Fosfato

Il fosfato è un anione di formula PO₄³⁻, talvolta viene indicato anche col nome obsoleto ortofosfato.

In questo ione il fosforo assume stato di ossidazione +5. Consiste in un atomo di fosforo centrale circondato da quattro atomi di ossigeno, formanti un tetraedro. È la base coniugata dello ione idrogenofosfato HPO₄²⁻, coniugato a sua volta nello ione diidrogenofosfato H₂PO₄⁻.

La maggior parte dei fosfati è solubile in acqua.

Forme

In una soluzione acquosa, lo ione fosfato persiste in quattro forme, a seconda dell'ambiente in cui si trova:

• fortemente basico, predomina lo ione fosfato (PO₄³⁻)
• debolmente basico, predomina lo ione idrogenofosfato (HPO₄²⁻).
• debolmente acido, predomina lo ione diidrogenofosfato (H₂PO₄⁻)
• fortemente acido, lo ione si trasforma in acido fosforico (H₃PO₄)

Precisamente, considerando i seguenti equilibri:

H₃PO₄ ⇌ H⁺ + H₂PO₄⁻

H₂PO₄⁻ ⇌ H⁺ + HPO₄²⁻

HPO₄²⁻ ⇌ H⁺ + PO₄³⁻

le corrispondenti costanti a 25 °C (in mol/L) sono:

H₂PO₄⁻ = 7,5 × 10^-3 

HPO₄²⁻ = 6,5 × 10^-8 

PO₄³⁻ = 2,14 × 10^-13 

Per una soluzione fortemente basica (pH = 13), si nota che

$\frac{[\mbox{H}_2\mbox{PO}_4^-]}{[\mbox{H}_3\mbox{PO}_4]}\simeq 7.5\times10^{10} \mbox{ , }\frac{[\mbox{HPO}_4^{2-}]}{[\mbox{H}_2\mbox{PO}_4^-]}\simeq 6.2\times10^5 \mbox{ , } \frac{[\mbox{PO}_4^{3-}]}{[\mbox{HPO}_4^{2-}]}\simeq 2.14$

cioè solo gli ioni PO₄³⁻ e HPO₄²⁻ sono in quantità significativa.

Per soluzioni neutre (pH = 7), si nota che

$\frac{[\mbox{H}_2\mbox{PO}_4^-]}{[\mbox{H}_3\mbox{PO}_4]}\simeq 7.5\times10^4 \mbox{ , }\frac{[\mbox{HPO}_4^{2-}]}{[\mbox{H}_2\mbox{PO}_4^-]}\simeq 0.62 \mbox{ , } \frac{[\mbox{PO}_4^{3-}]}{[\mbox{HPO}_4^{2-}]}\simeq 2.14\times10^{-6}$

quindi solo H₂PO₄⁻ and HPO₄²⁻ sono in quantità significative (62% H₂PO₄⁻, 38% HPO₄²⁻). Nel fluido extracellulare (pH = 7,4), questa proporzione è invertita (61% HPO₄²⁻, 39% H₂PO₄⁻).

In una soluzione fortemente acida (pH = 1), si nota che

$\frac{[\mbox{H}_2\mbox{PO}_4^-]}{[\mbox{H}_3\mbox{PO}_4]}\simeq 0.075 \mbox{ , }\frac{[\mbox{HPO}_4^{2-}]}{[\mbox{H}_2\mbox{PO}_4^-]}\simeq 6.2\times10^{-7} \mbox{ , } \frac{[\mbox{PO}_4^{3-}]}{[\mbox{HPO}_4^{2-}]}\simeq 2.14\times10^{-12}$

cioè H₃PO₄ è dominante rispetto a H₂PO₄⁻. HPO₄²⁻ e PO₄³⁻ sono praticamente assenti.

anione	fosfato	idrogenofosfato	diidrogenofosfato	acido fosforico
stato	ione	ione acido	ione acido	acido
formula	PO43−	HPO42−	H2PO4−	H3PO4
struttura

I fosfati possono assumere forme policheriche, tra cui ci sono il difosfato (P₂O₇⁴⁻) e il trifosfato (P₃O₁₀⁵⁻). Gli ioni metasfosfato, di formula chimica PO₃⁻, sono presenti in molti composti.

