros nucleósidos difosfatos y trifosfatos .
Una aparición importante de fosfatos en los sistemas biológicos es como material estructural de huesos y dientes. Estas estructuras están formadas por fosfato cálcico cristalino en forma de hidroxiapatita . El esmalte duro y denso de los dientes de los mamíferos puede contener fluorapatita , un fosfato hidroxicálcico en el que algunos de los grupos hidroxilo han sido reemplazados por iones fluoruro .
Los fosfatos son sales medicinales de fósforo. Algunos fosfatos, que ayudan a curar muchas infecciones del tracto urinario , se utilizan para acidificar la orina. Para evitar la formación de cálculos de calcio en el tracto urinario se utilizan algunos fosfatos. [5] Para los pacientes que no pueden obtener suficiente fósforo en su dieta diaria, los fosfatos se utilizan como suplementos dietéticos, generalmente debido a ciertos trastornos o enfermedades. [5] Los fosfatos inyectables sólo pueden ser manipulados por proveedores de atención médica calificados. [5]
Las plantas absorben fósforo a través de varias vías: la vía de las micorrizas arbusculares y la vía de absorción directa.
La hiperfosfatemia , o un nivel alto de fosfatos en sangre, se asocia con una mortalidad elevada en la población general. La causa más común de hiperfosfatemia en personas, perros y gatos es la insuficiencia renal. En casos de hiperfosfatemia, limitar el consumo de alimentos ricos en fosfato, como algunas carnes y productos lácteos, y alimentos con una alta proporción de fosfato a proteínas, como refrescos, comida rápida, alimentos procesados, condimentos y otros productos que contienen fosfato. -Se recomienda añadir aditivos de sal. [6]
Los fosfatos inducen la calcificación vascular y se descubrió que una alta concentración de fosfatos en la sangre predice eventos cardiovasculares . [7]
Los fosfatos son la forma natural del elemento fósforo , que se encuentra en muchos minerales de fosfato . En mineralogía y geología, fosfato se refiere a una roca o mineral que contiene iones de fosfato. Los fosfatos inorgánicos se extraen para obtener fósforo para uso en agricultura e industria. [2]
El mayor productor y exportador mundial de fosfatos es Marruecos . Dentro de América del Norte, los depósitos más grandes se encuentran en la región de Bone Valley en el centro de Florida , la región de Soda Springs en el sureste de Idaho y la costa de Carolina del Norte . Los depósitos más pequeños se encuentran en Montana , Tennessee , Georgia y Carolina del Sur . La pequeña nación insular de Nauru y su vecina isla de Banaba , que solían tener enormes depósitos de fosfato de la mejor calidad, han sido minadas excesivamente. La roca de fosfato también se puede encontrar en Egipto, Israel, Palestina, el Sáhara Occidental, la isla de Navassa , Túnez, Togo y Jordania, países que tienen grandes industrias mineras de fosfato.
Las minas de fosforita se encuentran principalmente en:
En 2007, al ritmo actual de consumo, se estimaba que el suministro de fósforo se agotaría en 345 años. [8] Sin embargo, algunos científicos pensaron que se produciría un " pico de fósforo " en 30 años y Dana Cordell del Instituto para Futuros Sostenibles dijo que "al ritmo actual, las reservas se agotarán en los próximos 50 a 100 años". [9] Las reservas se refieren al importe que se supone recuperable a los precios actuales del mercado. En 2012, el USGS estimó las reservas mundiales en 71 mil millones de toneladas, mientras que en 2011 se extrajeron 0,19 mil millones de toneladas a nivel mundial. [10] El fósforo comprende el 0,1% en masa de la roca promedio [11] (aunque, en perspectiva, su concentración típica en la vegetación es 0,03% a 0,2%), [12] y, en consecuencia, hay billones de toneladas de fósforo en la corteza terrestre de 3×10 19 toneladas, [13] aunque en una concentración predominantemente menor que los depósitos contabilizados como reservas, que están inventariados y son más baratos de obtener. extracto. Si se supone que los minerales de fosfato en la roca fosfórica son principalmente hidroxiapatita y fluorapatita, los minerales de fosfato contienen aproximadamente un 18,5% de fósforo en peso. Si la roca fosfórica contiene alrededor del 20% de estos minerales, la roca fosfórica promedio tiene aproximadamente un 3,7% de fósforo en peso.
