化學性質
在酸性溶液下磷酸官能團的結構式。在鹼性的溶液下,該官能團會釋放兩個氫原子,並離化磷酸鹽帶有-2的形式電荷。磷酸鹽離子是一個多原子的離子,其實驗式是PO43−,而分子量是94.97。它包含一個磷原子,並由四個氧原子所包圍,形成一個
正四面體。磷酸鹽離子帶有-3的形式電荷,且是磷酸氫鹽離子(HPO42−)的共軛鹼;磷酸氫鹽離子則是磷酸二氫鹽離子(H2PO4−)的共軛鹼;而磷酸二氫鹽離子又是磷酸(H3PO4)的共軛鹼。它是一個超價分子(磷原子在其價殼層有著10個電子)。磷酸鹽亦是一個有機磷化合物,其化學式為OP(OR)3。
除了一些
鹼金屬外,大部份磷酸鹽,在標準狀態下,都是不可溶於水的。
在稀釋的水溶液中,磷酸鹽以四種形式存在。在強鹼環境下,磷酸鹽離子(PO43−)會較多;而在弱鹼的環境下,磷酸氫鹽離子(HPO42−)則較多。在弱酸的環境下,磷酸二氫鹽離子(H2PO4−)較為普遍;而在強酸的環境下,則水溶的磷酸(H3PO4)是主要存在的形式。
形成分布
磷酸鹽是元素磷自然產生的形態,在多種磷酸鹽礦物中可以找到。元素的磷或是磷化物是很難發現的(只有極少量在隕石中可以找到)。在礦物學及地質學,磷酸鹽是指含有磷酸鹽離在酸性溶液下磷酸官能團的結構式。
在
北美洲最大型的磷礦粉礦床位於美國的
佛羅里達州中部、愛德荷州的索達斯普陵、北卡羅萊那州沿岸區域。而其次的是位於
蒙大拿州、
田納西州、
喬治亞州及南卡羅萊那州近查爾斯頓。諾魯這個細少的島國就曾經是有著大量高質素的磷酸鹽礦產,但現時已被大量挖掘。磷礦粉亦可以在納弗沙島、
摩洛哥、
突尼西亞、以色列、多哥及約旦找到,這些地方亦有大量的磷酸鹽礦業。
在生物中,磷是以溶液中游離的磷酸鹽離子的形態出現,稱為“無機磷酸鹽”,這是要與其他在磷酸酯中的磷酸鹽作出區別的。無機磷酸鹽是會以Pi來表示,它可以是由焦磷酸鹽(以PPi來表示)水解而得
但是,磷酸鹽最普遍是以一磷酸腺苷(AMP)、二磷酸腺苷(ADP)、
三磷酸腺苷(ATP)、
脫氧核糖核酸(DNA)及核糖核酸(RNA)的形式出現,且可以經由水解ADP或ATP而被釋放出來。對於其他的二磷或三磷核苷亦有相似的反應。在ADP及ATP,或其他二磷及三磷核苷中的磷酸酐鍵,包含著大量的能量,所以它們在生物中有著重要的地位。它們一般會被稱為高能磷酸磷,就像在肌肉組織中的磷酸肌酸一樣。一些如膦的化合物在有機化學上亦會被使用,但它卻似乎沒有自然的相應物。
由於磷酸鹽對生物的重要性,所以在生態學上,它是高度被採集。因此,它在環境中往往是限量試劑,而它的可得性則決定生物成長的速度。將大量的磷酸鹽加入缺乏磷酸鹽的環境或微生物環境中,會對生態有著重大的影響。例如,某一種生物的瀑漲會使其他生物死亡,及某種生物數量的減少會令如氧等資源的缺乏等(參
富營養化)。在污染的問題下,磷酸鹽是總溶解固體量(一種主要的水質指標)的主要成份。
產品分類
正鹽可由磷酸氫鹽製得。酸式鹽可由磷酸二氫鹽製得。
磷酸鹽可分為正磷酸鹽和縮聚磷酸鹽:在食品加工中使用的磷酸鹽通常為鈉鹽、鈣鹽、鉀鹽以及作為營養強化劑的鐵鹽和鋅鹽,常用的食品級磷酸鹽的品種有三十多種,磷酸鈉鹽是國內食品磷酸鹽的主要消費種類,隨著
食品加工技術的發展,磷酸鉀鹽的消費量也在逐年上升。
磷酸鹽可分為正磷酸鹽和偏磷酸鹽:
正磷酸鹽 五價磷含氧酸的鹽類,包括正磷酸鹽、焦磷酸鹽和偏磷酸鹽,通常指正磷酸鹽。正磷酸是三元酸,有三種正磷酸鹽:①磷酸二氫鹽MH2PO4,又稱一代磷酸鹽,都溶於水;②磷酸氫鹽MHPO4,又稱二代磷酸鹽;③正磷酸鹽M3PO4,又稱三代磷酸鹽。後二者除鈉、鉀、銨鹽外一般不溶於水。M除為一價金屬外,也可以是其他價態的金屬,銨、鈣的磷酸二氫鹽和氫鹽都是重要的肥料成分。
磷酸二氫鈉NaH2PO4用於控制溶液的氫離子濃度;
磷酸氫二鈉Na2HPO4用於水處理,作為多價金屬的沉澱劑;
磷酸三鈉用於製造肥皂和洗滌劑。
焦磷酸是四元酸,有四種焦磷酸鹽:其中M2H2P2O7和M4P2O7型是常見的,M3HP2O7型較少,MH3P2O7型很少。
偏磷酸鹽
偏磷酸鹽通常是聚成環狀的化合物,通式是(MPO3)n,常見的有二聚偏磷酸鹽(六元環)和四聚偏磷酸鹽(八元環),多聚偏磷酸鹽不具備確定的晶體結構,又稱磷酸鹽玻璃體。六偏磷酸鈉是最常見的磷酸鹽玻璃體,它沒有固定的熔點,在水中的溶解度不定,水溶液的pH在5.5~6.4之間,實際是一個具有20~100個PO3單元的長鏈化合物。鏈型磷酸鹽可做鍋爐用水的處理劑、顏料分散劑、泥漿分散劑和金屬防腐劑。
磷酸根離子可生成特徵的磷鉬酸銨每年平均海水表面的磷酸鹽濃度黃色沉澱,可用於分析檢定(見磷酸)。