Presenza sulla Terra

La concentrazione di ione fosfato nelle acque marine. Dove la concentrazione è eccessiva, si riscontrano dei processi di eutrofizzazione

Riserve

I fosfati si trovano in vari minerali, diversamente dal fosforo elementare e dai fosfuri (qualche raro minerale fosfuro è stato rinvenuto su meteoriti).

In mineralogia e geologia, fosfato si riferisce ad una roccia contenente ioni fosfati.

Il più grande deposito di fosfati del Nord America è situato nella Bone Valley, regione centrale della Florida. Depositi più piccoli sono presenti in Montana, Tennessee e Georgia. Il piccolo Stato di Nauru è famoso per aver avuto depositi di fosfati di prima qualità, che però sono stati utilizzati eccessivamente. Fosfati rocciosi si possono trovare anche in Egitto, Israele, Marocco e in Giordania, con annesse industrie di estrazione.

Depositi di fosfati possono contenere quantità significative di uranio. Secondo il Red Book del 2007, le riserve mondiali di uranio da fosfati assommano a circa 7 milioni di tonnellate al 1993, concentrati per oltre l'85% in Marocco, stime meno conservative arrivano a riportare fino a 22 milioni di tonnellate, considerando anche depositi marini ed organici di fosfati

Ruolo biologico

In un sistema biologico, il fosforo è presente sotto forma di ioni fosfato liberi in soluzione, chiamati anche fosfato inorganico, per distinguerlo dal gruppo fosfato. Viene prodotto dall'idrolisi dello ione difosfato:

P₂O₇⁴⁻ + H₂O → 2HPO₄²⁻

Sono presenti anche nelle famose molecole di AMP, ADP e ATP, e anche nelle catene di DNA e RNA. In questo casi lo ione fosfato viene indicato con la sigla P_i. Svolgendo questo ruolo fondamentale, lo ione fosfato è fondamentale in ogni organismo vivente.

Applicazioni

I fosfati sono comunemente utilizzati come detergenti sotto forma di fosfato di sodio, ma, per l'azione eutrofizzante, sono vietati in alcune aree.

In agricoltura, lo ione fosfato è uno dei tre principali nutrienti delle piante, e per questo è un componente di diversi fertilizzanti. I fosfati rocciosi sono ricavati dalle rocce sedimentarie, e, in passato, venivano solo polverizzati ed utilizzati senza nessun trattamento. Normalmente, adesso, vengono trattati chimicamente per avere superfosfati o fosfato di ammonio, che hanno una più alta concentrazione di ione fosfato e sono più solubili, quindi più assorbibili dalla piante.

L'uso eccessivo di fosfati, con il trasporto delle acque, può causare un serio inquinamento da fosfati, con conseguente eutrofizzazione delle alghe e deficit di ossigeno nelle acque. Questi fertilizzanti possono portare i pesci all'ipossia, con le stesse conseguenze dei detergenti sopra nominati.

Sali fosfati sono aggiunti occasionalmente all'acqua potabile pubblica per ridurre la quantità di piombo disciolta che precipita come sale insolubile.

L'industria del cibo usa i fosfati per diversi scopi. Ad esempio, nella produzione di carne, questi ioni solubilizzano le proteine. Nei prodotti da forno, come biscotti e cracker, i pirofosfati acidi reagiscono con delle basi (solitamente il bicarbonato di sodio) dando la lievitazione chimica, più veloce della naturale, ma con un gusto decisamente differente.

Voci correlate

• Diidrogenofosfato di potassio
• Diidrogeno fosfato d'ammonio
• Idrogenofosfato di potassio
• Idrogenofosfato di magnesio
• Fosfatazione

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