Algunos depósitos de roca fosfórica, como Mulberry en Florida, [14] se destacan por la inclusión de cantidades significativas de isótopos de uranio radiactivo. Esto es preocupante porque se puede liberar radiactividad en las aguas superficiales [15] a partir de la aplicación del fertilizante fosfatado resultante .
En diciembre de 2012, Cominco Resources anunció un recurso actualizado compatible con JORC de su proyecto Hinda en Congo-Brazzaville de 531 millones de toneladas, lo que lo convierte en el depósito de fosfato medido e indicado más grande del mundo. [dieciséis]
Alrededor de 2018, Noruega descubrió depósitos de fosfato casi iguales a los del resto de la Tierra combinados. [17] [18]
En julio de 2022, China anunció cuotas de exportación de fosfatos. [19]
Los mayores importadores en millones de toneladas métricas de fosfato son Brasil 3,2, India 2,9 y Estados Unidos 1,6. [20]
Los tres principales países productores de fosfato (China, Marruecos y Estados Unidos) representan alrededor del 70% de la producción mundial.
En términos ecológicos, debido a su importante papel en los sistemas biológicos, el fosfato es un recurso muy buscado. Una vez utilizado, suele ser un nutriente limitante en los ambientes y su disponibilidad puede regular la tasa de crecimiento de los organismos. Esto suele ser cierto en ambientes de agua dulce , mientras que el nitrógeno es más a menudo el nutriente limitante en ambientes marinos (agua de mar). La adición de altos niveles de fosfato a ambientes y microambientes en los que normalmente es raro puede tener importantes consecuencias ecológicas. Por ejemplo, pueden producirse proliferaciones de las poblaciones de algunos organismos a expensas de otros, y el colapso de poblaciones privadas de recursos como el oxígeno (véase eutrofización ). En el contexto de la contaminación, los fosfatos son un componente del total de sólidos disueltos , un indicador importante de la calidad del agua, pero no todo el fósforo se encuentra en una forma molecular que las algas puedan descomponer y consumir. [22]
Se pueden encontrar precipitados de hidroxiapatita de calcio y calcita alrededor de las bacterias en la capa superior del suelo aluvial . [23] Como los minerales arcillosos promueven la biomineralización, la presencia de bacterias y minerales arcillosos dio lugar a precipitados de hidroxiapatita de calcio y calcita. [23]
Los depósitos de fosfato pueden contener cantidades significativas de metales pesados de origen natural. Las operaciones mineras que procesan roca de fosfato pueden dejar montones de relaves que contienen niveles elevados de cadmio , plomo , níquel , cobre , cromo y uranio . A menos que se gestionen con cuidado, estos productos de desecho pueden filtrar metales pesados a las aguas subterráneas o a los estuarios cercanos. La absorción de estas sustancias por parte de las plantas y la vida marina puede provocar la concentración de metales pesados tóxicos en los productos alimenticios. [24]
El fósforo [B]iodisponible (fósforo que pueden utilizar las plantas y las bacterias) es sólo una fracción del total, según Michael Brett, profesor de ingeniería de la Universidad de Washington...
![{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {[{\ce {H2PO4-}}]}{[{\ce {H3PO4}}]}}&\aproximadamente 7,5\times 10^{4}\\[ 4pt]{\frac {[{\ce {HPO4^2-}}]}{[{\ce {H2PO4-}}]}}&\aprox 0,62\\[4pt]{\frac {[{\ce { PO4^3-}}]}{[{\ce {HPO4^2-}}]}}&\aproximadamente 2,14\veces 10^{-6}\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a7bfb55f5ed7d0ba3805ba68970255099eca8291)